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1、高中物理课标培训 专题五：高中物理新课程实验教学探究第二讲.txt26选择自信，就是选择豁达坦然，就是选择在名利面前岿然不动，就是选择在势力面前昂首挺胸，撑开自信的帆破流向前，展示搏击的风采。专 题 五 高中物理新课程中的课程资源开发第二讲：怎样开发和利用低成本实验资源 各位老师，大家好！欢迎再次来到高中物理新课程远程研修节目，上一讲我们探讨了如何理解和落实课程标准对物理实验教学的要求，今天我们继续探讨怎样开发和利用低成本实验资源。 谈到低成本的实验，常常会使人想到经济欠发达地区，由于学校实验设备的短缺而不得不另辟蹊径，由教师用一些简陋的材料做一些简单的实验。那么，随着经济的发展，和政府对教育
2、投入的不断加大，低成本实验的开发还有重要的价值吗？ 我们纵观物理学史上最美的十大实验，绝大多数都是用最简单的实验设备却揭示了最深刻的物理原理。比如大家耳熟能详的牛顿三棱镜分光实验被认为是第七大最美的实验，实验的仪器不过是两块三棱镜，但实验却揭示了光的色散现象，进而开创了现代物理学的重要领域光谱学的先河。还有托马斯.杨的双缝实验、伽利略对于落体实验的研究等等，这些都是通过最简单的实验手段、利用最简单的实验器材，却揭示了最深刻的科学真理，在科学史上留下最美的风景。由此可见，低成本实验的效果和价值还是很高的。世界上即使是最发达的国家和地区，也极为重视低成本的实验的开发和利用，在他们的教学中也大量使用
3、教育价值高、而成本低的实验。更何况我们国家的经济刚刚处于腾飞的起步阶段，各地的经济发展不平衡，低成本实验资源的开发和利用更有深刻的意义和价值。低成本物理实验，对高中物理新课程实施来说，是一种重要的课程资源，能有效激发学生学习的兴趣。低成本实验设计的创造性，能对学生产生潜移默化的影响。通过利用身边的日常生活用品做实验，可以很好的促进学生自主学习、自主探究。 当然，这也对教师的创造能力提出了较高的要求。 一、开发和利用低成本实验资源的方法看来开发和利用低成本实验大有作为，那么开发和利用低成本实验有哪些方法？设计低成本实验时有没有规律可循呢？低成本实验的设计应当注意遵循科学的实验方法，使我们的实验设
4、计在科学方法的指导下进行，避免盲目性。 1、放大法首先我们要采用放大法，尽可能增大实验的可见度。一般地说，效果明显，现象清晰的实验更能引发学生浓厚的兴趣，留下深刻的印象。要增加实验的可见度，使实验更容易观察、区分和比较，可以从这几个方面来考虑，变小为大，变弱为强，变快为慢。在实验设计中，我们可以采用机械放大、时间放大、光放大、电磁放大等等方法。机械放大进行的实例，第一个实验是振动的机械放大，第二个实验是固体微小形变放大，机械放大是我们物理学中最简单的一种放大方法，它是一种空间放大的方法。比如我们常用的游标卡尺、螺旋测微器就是应用机械放大的方法。还有像杠杠对力和位移的放大、测量纸张厚度用的累积放
5、大等都是有效应用机械放大的方法。 时间放大法：通常利用时间的积累减小时间测量的误差，或利用时间的积累增强实验的效果。下面介绍一个冲量概念引入的实验，在墙上挂几个气球，同一个人用长短不同的吸管同样的力气吹牙签，试着击破气球。同一个人，用长的吸管吹出去的牙签扎破了这个气球，而用短的吸管吹出去的牙签没有扎破气球，这是什么原因呢？因为吸管越长，力对牙签作用的时间就越长，力对时间的累积就越大，牙签受到的冲量越大，增加的动量也大。这个实验取材非常简单，现象有趣，学生的参与热情非常高。教室里爆发的热烈掌声和欢呼声一定会深深感动你，这样的设计会让学生在快乐中感受到学习的乐趣，冲量的概念就在愉快的体验中建立起来
