黃花香

【摘要】開(kāi)發(fā)低成本物理演示實(shí)驗(yàn)不僅解決了貧困地區(qū)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的燃眉之急，而且促進(jìn)了整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新發(fā)展。為了讓物理課堂更加貼近生活，更加生動(dòng)活潑，更能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，我們應(yīng)該從“多角度、多用途、多方法”來(lái)全面審視低成本物理演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮教師的能動(dòng)性和創(chuàng)造性，挖掘生活中潛在的物理知識(shí)，創(chuàng)造親切有趣的物理實(shí)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】演示實(shí)驗(yàn);低成本;多角度

開(kāi)發(fā)低成本物理演示實(shí)驗(yàn)不僅解決了貧困地區(qū)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的燃眉之急，而且促進(jìn)了整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新發(fā)展。低成本演示實(shí)驗(yàn)，既能為教師開(kāi)拓一條自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的道路，可以彰顯個(gè)人風(fēng)采，又為學(xué)生搭起了一條物理和生活的橋梁，可以充分開(kāi)發(fā)學(xué)生的智力因素。

低成本演示物理實(shí)驗(yàn)不是實(shí)驗(yàn)器材的簡(jiǎn)單替代而是實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)一步簡(jiǎn)化， 這種簡(jiǎn)化是高智慧、高技術(shù)和高教育價(jià)值的創(chuàng)新。為了讓物理課堂更加貼近生活，更加生動(dòng)活潑，更加能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，我們應(yīng)該從“多角度、多用途、多方法”來(lái)全面地審視低成本物理演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮教師的能動(dòng)性和創(chuàng)造性，挖掘生活中潛在的物理知識(shí)，創(chuàng)造親切有趣的物理實(shí)驗(yàn)。

一、挖掘同一材料的多種用途

低成本物理演示實(shí)驗(yàn)的材料來(lái)源于生活中，生活用品、廢舊物品、廉價(jià)材料、兒童玩具、報(bào)廢儀器等，都可以成為設(shè)計(jì)者手中的寶。這些不僅增加了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感、可信度，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，而且縮短了實(shí)驗(yàn)與學(xué)生間的距離， 讓學(xué)生感覺(jué)到物理就在身邊，只要留心生活，自己也能成為一個(gè)創(chuàng)造者。

生活中一個(gè)硬幣、一個(gè)玻璃杯、一個(gè)礦泉水瓶……對(duì)我們來(lái)說(shuō)是再普通不過(guò)的了，但是經(jīng)過(guò)一番“拼拼湊湊”，就能成為演示某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，而且換個(gè)角度，可能又是另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這就是低成本實(shí)驗(yàn)的精妙之處，所以多角度地去挖掘材料，成為開(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

下面是關(guān)于利用同樣的材料，可以演示不同實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)例子。

1.自制陀螺的應(yīng)用

陀螺是一種常見(jiàn)的兒童玩具，用一個(gè)帶螺母的螺絲和一張硬紙片，也可以制成一個(gè)簡(jiǎn)易的陀螺。在演示顏色的混合時(shí)，可以將自制陀螺用色筆平均地涂上紅黃藍(lán)或紅藍(lán)綠等三種顏色（如下圖），轉(zhuǎn)動(dòng)陀螺，就可以看到三種顏色的混合會(huì)產(chǎn)生什么顏色。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅可以吸引學(xué)生的注意力，而且可以啟發(fā)學(xué)生去探究不同顏色之間的混合。

相同的裝置，可以用于制作演示圓周運(yùn)動(dòng)方向的“墨水旋風(fēng)”。轉(zhuǎn)動(dòng)簡(jiǎn)易陀螺，等陀螺旋轉(zhuǎn)了一會(huì)逐漸穩(wěn)定后，從陀螺的正上方用滴管滴墨水，墨水由于離心作用飛出陀螺灑在白紙上，在白紙上顯示的就是圓周運(yùn)動(dòng)的切線(xiàn)方向（如圖）。學(xué)生很容易被灑在白紙上的墨水吸引，其實(shí)，這是和旋轉(zhuǎn)雨傘，雨水沿切線(xiàn)方向?yàn)⒊鰜?lái)的原理是一樣的，通過(guò)這些像玩具一樣的有趣的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)物理更感興趣，建立一種從玩具中也能發(fā)現(xiàn)物理知識(shí)的意識(shí)。

