初中物理力學(xué)低成本演示實(shí)驗(yàn)的研究與開(kāi)發(fā)

石家文，李洪祥

(貴州師范學(xué)院，貴陽(yáng) 550018)

?

初中物理力學(xué)低成本演示實(shí)驗(yàn)的研究與開(kāi)發(fā)

石家文，李洪祥

(貴州師范學(xué)院，貴陽(yáng) 550018)

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性不言而喻。目前，我國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器大多是從廠家統(tǒng)一購(gòu)置，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生只能看見(jiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程比較模糊。如果利用生活中價(jià)格低廉或已經(jīng)廢棄的物品進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，將具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程展示出來(lái)，學(xué)生就可以簡(jiǎn)單明了地了解實(shí)驗(yàn)結(jié)果的產(chǎn)生過(guò)程。制作低成本演示實(shí)驗(yàn)器材是一項(xiàng)創(chuàng)造性的活動(dòng)，不僅對(duì)教師創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有較大幫助，而且也豐富了教師在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的教學(xué)方法。本文通過(guò)查看大量文獻(xiàn)，總結(jié)貴州地區(qū)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師和學(xué)生對(duì)力學(xué)低成本演示實(shí)驗(yàn)的需求，同時(shí)結(jié)合人教版初中物理教材，對(duì)初中力學(xué)的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析研究。

初中物理；物理力學(xué)；低成本演示實(shí)驗(yàn)

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出 “從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的培養(yǎng)理念，說(shuō)明物理是從生活中總結(jié)而來(lái)，從而也應(yīng)用到生活中去。利用生活中常見(jiàn)的、價(jià)格低廉的材料制成低成本演示實(shí)驗(yàn)器材，很好地把生活同物理聯(lián)系起來(lái)。

1 貴州地區(qū)低成本物理演示實(shí)驗(yàn)的需求分析

1.1 貴州地區(qū)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

為了解貴州地區(qū)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，筆者查看了大量文獻(xiàn)，總結(jié)出前人關(guān)于貴州地區(qū)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)查與分析結(jié)果。了解到66.7%的教師在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中樂(lè)于并嘗試過(guò)自制教具，33.3%的教師在自制教具方面能力有所欠缺或者不愿意嘗試，如圖1所示。針對(duì)學(xué)生是否喜歡物理實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行了總結(jié)，從整體上看，90%以上的學(xué)生喜歡做物理實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

圖1 教師對(duì)自制教具進(jìn)行教學(xué)的看法Fig.1 Teacher’s view of self-made teaching aids

圖2 學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的喜愛(ài)程度Fig.2 Students’ degree of love for physical experiments

在貴州省金沙縣、三都縣、平塘縣的農(nóng)村中學(xué)投放150份問(wèn)卷，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，在貴州地區(qū)物理實(shí)驗(yàn)受到絕大多數(shù)學(xué)生的喜愛(ài)，可以幫助學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，改善學(xué)習(xí)現(xiàn)狀。極少部分學(xué)生不喜歡物理實(shí)驗(yàn)，易對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生不良影響，教師應(yīng)多加開(kāi)導(dǎo)，通過(guò)開(kāi)展豐富多彩的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師很樂(lè)于嘗試自制實(shí)驗(yàn)器材，有利于增強(qiáng)教師的創(chuàng)新意識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量，也有利于解決貴州地區(qū)物理實(shí)驗(yàn)器材不足的問(wèn)題，讓低成本的物理演示實(shí)驗(yàn)具有進(jìn)一步發(fā)展的空間。

1.2 低成本物理力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的意義

低成本物理力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)主要利用生活中的物品做輔助教具，展示物理力學(xué)中的現(xiàn)象，解決中學(xué)物理教師對(duì)力學(xué)這一章節(jié)的教學(xué)問(wèn)題，有利于教師對(duì)力學(xué)知識(shí)的傳授及學(xué)生對(duì)力學(xué)知識(shí)的理解。低成本力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)取材容易、制作過(guò)程簡(jiǎn)單，同時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又比較明顯，方便學(xué)生把概念問(wèn)題實(shí)際化，加深學(xué)生對(duì)力學(xué)知識(shí)的理解。在解決貴州偏遠(yuǎn)地區(qū)中學(xué)實(shí)驗(yàn)器材不足問(wèn)題、增強(qiáng)師生之間和學(xué)生之間的交流互動(dòng)、學(xué)生的個(gè)性發(fā)展、加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力等方面都具有重大意義。同時(shí)在物理教學(xué)過(guò)程中對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出良好反響，從而提高教學(xué)質(zhì)量，在推動(dòng)貴州當(dāng)?shù)刂袑W(xué)由舊式物理教學(xué)模式向新式物理教學(xué)模式的過(guò)渡中意義重大。

