农村中学开发低成本物理实验的研究
摘要：低成本物理实验不仅弥补农村中学物理实验仪器缺乏的现状，而且有效激励学生的学习动机、培养他们的动手实践能力和激发他们的创新思维。本文将结合中学物理教学探讨农村中学开发低成本物理实验的基本原则和基本途径。
物理学是一门实验科学，物理规律的建立和物理理论的验证都与实验密切相关。物理课程标准指出：使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种实验，可以拉进物理学和生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性……[1] 。然而，在一些农村中学，“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”的“应试实验”教学理念还支配着大多数物理教师的实验教学[2]。贫困地区的农村中学实验设施差， 仪器陈旧老化、 严重短缺，这些客观因素影响了中学物理实验的正常开展，改善贫困地区农村中学物理实验的一项重要措施就是大力加强低成本物理实验的开发。“低成本物理实验”(Low - cost Physics Experiments)也是国际物理教育界所倡导的一种物理教学工作行为， 其宗旨是，一方面通过利用生活中的廉价材料开展物理实验教学可以解决或缓解实验器材短缺问题，满足经济落后国家或地区中学开展物理实验教学的需要；另一方面通过利用生活材料、物品或器具做物理实验，可以提高学生对物理的学习兴趣、培养学生动手能力和实践能力[3]。
1开发低成本物理实验的基本原则
开发低成本物理实验要遵循一定的原则，把握好开发原则，灵活地运用各种途径，是开发低成本物理实验的基本前提。设计低成本物理实验应遵循以下基本原则：
1.1科学性
物理实验首先应该正确反映物理现象和规律，反映物理现象变化的客观过程。一个巧妙的实验设计除了器材上的合理应用以外，还应该包含精彩的实验方法，不仅能够释疑解难，而且能够透过具体的实验给人以解决其他问题所需的智慧方法的启迪，提高学生解决实际问题的能力[4]。
1.2简易性
麦克斯韦说过：“一项演示实验使用的器材越简单，学生就越熟悉，就越想彻底地获得所验证的结果” [5]。尤其在农村地区实验设施欠缺的情况下，我们所设计的实验就更应该用材简单易寻，就地取材，如利用生活中的廉价材料(如橡皮筋、气球、鸡蛋、土豆、蜡烛、塑料袋) 、易得材料(如水杯、钢勺、塑料尺、硬币) 和废旧材料(如易拉罐、饮料瓶、牙膏皮) 等。
1.3直观性
实验的重要作用就是让学生用感官能够直接观察和感受具体的物理现象与实验过程。利用低成本物理实验的优势，可以对书本上的一些实验进行改进：对现有仪器进行改进或改装、自制或仿制新的教具、设计新的小实验或小制作等，尽可能增加实验的可见度和可信度，提高实验的直观性。
1.4安全性
在设计实验时应该尽量避免一切有危险的和对身体有害的实验。例如八年级教材中的托里折利实验[6]，实验中的水银对人体有害，不宜安排为学生实验，可将其改为一个演示实验： 找一个医用针筒，用细线和薄膜堵住针筒口子，由于大气压的作用，针筒活塞下可以挂几千克的物体而不会掉下来，这既可证明大气压的存在，也可让学生粗略地测出大气压值。
1.5 创造性
低成本物理实验是学生探究活动的一个有机组成部分， 它的作用不仅仅是了解、研究自然规律和获取信息。学生通过自主的动手、动脑，他们的创造力得到培养，实践能力也都到发展。因此低成本实验的大部分器材可以让学生自己设计制作， 这样可以培养他们的实践能力和创新思维。
2开发低成本物理实验的基本途径
在学生的日常生活中的，可以利用的课程资源十分丰富，学生身边可以用作实验的物品比比皆是，教师要引导学生善于从生活用品、废旧物品、儿童玩具、日常体验等各个方面去开发设计低成本物理实验。
2.1 从生活用品中开发低成本物理实验
很多生活用品都可以用来设计有趣的物理实验， 这不但可以增加实验的真实感、可信度， 而且缩短了实验与学生间的距离。
例如声音能在液体中传播的实验，八年级物理教材是通过鱼儿听见拍手声音来探究的[7]， 为了增强实验的趣味性和直观性，对其进行改进。先将手机装入塑料袋内，并用一根长线密封好，然后把它慢慢浸没于水槽中，用另一个手机对其进行拨号，手机开始振铃。学生不仅看到手机屏幕的亮光，而且听到从手机发出的声音。实验表明了声音可以在固体、液体、气体中传播，同时也让学生体验了探究物理规律的方法。