2.礦泉水瓶的妙用

礦泉水瓶，是開(kāi)發(fā)低成本演示實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要的資源，在一個(gè)礦泉水瓶的底部用針刺幾個(gè)小孔，就是一個(gè)可以多用的實(shí)驗(yàn)器材。作為“魔瓶”，可以用于引入大氣壓強(qiáng)，旋緊瓶塞，由于大氣壓強(qiáng)的存在，下面的小孔不會(huì)漏水。在教學(xué)中可以設(shè)置一個(gè)情境，“打開(kāi)魔瓶會(huì)出現(xiàn)什么呢？”可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

在演示超重失重實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以提出疑問(wèn)，當(dāng)魔瓶做自由落體運(yùn)動(dòng)，水是否會(huì)漏出來(lái)？通過(guò)演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以說(shuō)明在失重狀態(tài)下，水和瓶之間是沒(méi)有相互作用的。

用一個(gè)還沒(méi)打孔的礦泉水瓶，加一條繩子綁在瓶頸上，保持瓶蓋打開(kāi)，就可以演示“水流星”， 用手牽引著繩子的另一端圓周甩動(dòng)繩子使瓶子進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)達(dá)到一定速度時(shí)發(fā)現(xiàn)即使瓶子達(dá)到最高點(diǎn)倒立過(guò)來(lái)時(shí)。當(dāng)在瓶子底部穿一些孔，用手牽引著繩子的另一端圓周甩動(dòng)繩子使瓶子進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，水就會(huì)從小孔飛出，形成水流星。

相同的演示器材，從不同的角度上，根據(jù)器材的多種特性，有時(shí)候做出一點(diǎn)點(diǎn)改動(dòng)，適當(dāng)?shù)靥砑踊驕p少一些物品，可以創(chuàng)造出多個(gè)物理演示實(shí)驗(yàn)，帶給學(xué)生很多的意外驚喜，也讓學(xué)生在潛移默化中形成一種多角度去看待問(wèn)題，多角度去思考實(shí)驗(yàn)的能力。

二、挖掘同一實(shí)驗(yàn)包含的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)

同一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)往往包含不止一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，但是很多教師在上課的時(shí)候只看到跟課時(shí)相對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。帶著挖掘一個(gè)實(shí)驗(yàn)的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)這個(gè)想法去看待低成本實(shí)驗(yàn)時(shí)，更能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值。同時(shí)在教學(xué)中，也更能抓住學(xué)生的眼光，為后面知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，消除學(xué)生學(xué)習(xí)的陌生感。例如，“自己會(huì)走的杯子”這個(gè)實(shí)驗(yàn)就能夠說(shuō)明此問(wèn)題。找一塊玻璃板，放在水里浸一下，然后一頭放在桌上，另一頭用幾本書(shū)墊起來(lái)（高度3～4 厘米）。將一只玻璃杯，杯口沾些水，倒扣在玻璃板上。（如圖）

手拿點(diǎn)著的蠟燭去熏燒杯子的底部，就會(huì)發(fā)現(xiàn)玻璃杯竟會(huì)自己往下走去。（如圖）

這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先涉及到氣體的熱脹冷縮和重力的知識(shí)，當(dāng)燭火熏燒杯底的時(shí)候，杯內(nèi)的空氣漸漸受熱膨脹，要往外擠。但是，杯口是倒扣著的，又有一層水將杯口封閉，熱空氣跑不出來(lái)，只能將杯子頂起。在自身重量的作用下，就自己下滑了。同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)也涉及到摩擦力的知識(shí)，這就跟模擬氣墊船的原理相似了，當(dāng)還沒(méi)有燭火熏杯底的時(shí)候，玻璃杯靜止在斜面上。當(dāng)用燭火熏杯底的時(shí)候，杯內(nèi)的空氣膨脹，就形成氣墊頂住杯子，杯子所受摩擦力減小了，由于重力的作用往下滑。從不同的角度和知識(shí)點(diǎn)去分析實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何更好地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，同時(shí)，也可以讓學(xué)生在潛移默化中養(yǎng)成這種分析問(wèn)題的習(xí)慣。

