黃顯吞

廣西百色學院物理與電信工程系，廣西省百色市533000

摘要：結(jié)合演示實驗的教學功能，詳細介紹一些低成本、高智慧演示實驗及范例，特別適合課內(nèi)外示教以及探究性和研究性學習；并闡述創(chuàng)制高智慧、高教育價值功能的低成本實驗是我們的工作重點和努力方向。

關(guān)鍵詞：低成本；高智慧；創(chuàng)造性設(shè)計；范例

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2009)3(S)-0055-2お

引言

教師在教學中如能從實驗設(shè)計和實驗方法的高度上把握問題的關(guān)鍵，舉一反三、創(chuàng)造性地解決問題，并有效地、恰到好處地運用簡單而巧妙的實驗使學生不僅知道怎樣做，而且弄清為什么要這樣做，這樣才能反映一名教師的教學能力和知識水平。因此經(jīng)過適當整理、挖掘和加工，具有高智慧、高教育價值功能的低成本實驗會成為寶貴的精神財富。

1 低成本、高智慧實驗的意義

真正有價值、有生命力的低成本實驗是物理教學實驗中簡單而巧妙的作品。低成本實驗往往取材比較簡單，常常用日常用品甚至廢棄物品（即壇壇罐罐）取代實驗室專用器材。這種簡單的實驗方法其實很不簡單，因為它常凝結(jié)著創(chuàng)新思維和創(chuàng)造性設(shè)計的結(jié)果。即所謂成本低智慧不低、成本低技術(shù)含量不低、成本低教育價值不低。開發(fā)高智慧、高教育價值功能的低成本實驗，不但適合我國的國情，而且在許多發(fā)達國家也長盛不衰，這充分展現(xiàn)低成本實驗的真正魅力。同時這也應是物理教師的工作重點和努力方向。

2 低成本、高智慧實驗的設(shè)計思想

物理教師要設(shè)計一種很好的實驗，使學生在實驗過程中不僅僅是滿足于獲取某一種結(jié)論性的內(nèi)容，而是把重點放在掌握思維過程和思維方法上。所以實驗的設(shè)計不僅要體現(xiàn)物理思想、符合科學性原則，而且必須反映科學教學思想、符合教學原則。即低成本、高智慧教學物理實驗設(shè)計與制作應有利于科學性鑒別、物理方法的運用和教學目的明確等，并充分考慮學生的理解能力，本著簡潔明快、精巧實效的設(shè)計思想，使得原本很復雜，看起來一籌莫展的實驗問題迎刃而解，給人以一種暢快淋漓的感受和直呼驚奇的感覺，使學生熱愛科學，體會科學方法，體驗科學的樂趣，認識物理學的精髓。

3 低成本、高智慧演示實驗范例

實驗的目的主要是給學生學習物理創(chuàng)造一個良好環(huán)境，使學生能主動獲取知識和發(fā)展知識；實驗方法的優(yōu)點就是將復雜過程進行簡化和純化，突出研究對象的主要因素，以便學生比較容易、比較精確地發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

3.1 簡化與純化例子

實驗的教學價值與實驗裝置的復雜程度成反比，所以對一個原本不太復雜的實驗裝置做進一步簡化，實際上就不是一件簡單的工作。例如簡易直流電動機的設(shè)計方法：如果能省去換向器是最簡單巧妙的，但這要么周期性地改變磁場；要么采用可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)動周期性地變化的電源。這樣，很可能設(shè)計出一個更復雜而不是簡化的電動機。若采用將漆包線引出線（一端的絕緣漆全部刮去，而另一端只刮去一半）當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸使用的只繞一圈的線圈，放在蹄形磁鐵磁場中做成的號稱“世上最簡單電動機”（如圖1所示）的實驗方法簡單得出奇，卻精彩得令人叫絕。おお

又如把一顆鋼珠放在一支塑料圓柱筒里后使它在斜槽里滾動的“魔鬼下山”實驗就很好地說明動能與勢能相互轉(zhuǎn)化的原理。這些用一線圈或一鋼珠組成的簡單而巧妙的裝置完全可以作為一件很好的物理教具，不僅激發(fā)好奇心，而且使我們的教學內(nèi)容更生動、更豐富。

