开发低成本实验提高物理课堂教学的有效性，本文主要内容关键词为：课堂教学论文,低成本论文,有效性论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理学是一门趣味性和实用性很强的自然科学，很多学生也认识到学好物理的重要性，然而不少学生却感到物理难学，尤其是到高中文理分科时，很多学生就是因为觉得物理学科太难而放弃学理科的。产生这一问题的原因是多方面的，但物理课堂教学的低效性无疑也是其中很重要的原因。一直以来，从事物理教学研究的专家及在第一线从事物理教学的教师，为如何提高物理课堂教学的效率而不断探索。
20世纪70年代，我国著名物理教育家、苏州大学教授朱正元就当时中学的办学条件，提出了“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的教育思想，要求广大物理教师要想方设法把物理实验开设起来，让学生动起手来。经过几十年的教学改革和教育经费的投入，许多学校的实验条件得到了很大改善，但很多物理教师都有这样的感受，就是许多的实验仪器越来越复杂，结果呈现得越来越直接，反而让学生动手的机会越来越少，使学生失去了体验实验过程的乐趣，在一定程度上也减小了学生天生的好奇心和原生的创造力。笔者根据自己长期的教学工作实践，认为开发低成本的物理实验能在一定程度上提高物理课堂教学的有效性。低成本实验的开发也是对基础物理教育的返璞归真，使物理教育更好地走进生活、走进社会。
一、感受到物理就在身边，激发学生学习物理的兴趣
心理学研究表明：人们认识事物存在着知觉优先的倾向。物理学本身就是一门实验科学，所以现在绝大部分学校都有物理实验室，也能开设许多的教师演示实验和学生分组实验，但我认为其教学效果没有教师自己开发的一些低成本实验好。因为有不少的学生会认为那是特别制作的，对可信度存在一定的怀疑，也自然减少了对实验的兴趣。但如果随手利用身边的一些材料来进行实验，那效果完全不一样。
例如“大气压”一节的内容，很多的教师会用实验室现成的子母管、马德堡半球、注射器等仪器来证明“大气压的存在”且“大气压很大”。我设计让学生用一个生活中大家随手可得的大可乐瓶和一把锥子做这个实验，教学效果更好。课前先要求学生带上大可乐瓶和一把锥子这两件东西，并要求学生在上课前把可乐瓶灌满水。开始上课时要求学生拿出灌满水的可乐瓶，教师设问：“用锥子在盖子拧紧灌满水的可乐瓶底部钻个小孔，会出现什么现象？”学生异口同声且毫不犹豫地回答：“水会漏出来”，并觉得老师提出的问题太简单。待达到了制造悬念的效果后，再让学生动手做实验（但提醒学生注意手尽量别挤压到瓶体，拿瓶的同学最好手握在瓶盖处），结果大出意料。师生一起分析现象，使学生掌握了新知识。教师还可以利用在可乐瓶的侧面打孔实验，引导学生认识“大气压的方向”及“液体内部的压强方向”等物理知识。
图1
“声音的音调”的知识是一个教学难点，学生会把声音响亮理解为音调高，许多教师也用了不同的方式来引导学生理解，效果都不理想。我认为用如图1所示方法较好，用一把长梳子和一块硬纸板，让学生把纸板以不同的速度在梳子上划过，要求他们仔细听，区别快速划动和慢速划动发出的声音，就能很好地让学生明白“声音的频率是由振动物体的振动快慢决定的”，振动快音调高，振动慢音调低。
类似的实验很多，一旦让学生认识到物理就在生活中，物理的难度就会降低。陌生感消失了，亲切感随之而来，物理也就学得有滋有味了。因为认识到了物理就在身边，也就极大地激发了学生课后关注生活的兴趣，对于学生来说，只有建立了浓厚的学习兴趣，主动学习的意愿才会被唤起，必然就能提高物理学习的效率。