三、挖掘同一知識(shí)點(diǎn)的多種演示方法

在開(kāi)發(fā)低成本演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要挖掘同一知識(shí)點(diǎn)的多種演示方法，使實(shí)驗(yàn)在不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新中得到完善，對(duì)課堂形式的多樣化，以及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高是很有幫助的。對(duì)于某個(gè)新知識(shí)的學(xué)習(xí)不要在學(xué)生毫無(wú)思想準(zhǔn)備時(shí)冒然地強(qiáng)加給學(xué)生，而應(yīng)想辦法通過(guò)一些對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單但熟悉的材料把有趣的意料不到的現(xiàn)象擺在他們面前，使他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生激烈沖突，在他們感覺(jué)到尋找其它知識(shí)來(lái)解釋他們所面臨的現(xiàn)象必要時(shí)，再開(kāi)始新知識(shí)的學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)聲音的時(shí)候，我們最常用自制樂(lè)器來(lái)引起學(xué)生的注意，讓他們尋求新知識(shí)來(lái)解釋這些樂(lè)器發(fā)聲的原理。

1.自制樂(lè)器，用酒瓶來(lái)制作水瓶琴是比較常見(jiàn)的，將幾個(gè)酒瓶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)裝上不同體積的水使其依次發(fā)出1 2 3 4 5 6 7 1然后將它們掛在支架上，用一支鐵棒敲擊酒瓶就可以發(fā)出悅耳的聲音。（如圖）

上面的水瓶琴例子是由于由于瓶子的振動(dòng)，裝上水后，杯壁的振動(dòng)受到阻礙，改變了杯壁的振動(dòng)情況，裝水越多敲擊時(shí)發(fā)出的聲音的音調(diào)就越低。

2.除了用酒瓶制作水瓶琴以外，還可以試著用吸管等物品制作笛子，可以用這樣的笛子來(lái)吹奏出樂(lè)曲。

制作方法：把吸管的一端壓扁后，剪成右圖中的形狀。用嘴唇夾緊吸管并往里吹氣。吸管發(fā)出聲音。把吸管的下端剪短1～2cm后，吸管發(fā)出的聲音變得比剛才尖銳了。隨著吸管不斷被剪短，聲音也會(huì)不斷地變得更尖銳。

下面，用原來(lái)長(zhǎng)度的吸管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。把吸管接在一起，接口處用透明膠帶固定。這時(shí)，吸管發(fā)出的聲音變低沉了。繼續(xù)連接吸管，2支、3支......

拿出1支原來(lái)長(zhǎng)度的吸管，把另一支比它稍稍大一點(diǎn)的吸管套在上面。這樣，通過(guò)推拉就可以調(diào)整吸管的長(zhǎng)度。這種調(diào)整音調(diào)的原理與長(zhǎng)號(hào)相同。

把原來(lái)長(zhǎng)度的吸管剪成2段。在距離吸管下端2cm和3.5cm的地方用燃燒的蚊香分別點(diǎn)出一個(gè)小孔。先用手指按住小孔，然后由下至上放開(kāi)手指，可以依次聽(tīng)到“多、來(lái)、米”三種聲音。

3.還有一些更加簡(jiǎn)單但是卻能說(shuō)明問(wèn)題的例子可以演示聲音的產(chǎn)生與傳播，例如，會(huì)唱歌的紙杯。如下圖：

它所需材料只是：紙杯、火柴、線(xiàn)、蜂蠟在一只紙杯底穿一個(gè)孔，把一段線(xiàn)穿過(guò)去，然后在里面用半根火柴橫著把它固定住，線(xiàn)上抹上蜂蠟（用蠟燭即可）。

