低成本高智慧物理小实验制作研究

【摘要】低成本高智慧物理实验能有效激励学生的学习动机、培养学生的动手实践能力和激发学生的创新思维，本文结合物理实验的教学功能，阐述制作低成本高智慧实验是我们的工作重点和努力方向，并详细介绍了一些低成本、高智慧物理实验的一些设计原则和制作方法，弥补中学物理实验仪器缺乏的现状。

【关键词】低成本高智慧；物理实验；创造性设计

物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验以其真实性、直观性给学生第一手的感性材料。作为一名物理教师，我们设计实验过程中不仅要考虑学生的观察效果，还应该力求使实验仪器的结构简单，费用低廉。特别是在国家教育经费补助不足的情况下，应大力提倡和鼓励教师进行低成本实验的设计和开发。例如：帕斯卡用酒桶、水管等日常用具做水压实验，得出了液压均匀分布的帕斯卡定律；卡文迪许实验室有一传统就是“用最平常的仪器做出最优秀的成果才算真本事”；李政道也曾说过：“自己动手做的仪器，永远比买的好，这是一条定理。”所以，低成本、高智慧实验已经成为我们物理教师共同关心的问题和研究方向。

1 研究意义

低成本实验取材简单容易，利用一些废旧材料，再购进少量器材，经过加工就能拼凑出大量实验器材，物理教材中70%～80%的实验都能用自制教具来进行，这确实是解决经费不足的一条捷径。而且，电成本高智慧实验使学生保持对自然界的好奇，发展对科学的探索兴趣，培养学生的创新意识、观察能力、动手能力、探究能力等。在新课程标准改革下，物理生活化更能培养学生学习兴趣，加深学生的理解能力，能够让学生更好的记忆所学知识。并且应鼓励教师把自己设计出来的有推广价值的仪器或设备进一步开发和批量生产，以成本低廉，教学效果优良的特点，充分发挥自制实验仪器的社会效益和经济效益。

2 研究内容及遵循原则

更新教学的观念，以新的教育理念来指导物理教学的改革。适应物理学科特点，创设物理情境，进一步优化实验教学，提高实验教学效果，通过一些典型实验的深入研究，掌握实验研究方法和研究方向。同时应用最简单的材料完成实验装置，开发与制作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，是开发与制作低成本物理实验的基本前提。那么设计与制作低成本物理实验应遵循以下基本原则：

2.1科学性

所制作的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在器材上的合理应用以外，还应该包含有精彩而巧妙的实验方法，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，提高学生认识科学原理和解决实际问题的能力。

2.2价廉性

低成本高智慧物理小实验取材简单，利用学生身边熟悉的东西而且制作又比较简单，因此有利于消除学生实践研究的神秘感，激发学生参与活动和学习的兴趣，这是激发学生学习动机的钥匙，这正是许多学生喜欢自制教具的直接原因。而且由于它随手取材，教师和学生自己都可以制作，成本价廉，利于普及，特别适合我们边远山区和贫困农村，所以自制低成本实验教具是解决教学资金短缺的有力措施。

2.3创造性

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”。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。所以在取材或在局部结构方面可以有自己的特点和某些改进，或者在制作过程中遇到这样那样的问题，需要自己解决，会给学生以创造的启示，有效地开发学生的智力和发展良好的。同时学生在做的过程中得到了动手的锻炼，而当成功时将具有极大的成就感，这不仅激发了学生的兴趣，在学习动机方面也将起到极大的作用。

3 制作方法

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。同时，应用我们周围所接触的东西，如细线、玻璃瓶、塑料瓶、小石头、细铁丝、吸管、筷子、泡沫塑料、纸片、蜡烛、木块等等，我们都可以用来做成实验装置。

3.1 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，教材是通过鱼儿听见拍手声音来探究的，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，如图1所示（注：杯中的黑色物体是手机）。

然后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。

3.2从各种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。例如浮力的方向的研究在教材中，没有专门的实验直观显示，学生虽能理解浮力的方向是向上的，但理解“总是竖直向上的”就有一定的困难。为了突破这一难点，我们设计了如下一个实验，让学生眼见为实。如图2所示将软线的一端用透明胶固定在乒乓球上，线的另一端固定在容器的底部，往容器中灌水，乒乓球浮在水中，此时系着乒乓球的线是竖直的，说明乒乓球受到水的浮力是竖直向上的。将容器倾斜，系乒乓球的线仍然是竖直的，说明乒乓球受到的浮力仍是竖直向上的。向不同方向倾斜容器，会看到线总是竖直，所以学生就很能理解浮力方向“总是竖直向上”的原因了。

3.3从废旧物品中开发低成本物理实验

废旧的纸盒、易拉罐、塑料瓶、旧弹簧、橡皮筋等，是可以利用的实验资源，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，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。

又比如学习了凸透镜后，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。

4 结语

应用这些物理小制作进行实验教学，提高学生学习兴趣，使相对抽象的物理知识能形象演示在学生面前。同时，使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种物理实验，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。而且大力开发和利用日常生活用品作为教学用具，利用日常生活用品做实验，对教师的业务素质要求较高，不仅自己要动手参与设计和制作，还需要指导和帮助学生进行小制作、小发明，所以这种做法本身就是一种创新。

参考文献：

[1] 黄显吞.光通信演示实验装置的改进[J].物理通报，2009.（10）：49-50

[2] 罗星凯. 中学物理疑难实验专题研究[M]. 桂林：广西师范大学出版社，1998.

基金项目：广西教育厅科研基金资助项目（桂教科研[2007]34号；项目编号：200708MS087）；

广西百色学院教学研究基金资助项目（百院字[2007]133号；项目编号：2010JG15）