在真空不能传播声音的实验中[8]，装置的气密性和抽气机的质量都会影响实验效果。选用暖水瓶做实验，效果会更好。将音乐芯片的开关打开，音乐声响起，然后将其放入空的暖水瓶中，塞紧瓶塞，音乐声消失。实验设计时用极易寻得的暖水瓶克服了课堂上制备真空的难题，实验对学生来说感到格外亲切，拉近了物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，科学和日常生活的关系。
2.2 从废旧物品中开发低成本物理实验
一些废旧物品也是可以充分利用的实验资源， 如废旧的纸盒、易拉罐、塑料瓶、旧弹簧、橡皮筋等，充分地利用他们，不仅可以变废为宝，而且有利于培养学生的环保意识和勤俭节约的习惯。
例如在摩擦力的教学中[9]，教师先在一个容量为2﹒5升的雪碧瓶里装满水，旋紧瓶盖，然后让一位力气小的女生手握雪碧瓶，将其举高，女生轻而易举的完成。接着在雪碧瓶外表面涂上洗洁剂，再请一位力气大的男生重复女生的动作，他使出全身力气，结果也没有把雪碧瓶举起来。通过这个对比实验，课堂气氛迅速活跃起来，学生的好奇心和探究欲望一下被调动起来，
学习了凸透镜后，要求学生课外收集身边的一些凸透镜，并用他们来观察身边的物体。学生们收集的凸透镜可谓五花八门：盛满水的玻璃杯、盛满水的透明气球、盛满水的饮料瓶 、盛满水的一次性塑料杯、盛满水的废旧灯泡、玻璃球(如跳棋)，甚至还有自己磨制的冰块等。学生的积极性很高，对观察的结果也很好奇。这样的课外小实验简单易做， 取材容易， 不受条件限制，拉近物理学与生活的距离，对学生的独创性、想象能力的培养有极大的好处。
2.3 从人体体验中开发低成本物理实验
新课程不仅重视知识和技能目标的实现，而且特别强调体验性学习目标的达成。充分地开发人的器官在学习中的体验潜能，可以让学生在探究活动中获得知识，增长才干。
例如寒冷的冬天，学生通过搓手使机械能转化为内能，手变暖和了，从而体会了摩擦生热的道理。农村地区道路普遍较差，下雨以后，路面很滑，学生很容易摔倒，有的学生通常在鞋上拴上稻草或绳子后，就不易打滑了，学生从中体会到了摩擦力和接触面的粗糙有关的道理。摩擦力的方向也可以通过一个小实验来感受：将手掌紧贴桌面，用力使手掌向前推，可以感受到桌面与手掌接触面上阻碍运动的力（即摩擦力）的存在，同时也可感受到这个力的方向。通过学生的这些亲身感受所学到的知识，比任何语言描述都更生动，更可信，印象也更深。
2．4从儿童玩具中开发低成本物理实验
很多儿童玩具都是利用物理原理设计制作的。所以， 玩具也是一种难得的课程资源，利用儿童玩具开发低成本物理实验，可以让学生在玩中学习物理知识。
例如学习了平抛运动后，让学生回家自己制作教具来研究做平抛运动的物体的轨迹。学生们积极地开动脑筋，充分地利用各种资源：爱好体育的学生用手抛足球来演示平抛运动的轨迹；喜欢戏水的学生用向水中扔石块来研究平抛运动的轨迹，有的学生用手挤盛满水的眼药水瓶来研究平抛运动的轨迹；有的学生用盛水的输液瓶和输液管来演示平抛运动的轨迹，甚至有学生用玩具水枪来研究平抛运动的轨迹。通过学生的积极动手，反复实践，使他们在玩耍中对平抛运动的轨迹和射程等知识有了比较深刻的体验。这样的课外活动一方面丰富了学生的感性认识，增加他们学习的乐趣和信心，另一方面也培养他们的科学实践能力和创新精神。
总之，低成本物理实验不仅是实验器材的简单替代， 更是实验装置的简化， 实验现象的明了。低成本物理实验成本虽低， 运用的智慧不低， 具有的内涵不低， 教育价值不低， 因此农村中学应该大力加强低成本物理实验的开发。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部 全日制义务教育物理课程标准(实验稿)[S]北京 北京师范大学出版社 2001，7（第1版）：38
[2]张希博 贫困地区中学物理实验教学的现状与思考[J]实验教学与仪器2006（2）
[3] 张伟 郭玉英 刘炳升 “非常规”物理实验概念探讨[J]物理教师2006，27（8）
[4]封小超 王力邦 物理课程与教学论[M]北京 科学出版社2005，7（第1版）：168
[5]候建平 新课改下如何改进中学物理演示实验教学[J]物理实验与仪器2007（7-8）
[6]廖伯琴 何润伟 物理（8年级）[M]上海 上海科学技术出版社2004，8(修改版)：146
[7]廖伯琴 何润伟 物理（8年级）[M]上海 上海科学技术出版社 2004，8(修改版)：35
[8]廖伯琴 何润伟 物理（8年级）[M]上海 上海科学技术出版社2004，8(修改版) ：34
[9]廖伯琴 何润伟 物理（8年级）[M]上海 上海科学技术出版社2004，8(修改版) ：91
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