演示時(shí)用拇指和食指去摩擦細(xì)繩，就會(huì)聽(tīng)到紙杯開(kāi)始吱嘎吱嘎、嗡嗡的唱歌。

這是因?yàn)榘l(fā)粘的蠟在手指抽動(dòng)中摩擦。這個(gè)壓力差別傳遞到了杯底，杯底像薄膜一樣發(fā)生震蕩，并在空氣產(chǎn)生聲波。

以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，“簡(jiǎn)單有趣的笛子”聲音的產(chǎn)生是由于空氣柱的振動(dòng)產(chǎn)生的，那么，大多數(shù)學(xué)生會(huì)認(rèn)為：用棒敲瓶子發(fā)出的響聲也是瓶中空氣振動(dòng)產(chǎn)生的，并且認(rèn)為瓶子裝水越多瓶中的空氣柱越短，音調(diào)越高;也有的認(rèn)為是水振動(dòng)產(chǎn)生的，并且裝水越多的瓶子音調(diào)越高，這就引起了學(xué)生探究的興趣。敲水瓶琴發(fā)出的聲音不是空氣柱振動(dòng)產(chǎn)生的。因?yàn)橛米齑档炎雍陀每曜铀壳侔l(fā)出的音色不同，吹笛子是空氣柱振動(dòng)，敲水瓶琴一定不是空氣柱振動(dòng)。敲水瓶琴發(fā)出的聲音不是水振動(dòng)產(chǎn)生的而是瓶子振動(dòng)產(chǎn)生的。可用筷子分別敲空瓶子和裝水最少的瓶子，它們發(fā)出聲音的音色相同，只是敲空瓶子的聲音音調(diào)高。因此，敲水瓶時(shí)是瓶子振動(dòng)，裝上水后，杯壁的振動(dòng)受到阻礙，改變了杯壁的振動(dòng)情況，裝水越多敲擊時(shí)發(fā)出的聲音的音調(diào)就越低，會(huì)唱歌的紙杯卻是杯底的震蕩發(fā)出的聲音。

同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的多種演示方法逐步樹(shù)立起了“實(shí)踐出真知”的唯物主義思想。長(zhǎng)此以往，學(xué)生對(duì)探究和實(shí)驗(yàn)就會(huì)越來(lái)越感興趣，進(jìn)而形成志趣，達(dá)到自主學(xué)、主動(dòng)學(xué)、我要學(xué)的教學(xué)境界。

四、增加趣味性，讓演示實(shí)驗(yàn)與教學(xué)相輔相成

物理學(xué)中，很多現(xiàn)象是無(wú)法直接觀察到的，比較抽象，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)分析推理來(lái)理解抽象概念。所以，學(xué)生最直觀的感性認(rèn)識(shí)來(lái)源于教師的演示。演示實(shí)驗(yàn)的趣味性會(huì)增加學(xué)生得學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)“光沿直線(xiàn)傳播”一課時(shí)，學(xué)生對(duì)小孔成像這一現(xiàn)象的理解較為困難。結(jié)合我校實(shí)際，筆者利用PVC水管制作了較為龐大的小孔成像演示儀。此教具可視范圍大，提高了演示實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度，給學(xué)生視覺(jué)的沖擊，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果顯著。

學(xué)習(xí)任何科學(xué)概念都需要一個(gè)認(rèn)識(shí)發(fā)展的過(guò)程，只有當(dāng)科學(xué)概念形成的結(jié)構(gòu)比較符合學(xué)生的認(rèn)知水平時(shí)才易于掌握。演示實(shí)驗(yàn)就是讓科學(xué)概念由抽象到具體的一個(gè)過(guò)渡，發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)作用，可以收到事半功倍的效果。

[本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“初中物理教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)有效性研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：2017YQJK099）研究成果]

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