二、保证每一位学生都参与实验，有利于培养创新思维
强调“学生是学习的主体”“以学生发展为本”的新课程改革中，“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维教学目标的确定与实施，都是要尊重学生，有效促进学生的发展。学生应该是课堂学习活动的主人，课堂教学过程应是焕发学生学习的动力、促进学生生命价值不断显现的生动活泼的过程。
杜威认为儿童认识自然与社会唯一的方法就是让儿童去做、去行动，因此提出了“做中学”的方法论原则。
由于低成本实验器材来自生活中，取材方便，保证了实验的全班铺开，让人人都能动手，也就能采用边学边实验的高效率教学方式。师生一起边做、边学、边思考、边讨论，这样就能自觉地理解知识、培养能力，课堂教学的效率也就能够达到高效。
提倡开发低成本实验，决不是对现代教学实验设备的排斥，而是鼓励教师积极研究、设计、研制“低成本、多用途、高效率”的自制仪器，进而努力建构和发展以学生活动为核心的探究式教学模式。
例如在“摩擦力方向”判断的学习中，引导学生使用家用的刷子（建议刷子的毛发尽可能长些）进行实验。课前要求学生带一把家里用的刷子到校，让刷子毛发朝下使刷子在桌面上运动（或有相对运动趋势），学生对滑动摩擦（或静摩擦）力的方向就会一目了然（如图2所示）；而对于摩擦力中关于“相对运动的方向”的理解。很多学生觉得抽象，很难理解，但只要让同座的同学把两把刷子按如图3所示摆放，并让它们运动，学生就不难理解了。还有在学习“摩擦力”这一内容时，先布置学生收集有关这方面的材料来理解摩擦力，结果有的同学收集了几种废旧的汽车轮胎，这些材料的呈现使学生的思维迅速扩散开来，“为何小汽车和大货车的轮胎花纹深浅不一？”“不同的汽车轮胎花纹也不同，有的是横向的，有的是竖向的，为什么？”这些很好的开放性问题的提出，使同学们的思维活跃起来，想到了生活中、学习中、交通等方面有关摩擦力的问题。而且课后很多同学又去观察其他的一些车胎，如自行车、摩托车、电动车等，使摩擦力的知识能够真正地学以致用。
三、有助于物理学习中一些前概念中错误的纠正
前概念是指学习者头脑中已经存在的经验、观点、认识等。学习者前概念存在的普遍性是他们学习达成的出发点和前提，教师应当尊重和利用。但前概念中一些错误观点的顽固性也是学习者学习科学概念的阻碍，利用低成本实验可以使学生已有的经验与新认识发生冲突，从而帮助学生矫正、修改前概念的错误，接受新认知，并在脑海中留下深刻记忆，正如杜威所言“教育就是经验的改造或改组”。
例如在学习理解“电流”时，老师和教材中都用“水流”来类比帮助学生去理解。电源的电势是正极高于负极，而电压（电势差）是电流产生的原因，因此靠讲授的方法要使学生相信“串联电路中电流处处相等”是很困难的，这就必须让所有学生都参与实验来验证。把电源（干电池或学生低压电源）准备好，把规格相同的几个（至少三个以上）小灯泡用导线串联起来接入电源，让学生仔细观察从电源的正极开始逐渐到负极，每一个小灯泡的亮度是否一样，会不会越来越暗？这样能使学生正确理解“电流”的概念，也为以后学习理解电能与其他形式的能的转化打下了很好的感性基础。
利用铅笔芯的导电性开发一些实验也是极有意义的。学生学了导体、绝缘体知识后，由于受干燥的木头就是绝缘材料的影响，不相信铅笔芯是导体这一事实，而对这一认识的纠正，非用实验证实不可（只需把它接入电路中，观察电路是否能连通。铅笔芯为何能导电的原因让学生自己查找资料学习）。取同一品牌的不同型号的铅笔芯，就为导体的电阻R的影响因素（即导体的长度、横截面有关）研究准备好了实验材料，为滑动变阻器的原理学习、为焦耳定律的实验学习等都提供了很好的实验器材，方便、可信、有趣。