3.2 精選與提煉例子

能敏銳地意識到問題的存在并抓住不放、扎扎實實地鉆研下去，這是一種對任何一類研究都極其重要的品質(zhì)。同時從效果、原理、結(jié)構(gòu)（成本）考慮，設(shè)計獨特、新穎的實驗方案。例如：由于尚未見到很直觀地演示交流市電特性的實驗裝置，若采用指針式電表或類似的儀器的方法顯然是失效的，因為電表的指針擺動是跟不上50Hz的變化電流的?，F(xiàn)采用如圖2所示電路：お

此電路把兩只不同顏色的發(fā)光二極管（設(shè)為一紅一綠）并聯(lián)后跟分壓電阻串聯(lián)連接220V的交流市電中。通電后，手拿兩發(fā)光二極管快速移動，將看到紅——綠——紅——綠……的順序排列，這就很好地說明了交流電方向變化的特性。

又如為說明曲率半徑不同而受力不同，我們把兩只大小、材料都相同的氣球吹氣成大小不同后用帶閥門的膠管連接起來讓學生競猜打開閥門后結(jié)果：這種把奇怪現(xiàn)象擺在面前，讓他們思想發(fā)生矛盾，認識結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，會忍不住產(chǎn)生各種猜想并設(shè)法尋找知識來解釋。這些用兩只普通的二極管或氣球組成的簡單實驗裝置就可巧妙解決難題，這種實驗裝置精巧實效且富創(chuàng)新思維，我們欣賞并佩服這種簡單而巧妙的作法。

3.3 發(fā)掘與創(chuàng)新例子

對前人的研究要盡可能多的了解，特別關(guān)注各種方法的基本特點，并注意從眾多的表面差別很大的實驗裝置中發(fā)掘和把握其中蘊含的實驗方法，巧妙地設(shè)計具有創(chuàng)造性的實驗。例如對單向可控硅電路的改進：由于現(xiàn)行教材對如所加的直流電的情況未作說明，故易使學生誤認為單向可控硅在脈動直流電中也能實現(xiàn)持續(xù)導通。采用如圖3所示電路就能很好說明：お

此實驗只增加一個電鍵K2（采用脈動直流或濾波后直流電壓供電），就能全面直觀說明單向可控硅持續(xù)導通的特性。而由以上實驗就聯(lián)想到以前“用多個開關(guān)控制一盞燈”的電路是一個比較復雜的電路，現(xiàn)采用如圖4裝置就可完成：おお

此燈開關(guān)電路經(jīng)整流濾波后轉(zhuǎn)由按鈕組合控制，步驟為：按下S_1-2、S_2-2、S_3-2、……中任一個按鈕，可控硅導通，燈亮；松開后，可控硅失去電壓，但由于其自身保持持續(xù)導通特性而繼續(xù)導通。而按下S_1-1、S_2-1、S_3-1、……中任一個按鈕，相當于把可控硅短路，可控硅失去電壓而截止，松開后燈熄滅。這樣把S_1-1和S_1-2、S_2-1和S_2-2、S_3-1和S_3-2、……等組合成的多個按鈕開關(guān)完成同時控制一盞燈的裝置。這樣學生就只需透過較少但又比較熟悉的技術(shù)細節(jié)就可領(lǐng)悟其中簡單、實用的物理原理，并體會其中的設(shè)計與創(chuàng)作技巧，也使我們的教學更有吸引力。

4 結(jié)論

以上這些充分發(fā)掘身邊材料，選用合理方式的低成本、高智慧實驗的設(shè)計制作思想及范例，很好地解決了長期以來困擾我們教學的許多疑難問題。使物理教學更有生氣，使學生更富有參與感。

同時這些低成本、高智慧演示實驗及范例不僅經(jīng)濟、簡便，而且趣味性強、賦予啟發(fā)性，送給我們一種智慧的熏陶和享受。正因為如此，低成本、高智慧的實驗是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，這塊寶地很值得我們?nèi)ラ_墾，這些精神財富很值得我們?nèi)グl(fā)掘。

參考文獻：

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(欄目編輯王柏廬)