2 初中物理力學(xué)低成本演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

2.1 彈力產(chǎn)生原因演示

在初中物理教學(xué)中，彈力的定義指物體由于發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的力。大部分教師在教學(xué)過(guò)程中只是簡(jiǎn)單地讓學(xué)生了解彈力的存在和初步認(rèn)識(shí)彈力，并沒(méi)有深入去講解研究，所以初中學(xué)生對(duì)于彈力這一概念比較模糊，很容易忘記，導(dǎo)致他們進(jìn)入高中后還需要再?gòu)?fù)習(xí)一次彈力的基本知識(shí)。本實(shí)驗(yàn)選擇使用一根橡皮筋和一個(gè)乒乓球作為主要器材，所選材料為生活中常見(jiàn)物品。

實(shí)驗(yàn)步驟:第一步，取一根橡皮筋放在桌子上拉伸至原長(zhǎng)并固定住，在橡皮筋之間放入乒乓球如圖3a所示。第二步，將乒乓球和橡皮筋同時(shí)向后拉伸，這時(shí)讓學(xué)生觀察橡皮筋形狀的改變，如圖3b所示。接下來(lái)松開(kāi)手，乒乓球受到彈力的作用后會(huì)向前運(yùn)動(dòng)一段距離，這就很形象地表現(xiàn)出了彈力的效果，學(xué)生也很容易記住彈力的產(chǎn)生條件。

圖3a 實(shí)驗(yàn)步驟第一步Fig.3a Step 1 of the experiment

圖3b 實(shí)驗(yàn)步驟第二步Fig.3b Step 2 of the experiment

2.2 慣性實(shí)驗(yàn)演示

慣性對(duì)于中學(xué)生而言，是一個(gè)比較抽象的知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)生的生活中雖然有關(guān)于慣性的體會(huì)，但自己卻很難用語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)。為了讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識(shí)慣性須用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證。本實(shí)驗(yàn)選擇隨處可見(jiàn)的礦泉水瓶作為主要器材。

實(shí)驗(yàn)步驟:第一步，將礦泉水瓶中裝入半瓶水橫放在桌面上，如圖4a所示。第二步，用手握住瓶身，如圖4b所示?？焖賹⒌V泉水瓶向前推動(dòng)一段距離后立即停止，雖然礦泉水瓶已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)，但由于瓶中的水具有慣性，還會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，學(xué)生觀察到水向前運(yùn)動(dòng)時(shí)還能聽(tīng)到“咣當(dāng)”的一聲，這與學(xué)生日常坐車(chē)遇到急剎車(chē)時(shí)身體猛然向前傾的情況十分相似，使學(xué)生對(duì)慣性概念有了自己的見(jiàn)解，有助于幫助學(xué)生掌握知識(shí)。

圖4a 實(shí)驗(yàn)步驟第一步Fig.4a Step 1 of the experiment

圖4b 實(shí)驗(yàn)步驟第二步Fig.4b Step 2 of the experiment

2.3 浮力產(chǎn)生原因演示

浮力的概念對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)較抽象，教材上對(duì)浮力也沒(méi)有過(guò)多的解釋。本實(shí)驗(yàn)選擇已廢棄的礦泉水瓶和一個(gè)常用的兵兵球作為主要器材，材料易得、廉價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好展示了浮力產(chǎn)生的原因。

實(shí)驗(yàn)步驟:第一步，取兩個(gè)礦泉水瓶的上半部分。把兵兵球放入沒(méi)有把瓶蓋打開(kāi)的倒立礦泉水瓶中，往瓶中倒水，發(fā)現(xiàn)兵兵球開(kāi)始慢慢浮起來(lái)，如圖5a所示。第二步，將兵兵球放入另一個(gè)蓋子打開(kāi)的礦泉水瓶中，蓋口向下，使兵兵球接觸礦泉水瓶底部，不斷往瓶中倒水，直至水面高于兵兵球的高度，發(fā)現(xiàn)兵兵球并沒(méi)有浮起來(lái)，如圖5b所示。

