周圣峰

摘 要：實驗是物理學(xué)科重要組成部分，目的在于讓學(xué)生高效理解和記憶所學(xué)物理原理、現(xiàn)象等知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高物理綜合能力?？v觀以往高中物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，受實驗工具和教學(xué)條件等各種因素影響，以至于無法高效開展實驗教學(xué)，難以滿足學(xué)生日益增長的學(xué)習(xí)興趣，影響物理實驗教學(xué)效果。低成本物理實驗以材料簡便、制作有趣等特征受到學(xué)生歡迎，更有效調(diào)動學(xué)生參與探究物理知識積極性和主動性，拓寬學(xué)生思維深度，深化對所學(xué)物理知識理解，增強動手操作能力，提高物理教學(xué)效率。對此，本文則從多方面分析在物理教學(xué)應(yīng)用低成本實驗策略，望給予教師教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：高中物理;低成本實驗;教學(xué)策略

近年來，全面實施的新課程改革成為教育領(lǐng)域研究熱點，各個學(xué)科也發(fā)生較大變化。尤其物理作為高中教育重要組成，該學(xué)科知識容量和難度和初中階段均有所增大，學(xué)生在學(xué)習(xí)時不可避免會出現(xiàn)問題。物理教師在教學(xué)中會借助實驗方式為學(xué)生呈現(xiàn)知識，并讓學(xué)生積極參與課堂活動。但物理實驗受教學(xué)條件和其他因素限制，難以發(fā)揮優(yōu)勢作用，再加上部分實驗方法較為困難復(fù)雜，學(xué)生在動手操作時頻繁出現(xiàn)失誤，甚至引發(fā)安全事故。低成本實驗以結(jié)構(gòu)簡單的和操作方式簡便的優(yōu)勢獲得學(xué)生歡迎，更能有效維持持續(xù)探究物理知識興趣，提高物理教學(xué)質(zhì)量。

一、低成本物理實驗教育功能

縱觀高中物理教學(xué)現(xiàn)狀，學(xué)生普遍存在的問題即對物理學(xué)科產(chǎn)生厭煩情緒，雖然目前高中已不劃分文理科，但依舊有很多學(xué)生發(fā)自內(nèi)心不喜歡物理學(xué)科，究其原因多和教師采取的教學(xué)方式單一，學(xué)生無法高效理解、掌握、應(yīng)用知識分析和解決實際問題，進而產(chǎn)生厭煩情緒。通常知識理解包括最初的理解，再從理解過渡至鞏固，最后從鞏固延伸至應(yīng)用。高中物理教師在實驗教學(xué)中引入低成本實驗?zāi)茌^好地幫助學(xué)生理解和記憶知識，提高學(xué)習(xí)效率。

（一）深化知識理解

大部分高中生在學(xué)習(xí)物理知識時會產(chǎn)生以下現(xiàn)象，即背誦記憶大量概念、公式、定律，但在解題時依舊陷入迷茫，說明學(xué)生并未理解物理知識。教師在課堂教學(xué)中應(yīng)用連貫性語言為學(xué)生灌輸大量知識，學(xué)生因灌輸式教學(xué)對物理知識產(chǎn)生厭煩和抗拒情緒。再加上物理學(xué)科有很多公式、定律、定理、概念知識，教師會解釋上述定理與定義來源、證明過程、使用條件，然而依舊有很多學(xué)生認為證明過程與自身無關(guān)。說明師生處于兩個世界當(dāng)中，其中學(xué)生在現(xiàn)實世界中，教師則在物理抽象邏輯世界當(dāng)中，教師認為理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑樵诂F(xiàn)實生活世界中會顯得較為僵硬，當(dāng)兩個世界無法產(chǎn)生交集點，自然失去溝通。事實上，物理抽象世界與現(xiàn)實生活有著緊密聯(lián)系，物理來源于生活各個領(lǐng)域并服務(wù)于生活，而現(xiàn)實生活也有很多物理知識，研究世界上大至宇宙、地球，小至微觀世界中的一顆基本粒子等物質(zhì)運動形式。換言之，當(dāng)前物理教師在教學(xué)中只從抽象角度加以解釋，并未引領(lǐng)學(xué)生從現(xiàn)實世界走入抽象世界，所以教師應(yīng)將物理回歸現(xiàn)實生活，讓物理知識成為現(xiàn)實物質(zhì)中知識，由此一來學(xué)生才能高效理解和記憶物理知識，低成本物理實驗就能達到這一教學(xué)目標，縮短抽象物理知識與已有知識經(jīng)驗間差距，提高物理教學(xué)效率。