四、有利于课堂上培养学生的STSE意识
在当前以培养学生科学素养为宗旨、课程目标三维化和模块化结构为特征的基础教育改革新课程的实施中，引人注目的是科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)、环境(Environment)（即简称为STSE）的内容大幅度增加。STSE内容在物理课堂教学中除了直接以知识的形式在教材上呈现外，还应以其他的方式被学生所关注，而低成本实验器材及实验开发的形式和呈现，更能引导学生关注现实、感受物理给社会和人类进步带来的巨大推动作用，也就更能加强学生自觉学好物理的决心。
我们平常生活中的废弃饮料瓶、吸管、纸板、废旧塑料等都是很好的实验开发材料。用废弃饮料瓶可以做实验用的杯、瓶、漏斗、水平仪（灌满水，控制好内部留一小气泡，拧紧瓶盖，如图4所示）等；用吸管可以代替易碎的玻璃管，而且拉伸吸管（如图5所示）可以方便地改变方向，用起来很方便。在学习“摩擦起电”时，大多数教师都有过这样的体会，这部分内容的学习时间如果是在干燥的秋冬季节还好，实验成功率高，但如果是春夏季节，空气湿度稍大一点，实验就很难做成功。原因主要是丝绸和毛皮的干净度和干燥度要求高，而实验室常用的材料又不可能达到这一要求，若改用平常到处都有塑料薄膜或保护电器用的包装泡沫代替丝绸和毛皮与玻璃棒、橡胶棒摩擦，实验效果会很好，而且一定能使实验成功。教师根据这一实验还可拓展，告知学生一切物体摩擦都能起电，在以后的生活中和工作中要根据实际需要选择材料。
在学习电磁感应现象时，实验中虽然有较多的仪器能演示这一实验现象，但如果用如图6所示装置做电磁感应实验，只要让两个同学拿着较长软电线的两处，分别站在地面上的东西方向，像跳绳一样不停地摇动电线，连接在电线回路中的小量程电流计的指针就会发生偏转。这一实验不仅让学生认识了电磁感应现象，而且还巩固了有关地磁场知识。
图6
低成本器材的使用及实验的开发，一方面节省了学校的实验经费，保证了很多实验的顺利进行；另一方面变废品为实验器材，使每一位同学在参与做实验、学知识的同时，能思考材料的应用及环境保护问题，这也是物理教育的责任。
五、结束语
长期以来，课堂教学始终是学校教育过程中的一个关键和焦点问题，在今天的课程改革实践过程中，课堂教学有效性问题尤其受到关注。因为一个学校的教育、教学质量在很大程度上取决于学校每一位教师的每一节堂课的教学效果。但是，现阶段我国基础教育阶段的课堂教学并没有发生根本性的改变，而其中理科的实验问题一直是最困扰教学的问题之一。笔者曾对周边的中学物理实验的开设情况作过调查，县市一级的中学物理实验的开设较好些，教师演示实验和学生实验开设率能达到60%左右，而农村中学实验开设率都低于50%。
直指升学考试的实验课充斥着物理课堂，百无一漏、缜密地“讲实验”取代了锻炼学生操作技能和探究能力的“做实验”，看似节省了教学时间，提高了学习效率和成绩，而诸多需要实践方能获得的技能和程序性知识却无法获得，故学生高分低能的现象一直得不到根本解决。教学是由教师主导、设计、策划的，所以造成这一结果，直接从事教学的教师负有不可推卸的责任，而培养教师的摇篮——师范院校首先应担负起职责，不仅在思想意识上要培养未来的教师要重视实验、开发好实验。也要在技能上使他们做好充足的准备。这样物理这一重要的自然学科才能被学生所喜爱，而全民的科学素质才能真正得到提高。