通過(guò)分析可知，兵兵球浮于水面上，必然是受到了水給它的一個(gè)向上的作用力，也就是浮力。進(jìn)而給出浮力的具體概念:浸在液體里的物體，受到液體向上的托力，這個(gè)就是浮力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生能夠更清楚地理解浮力產(chǎn)生的原因和概念，同時(shí)也能激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

圖5a 實(shí)驗(yàn)步驟第一步Fig.5a Step 1 of the experiment

圖5b 實(shí)驗(yàn)步驟第二步Fig.5b Step 2 of the experiment

2.4 影響壓力作用效果因素演示

取一塊泡沫塑料放在桌子上，在泡沫塑料上放一塊小木塊，如圖6(甲)所示，泡沫塑料只往下陷了一點(diǎn)。再在木塊上加一塊圓柱形的鐵塊，如圖6(乙)所示，泡沫塑料下陷的程度比甲深了很多。在相同的泡沫塑料上，加一塊比甲圖更大的木塊和兩顆釘子，如圖6(丙)所示，丙圖比甲圖下陷程度輕。把丙圖的釘子和木塊換了位置放在泡沫塑料上，如圖6(丁)所示，丁圖比丙圖下陷程度大得多。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以很容易觀察到泡沫塑料變化的過(guò)程，從而更加理解壓力大小、受力面積對(duì)壓力作用效果的影響。

圖6 影響壓力作用效果因素演示Fig.6 Demonstration of factors affecting the pressure effect

3 結(jié)語(yǔ)

力學(xué)在初中物理教學(xué)中所占比例達(dá)到50%以上，低成本物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展對(duì)初中生具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，實(shí)驗(yàn)器材取材方便、快捷、廉價(jià)等特點(diǎn)，讓更多的學(xué)生有機(jī)會(huì)自己參與實(shí)驗(yàn)器材的制作，加強(qiáng)他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)造力。同時(shí)，低成本物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)可以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材不足的問(wèn)題，讓更多的教師有機(jī)會(huì)把理論和實(shí)驗(yàn)聯(lián)系在一起進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生們充分體驗(yàn)到物理實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。

[1] 韓希光.利用生活開(kāi)啟物理學(xué)習(xí)之門(mén)[J].教育教學(xué)論壇, 2010，(04):109-110.

[2] 陳先鋒，宋景萍，孫麗萍，等.初中物理低成本演示實(shí)驗(yàn)的研究與開(kāi)發(fā)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015，(04):275-277.

Research and development of low cost demonstration experiment of physics mechanics in middle school

SHI Jia-wen, LI Hong-xiang

(Guizhou Normal University, Guiyang 550018, China)

Physics is an experiment-based discipline, and the importance of experimental teaching is self-evident. At present, most of middle school physics experimental teaching instruments are purchased from the manufacturers, and students can only see the experimental data in the course of experimental teaching with vague experiment process. To demonstrate the experiment with low-cost or discarded items can make students understand the results of the experimental process. The production of low-cost demonstration laboratory equipment is a creative activity, which has had not only great help for the cultivation of teachers′ innovative ability, but also enriched the teaching methods in the demonstration of teaching. This paper reviews the needs of teachers and students in low-cost demonstration experiment of physics experiment in middle school in Guizhou province. At the same time, some experiments on middle school mechanics are analyzed combined with middle school physic textbook.

Middle school physics; Physical mechanics; Low cost demonstration experiment

2017-02-19

貴州師范學(xué)院校級(jí)學(xué)生科研項(xiàng)目(2016DXS106)；2013年院級(jí)課題雙勢(shì)壘及一維介觀環(huán)中電子的自旋極化輸(xky1370)

石家文(1995-)，男，貴州師范學(xué)院物理學(xué)專(zhuān)業(yè)2017屆本科畢業(yè)生。

孫麗萍(1982-)，女，碩士，講師。

G633.7

B

1674-8646(2017)07-0001-03

指導(dǎo)教師：孫麗萍