（二）強化知識遷移

學(xué)習(xí)屬于不斷持續(xù)和內(nèi)化的過程，當(dāng)學(xué)生理解和掌握部分知識時就會形成相關(guān)知識經(jīng)驗和知識體系，有利于后續(xù)學(xué)習(xí)。大部分學(xué)生在此過程中會受舊知影響，也稱之為學(xué)習(xí)與知識遷移。教師應(yīng)善于引導(dǎo)學(xué)生將舊知對所學(xué)新知產(chǎn)生正面遷移，從遷移理論發(fā)展歷程得知，學(xué)生認知遷移與真實、復(fù)雜教學(xué)環(huán)境有著緊密聯(lián)系，需要在此過程中發(fā)揮主觀能動性，并建立在對實踐、體驗、探究等各種教學(xué)活動理解之上，換言之認知遷移需遵循主體能動性、復(fù)雜真實、理解概括三大原則。低成本趣味實驗符合上述三大遷移原則，因為低成本實驗內(nèi)容緊貼學(xué)生現(xiàn)實生活，實驗材料自然而然從現(xiàn)實生活中選取，實驗現(xiàn)象十分有趣且新奇，甚至與學(xué)生已存儲的知識與生活經(jīng)驗形成較大的對比反差。與此同時，低成本物理實驗?zāi)転閷W(xué)生營造集深入思考和趣味性于一體的學(xué)習(xí)情境，因為該實驗?zāi)Ｊ讲粫窒抻谡n堂教學(xué)，會朝著課外延伸，體現(xiàn)新課程標準倡導(dǎo)的自主、探究、合作等學(xué)習(xí)要求，并有效調(diào)動學(xué)生參與物理學(xué)習(xí)積極性和主動性。學(xué)生在低成本物理實驗中對所學(xué)知識產(chǎn)生深刻印象，簡化理解知識難度的同時不斷強化概括、理解能力。

二、在物理教學(xué)應(yīng)用低成本實驗策略

（一）觀察“失重現(xiàn)象”

高中物理失重教學(xué)多運用看圖講述理論知識方式，為了促使學(xué)生深刻理解失重現(xiàn)象和知識，物理教師可運用水與廢棄礦泉水瓶開展演示實驗。運用大頭針在一個廢棄礦泉水瓶底部扎兩個小孔，隨即拿出一根細線緊密拴住廢氣礦泉水瓶口，通過觀察發(fā)現(xiàn)，裝有水的廢氣礦泉水瓶且處于靜止?fàn)顟B(tài)時，水流會從礦泉水底部扎開的兩個小孔流出，釋放礦泉水瓶讓其自由下落會發(fā)現(xiàn)會并不會從小孔中流出，說明水的失重現(xiàn)象。物理教師依舊先讓學(xué)生觀察實驗，隨即為其講解實驗原理，即當(dāng)?shù)V泉水瓶處于靜止?fàn)顟B(tài)時，瓶中的水會對瓶壁形成壓力，瓶子底部小孔內(nèi)外部壓強不均，因而水從瓶子底部小孔流出。礦泉水瓶和瓶內(nèi)的水會在自由下落狀態(tài)時受重力作用影響，對下落速度造成影響，說明礦泉水瓶與水處于失重狀態(tài)，水未對瓶壁形成壓力，更沒有出現(xiàn)水層間相互擠壓力情況。瓶底小孔內(nèi)外壓強為典型的大氣壓強，所以礦泉水瓶中的水未從小孔中流出。上述實驗直觀形象且制作簡單，更有較強的趣味性，但唯一不足的是，整個實驗過程時間短暫，教師可讓學(xué)生反復(fù)觀看實驗過程和實驗現(xiàn)象，對所學(xué)知識產(chǎn)生深刻印象。同時實驗?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生潛在學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，引導(dǎo)學(xué)生從“要我學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)為“我要學(xué)習(xí)”，充分體現(xiàn)學(xué)生主體作用，符合新課程標準提出要求，更能強化學(xué)生思維與觀察能力。高中物理教師在教學(xué)過程中如果單純講解理論知識則難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，運用低成本礦泉水瓶實驗?zāi)苁怪R內(nèi)容更為生動有趣。實驗操作簡單，教師在教學(xué)時可直接為學(xué)生演示，使學(xué)生始終處于“受刺激”狀態(tài)，并深入思考物理教師提出問題：“為何在下落中，水不會從礦泉水瓶下的兩個小孔中流出？”再指引學(xué)生分析整個體系，嘗試動手操作，提高物理教學(xué)效率。

（二）驗證“慣性大小與質(zhì)量關(guān)系”

