笔者介绍了什么是低成本实验,简要说明了它受关注的原因,同时结合经验阐述了低成本实验的特点以及它对我国中学物理教学的意义,并建设性的提出了一系列低成本实验的开发策略,有助于低成本实验在我国中学物理教学中的有效开展。

物理是一门以实验为基础的科学,在众多教学环节中,物理实验是物理教学的重要环节之一,是落实物理课程目标,提高学生的科学素养、创新精神、实践能力的重要途径,也是实施物理课程改革的重要的课程资源。所谓低成本实验(low-cost experiment)指的是价廉,花费少的实验。低成本实验可以通过简易材料的制作、科技玩具、运用新材料组合和对高新产品的移植得到。

高新设备的引入无疑可以给我们中学的物理实验带来很多惊喜,如光敏检流计,可以更好的检测到小电流,一些光电力传感器的进入中学,加上计算机的辅助(如dis实验即digital information system)使我们可以完成很多原来误差很大的实验。在惊喜的同时我们不能忽视了低成本实验的不可替代的作用,尤其是在一些资金紧张,器材匮乏的农村中学。

在当前各国的理科教学改革中,我们也可以看到这样一种现象,这就是无论是发展中国家还是发达国家,都倡导采用低成本的器材,对低成本实验表现出浓厚的兴趣。其实我国也有很多积极主张并大力开展简单易行的低成本实验。众所周知,“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”就是已故朱正元老教授的至理名言。这句话曾风行全国,促进了物理实验教学的开展。2003年开始在中学物理教学中实施的新课程标准也明确提出了“从生活走向物理,从物理走向社会”的课改理念,倡导利用日常器具做实验。这些理念和低成本实验的内涵不谋而合。为什么低成本实验如此备受关注呢?笔者对此进行了一些思考。

一、低成本实验的特点以及对我国中学物理教学的意义

 1、成本低廉。因为它是教师和学生就地取材,亲手制作,所以成本低廉,有利于普及,特别是有利于弥补农村中学物理实验教学器材的不足。

 2、亲切。因为它是取自学生身边熟悉的东西而且制作又比较简单,因此有利于激发学生的兴趣和学习动机,有利于进行STS教育。比如我们让学生自己用一个线圈、一个纸杯、一块永磁铁、硬纸片一张、做个麦克风,学生更能感受到科学对于社会的作用。也更能感受到其中的科学(电磁感应)要能很好的服务于社会(麦克风),中间还要通过技术(动手制作)一关,从而更能体会到科学、技术、社会生活的息息相关。并且有利于培养学生的动手实践能力,培养主动探究的习惯。

3、含创新意识。因为低成本实验中器具大多自己制作,往往在构思,在取材或在局部结构方面有自己的特点和某些改进,或者在开发制作过程中遇到这样那样的问题,需要自己解决,所以能给学生以创新的启示,并且学生在这过程中能够感受到创新的兴奋,体验到成功的愉悦,增强自信心,从而能够培养学生创新的精神和稳定的探究热情,有效地开发学生的智力和发展良好的非智力因素。另外低成本实验材料很多时候是变废为宝,有利于培养学生的环保意识和勤俭节约的观念。有利于情感教育。

二、低成本实验开发策略

1、积极开展课外活动,小实验活动,为低成本实验的开发提供平台。师生共同享受低成本实验的乐趣,激发进行低成本实验设计的热情。如水火箭兴趣活动,材料易得,但用到的物理知识又很多,很有教育意义,可以让学生知道反冲,动量守恒,射程等很多物理知识。学生还可动脑设计如何让水火箭缓慢落下来,如让水火箭带上个降落伞,如何让它飞得更高更远,多级水火箭应该如何设计,如何制作等,可以充分发挥学生的想象力,给学生很好的设计平台。

2、做个有心人,平时注意有选择性收集些废旧物体。所谓巧妇难为无米之炊,要能做到低成本实验开发,平时一定要注意积累,物件多了往往能触发我们的灵感,设计出一些巧妙的实验。旧液化气灶上可以拆到打火器,用来做模拟热机中的火花塞。烂收音机中我们可以拆到永磁铁,还有细小的动感线圈、电感、电容、电阻元件等,这些都是我们做电路方面实验的好材料。

3、打破旧观念,多角度看一个物体,做到一物多用。例如用断钢锯可以来做力使物体产生形变的小实验,也能让它做音调与频率的关系实验。我们可以把一个纸杯做阿基米德实验,也可以让它做纸电话,还可以用来做个针孔相机。用注射器可以做大气压里面的很多实验,如证明大气压的存在,气体压强与体积的关系,热现象里面气体对外做功内能减小的实验等。一个鸡蛋可能用来做惯性实验,也可以用做浮力实验,也可通过砸不烂的鸡蛋来演示压力与压强、冲量与动量等。

4、就地取材,考虑替代材料。在做实验过程中常常会感叹缺少一些材料,这时我们就要多考虑就地取材进行材料替代,不要在一棵树上吊死。如没有发电机,我们可以用电动机来代替。在没有良好的平行光源的情况下我们可以用太阳光来代替,或者用牛皮纸取一部分手电筒光来代替。材料替代不仅能解决燃眉之急,而且有时更显有趣和亲切。

5、审思原来的实验,思考改进方法。如在做阿基米德实验的过程中,课本上是用溢水杯溢水出的多少和小石块的浮力来进行比较从而得出浮力规律,在做这实验中由于很难收集溢出来的水,使得这个实验很难做成功。但如果我们用一个注射器来抽水代替溢水这个实验就能很容易成功,而且误差也小。

再如,在演示物体对外做功,内能减小的实验中。取一支大注射器,从烧杯中吸一些水到注射器筒内,让水湿润注射器筒壁。再将注射器筒内的水全部倒回烧杯中。然后吸入空气到注射筒内,给注射器筒壁上附着的水加热一会儿,加快筒壁上水的蒸发,增大注射筒内空气中水蒸气的浓度。然后用左手拇指堵住注射器管口,将筒内空气密闭,右手用力推推筒,将注射器筒空气压缩到约三分之一。让注射器内空气将拇指推开,在空气膨胀将拇指推开时,可以清楚地观察到注射器管口冒出白雾。实验现象不仅清楚,而且持续时间长。在管口出现的雾就像从工厂的烟囱 缓缓升起的白烟,再用右手将注射器筒内剩余的约20ml的空气 慢慢推出,随着空气的推出,管口也缓缓地升起“白烟”,给学生 留下非常深刻的印象。据此现象,学生感知到了空气推动手指做 功时,温度降低,从而自然而然得出“物体对外做功时,本身的内 能减小”的结论。

6、进行创造性思维,设计新的实验。在讲信息的传递中,学 生对信息的调制与解调感觉很神秘,讲解起来也比较费力。但我 们利用下面这个简单的装置就能让学生体验并明白信息的调制与解调。