6、了。光放大的方法。我们可以采用实物投影仪、幻灯机、放大镜、显微镜等装置，放大视角形便于观察。另一种方法就是光点反射放大法。用这一方法可显示桌面微小形变。著名的卡文迪许测量万有引力常量的扭秤实验，也属于低成本实验的经典之作。这个实验就是利用光点的反射法，该实验也被评为最美的实验之一，这些经典的实验在给予我们眩目的美的同时也给予我们深刻的思想和方法的启迪。在现象、变化、待测量很微小的情况下，可以采用放大的方法，根据放大对象的不同，放大的方法也各不相同。可以从机械放大、光放大、声放大、电放大、投影仪放大等角度来考虑。探究物理量的放大方法，有助于我们对科学方法的应用，掌握了科学方法，在设计低成本实验时
7、，我们要把科学方法自觉地渗透到设计中，提供高可见度的实验，获得更好的实验效果 。2、转换测量法下面再向大家介绍另一种在设计实验中常用的方法-转换测量法。在实验中，有很多物理量，难于用仪器直接测量，或因条件所限，无法提高测量的准确度，就可以根据物理量之间的定量关系、各种效应，把不易测量的物理量转化成易于测量的物理量进行测量，这种方法就叫转换测量法，简称转换法。 利用圆管轨道做动量守恒的学生分组实验。在 定量探究动量守恒实验中，测量两个物体 速度关系是实验的关键，但是速度不便直接测量，实验中将不易测的速度转化为容易测量的位移，实验的设计取得了突破。实验中应用了测量量转换的间接测量法，将不易测的速度
8、转化为容易测的位移，使学生在学习知识的同时又得到了研究问题方法的熏陶。由于物理量之间存在多种关系和效应，因此将会有多种不同的转换法，这恰恰反映了 物理实验中最具启发性和开创性的一面。其他的转换测量方法有热电换测，压电换测，磁电换测等。由于物理量之间存在多种关系和效应，因此将会有多种不同的转换法，这恰恰反映了 物理实验中最具启发性和开创性的一面。其他的转换测量方法有热电换测，压电换测，磁电换测等。3、留迹法下面我们再来介绍留迹法。在物理实验中，有些物理现象稍纵即逝，比如运动物体所处的位置、运动物体的轨迹等，用一定的方法把它记录下来，然后通过测量、观察进行研究，这就是所说的留迹法。物理实验设计有很
9、多基本的方法，比如，研究多变量问题时我们采取控制变量法，不便于直接测量的物理量我们可以转化为便于测量的物理量，即转化法。还有对比法、模拟法、等效替代法等。 二、开发和利用低成本实验设计的基本思路那么低成本实验设计的基本思路是什么？我们应该怎样着手进行设计？ 下面我用一个实例向大家介绍用缺点列举法来设计一个低成本实验。应用缺点列举法来设计实验，一般可以有以下几个步骤：首先是定课题，一般来说我们所定的课题要相对小些，简单一些，这样的实验容易获得成功。其次是列举缺点，找出缺点的原因，然后再针对缺点提出克服缺点的方法，最后对改进的方案进行评估和实验。如描绘简谐运动图像的实验。首先我们先列举原有实验的缺
10、点：第一用手拉动纸张，纸张就不容易做匀速运动，改进的方法是改用小电动机拉动纸带，纸带就可以做匀速运动，缺点之二是 随着砂子的减少，砂摆的重心会下降，摆长就会改变，其振动周期也随着改变。改进的方法是用大可乐瓶装墨水，少量墨水的流出基本不影响摆的重心，保持了振动周期的稳定。改进后的实验 图像清晰，成功率也得到极大提高。 三、开发和利用低成本实验资源的几个途径由于课堂教学是我们提高教学质量的主战场，我们知道物理课堂实验主要有演示实验和分组实验，低成本实验在课堂教学中有哪些应用？我们可以从哪些方面着手？ 在演示实验方面：如果原来的演示实验效果不明显，我们可以自制实验来改进实验的效果 ，我们还可以开发新
11、的演示实验，帮助学生建构知识体系，突出教学的重点，突破教学的难点。在分组实验方面：改演示实验为分组实验，提供更多的实验机会，让学生在动手动脑中愉快地学习。改高成本实验为低成本实验。很多现代的精密的实验仪器虽然测量准确但价格昂贵，并不是每个学校都有能力配置，因此就要想办法来开发一些低成本的实验，满足学生分组实验的需求。 下面我们一起看几个有趣的，利用日常生活用品做的演示 。巧移乒乓球实验，新奇有趣，操作具有挑战性，学生以极大的热情参与到学习中。用在向心力与向心加速度的课前引入部分，能马上调动学生的积极性，使他们积极主动地投入到学习中，如果用在向心力的实例分析当中，也可以让学生分析向心力的来源，这