牛頓第一定律重難點知識為探究慣性大小與哪種因素有著聯(lián)系，相關(guān)實驗觀察和研究證實描述慣性物理量為質(zhì)量。本文在開展低成本實驗時選取礦泉水瓶、水、小車等作為探究分析慣性與質(zhì)量、大小間關(guān)系的實驗素材，在小車上固定放置裝滿水的礦泉水瓶，通過觀察發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶中有一個氣泡，輕輕推動小車發(fā)現(xiàn)瓶中的氣泡也會向前運動。物理教師引導(dǎo)學(xué)生觀察上述實驗，再進行解釋，即整個體系處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時操作者輕輕推動小車，瓶子中的水在推動小車的一瞬間就會向后運動，目的在于保持靜止?fàn)顟B(tài)，通過觀察這一瞬間發(fā)現(xiàn)小氣泡相對于瓶子也呈現(xiàn)向前運動狀態(tài)，說明水存在較大的慣性，氣泡慣性較小，因而歸納總結(jié)道：物體質(zhì)量越小，抵抗運動狀態(tài)改變本領(lǐng)越大，換言之，慣性越小。上述實驗材料基本都來自現(xiàn)實生活，說明物理實驗?zāi)苤苯臃从巢糠稚瞵F(xiàn)象，二者有著緊密聯(lián)系，基于此維持學(xué)生探究物理知識興趣。與此同時，上述物理實驗只需直接觀察就能發(fā)現(xiàn)規(guī)律和得出結(jié)論，在課堂內(nèi)就能完成，體現(xiàn)低成本物理實驗直觀性與便捷性優(yōu)勢，最重要此類隨堂小實驗?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生探究物理知識興趣，活躍課堂氛圍，提高教學(xué)效率。

（三）體驗“微小形變實驗”

微小形變實驗在彈力教學(xué)中屬于重難點知識內(nèi)容，其中物理教材為學(xué)生呈現(xiàn)的演示實驗為運用光學(xué)放大法研究微小形變，本文研究在制作低成本實驗時運用扁形玻璃瓶，激發(fā)高中生潛在好奇心。該實驗步驟為，在一個裝有紅墨水扁形玻璃瓶插入一個細玻璃瓶管，之后用力擠壓玻璃瓶，通過觀察發(fā)現(xiàn)玻璃管中的液體處于隨上隨下波動狀態(tài)，借此判斷瓶中物體是否出現(xiàn)形變。該實驗中的扁形玻璃瓶底部為橢圓型橫截面，未壓縮細玻璃管時，會發(fā)現(xiàn)管壁中有存有一段液柱，在壓縮中未改變橢圓形周長，但短長軸處于變長與變短現(xiàn)象。通過調(diào)用數(shù)學(xué)橢圓性質(zhì)知識得知，在此過程中橢圓面積會逐漸變小，而扁形瓶容積會在高度保持不變情況下變小，因而細玻璃管中的液柱會持續(xù)上升。如果在擠壓細玻璃管時朝著長軸方向，那么會出現(xiàn)長軸變短和短軸變長現(xiàn)象，橢圓面積也會相應(yīng)變大，增大扁形瓶容積，逐漸降低細玻璃管中液柱。在上述實驗中只要認真觀察細玻璃管中液柱升降情況就能判斷扁形玻璃管形變情況，直觀呈現(xiàn)微小形變知識。上述低成本實驗形象生動且直觀簡明，從學(xué)生知識層次、心理特征、認知結(jié)構(gòu)等角度著手，逐層深入，及時解答學(xué)生提出在實驗中形成的問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。微小形變演示是彈力教學(xué)重要組成，目的在于讓學(xué)生了解任何物體在力的作用下均能發(fā)生形變，與此同時，還可引入現(xiàn)實生活常見現(xiàn)象-擠牙膏，可將牙膏的橫截面看作橢圓，基本所有學(xué)生均有擠牙膏生活經(jīng)驗，在擠的過程中會擠壓短軸，擠多厚，長軸牙膏就會自動回縮，物理教師可讓學(xué)生在課堂教學(xué)中演示這一現(xiàn)象，深化學(xué)生對微小形變知識理解。

結(jié)束語

實驗是高中物理教學(xué)不可缺少的組成，教師在全新的教育理念下應(yīng)注重結(jié)合學(xué)生學(xué)情創(chuàng)新實驗方式，引入低成本實驗?zāi)軒椭鷮W(xué)生深化對所學(xué)知識理解和應(yīng)用，增強學(xué)生動手操作能力和探究思維能力，改變以往被動思考和學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，并基于此打破思維禁錮，促使學(xué)生學(xué)會基于多元角度分析和解決物理問題，提高物理實驗教學(xué)效率，對學(xué)生未來發(fā)展有著重要現(xiàn)實意義。

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