12、是一个非常好的实验素材。用挂钟做的电容器的（充）放电演示实验，这个实验非常巧妙地应用身边的物品，设计的实验装置简单、可见度大、直观性强，与传统的实验，与灵敏电流计的指针偏转相比，这个实验现象新奇，出乎学生的意料，给学生留下了深刻的印象，大大增强了实验的效果。 又如利用白炽灯灯丝做的电阻率随着温度的变化实验。电阻率随温度变化的规律，学生常常是死记硬背，殊不知这是无本之木、无源之水，没有事实为依据的结论是容易被混淆的。这个教具的制作并不困难，取材也很容易，实验成功率却极高。利用身边随手可取的日常生活用品来做实验，应该是我们物理实验教学改革的一个方向，是新课程所倡导的。这些实验让学生深切地感受到物理
13、学就在我们身边。 物理课程标准中提到学校和教师应根据课程标准的要求，安排足够多的学生实验和演示实验，也就倡导人人动手做更多的实验，让学生在动手动脑中快乐地学习。低成本实验的开发是不是能更多地增加学生分组实验的机会呢？由于低成本实验的 装置比较简单，成本比较低，实验操作简单易行，实验的方法简洁明了，确实可以大大增强 学生分组实验的 可能性。 下面是几个改进实验之后的低成本学生分组实验。 在弹簧压缩状态下探究胡克定律实验中，弹簧的压缩量不便测量，利用圆管轨道可以弥补实验的不足，我们只要开动脑筋，就可以制作一些低成本的实验，取得意想不到的实验效果。简单易行的光的干涉和衍射实验。观察光的干涉现象有条件
14、的学校可以用双缝干涉演示仪来完成演示实验，但是由于实验仪器昂贵，很多学校根本就没有条件配备分组实验。 下面介绍的低成本实验，就可以用比较简单的实验仪器来完成光的干涉和衍射分组实验，而且实验设备成本极低，操作简单，现象明显，可以人人动手进行实验。这个实验的关键是获得间距很小的双缝，用两个薄刀片压出双缝是一个很好的方法，大家可以借鉴。学生自己亲自动手做实验，一定会对干涉现象印象深刻。如果学生在实验过程中把干涉图样呈现在远近不同的地方，比如说呈现在比较近的书本上，或者稍微远一点的天花板上，或者更远一点的墙壁上，他们就能进一步观察发现条纹的间距与光屏的远近是有关系的。利用这只光电笔我们还能够进行圆孔衍
15、射实验，在一个纸板上，用一根针捅出一个小园孔，然后再用这个光电笔照射，我们就可以在墙上看到非常明显的园孔衍射现象、我们还可以用一根头发丝作为障碍物，放在这个光电笔的前面，那么我们就会看到障碍物的衍射了。 圆周运动中机械能守恒及临界问题探究仪的特点是：演示方法简单，操作方便，现象明显，成本低，功能多。使用这个仪器可以做许多的实验：比如定性探究竖直平面内做圆周运动的物体机械能守恒，用这个实验仪器还可以探究小球在竖直平面内做完整圆周运动的临界条件，这个实验装置用在不同的课型上，可以提出不同难度的要求，如果是用于研究竖直平面内圆周运动问题的引入，它能较好的激发学生探究圆周运动通过最高点的条件。如果是用在复习课中，可以适当加大问题的难度，用来它设置问题的情景，让学生通过实验和理论推导，来探究临界点的问题。 利用这个仪器还可以探究向心力与半径的关系向心力的大小与半径是成正比还是成反比，这个问题是学生学习过程的一个难点，通过对实验的观察，能够帮助学生突破这个难点。教师在教学中有意识地增加低成本实验，不仅增加学生动手实验的机会，培养操作技能，而且帮助学生认识物理现象，理解概念和规律，培养实事求是的科学精神，提高科学学习的兴趣，更好的实现课程目标。可见，低成本实验在教学中有着非常重要的作用和价值。 四、课外实验低成本实验仪器取材方便，操
