初中物理“非常规”物理实验资源初探
内容摘要：所谓“非常规”物理实验，是指选择利用环境中“非专门化”的物质手段，不按固定方法或形式，人为控制条件，有目的实施观察与探索物理规律的实验教学活动。从适应教育教学改革和时代发展的需要，从促进教师的专业发展、提高教师自身素质的需要，从培养学生的创新意识和全面发展的需要来说，都迫切要求强化教师的课程资源整合意识，提高教师的课程资源开发和利用的能力。物理课程资源的开发和利用是一项极富创造性也较为庞大的工程，诚邀广大教师的参与和探索。
关键词：非常规物理实验，开发和利用课程资源，初中物理教学
随着多媒体教学、网络教学和实验教学的不断增多，真正实用的教学资源成为急需。进入新课程改革以来，各校在整合、开发和利用课程资源方面都做了有效的尝试。很多老师根据教学的需要制作和开发一些实用的课件、课例；同时还有意识地从生活中挖掘物理教学素材，诸如照相机、饮水机、高压锅、应急灯、电视机、儿童玩具等都能成为教学的课程资源；还有一些老师创造性地利用生活中的一些废旧物品制作了一些简易的实验器材、实验装置。这些资源直接来源于生活，真正体现了从生活走向物理，注重科学探究，提倡学习方式多样化的理念。
《全日制义务教育物理课程标准》的目标中指出：“具有对科学的求知欲，乐于探究自然现象和日常生活中物理学道理，勇于探究日常用品或新器件中的物理学原理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。乐于参与观察、实验、制作、调查等科学实践活动。”这就要求教师在教学过程中应尽可能的应用科学实验解决物理问题和验证物理原理。目前，利用实验室的现有器材已不能完全满足物理实验的教学需求，这就需要教师准备和制作实验室里没有的实验器材和实验装置，开发和利用更多、更实用的课程资源。
一、课程资源的开发和利用是当前基础教育课程改革的一个重要课题
课程资源开发为什么很重要？因为课程资源开发的一个很重要的价值是促进学生的发展。这可以从两个方面来诠释：一方面，学生的发展将受益于丰富的、具有开放性的课程资源的开发和利用；另一方面，学生的生活经验、感受、兴趣、爱好、知识、能力等又构成课程资源的有机成分。可以说，在学科教学中开发课程资源，是时代发展的需要，是教育改革的需要，更是培养学生创新意识、促进学生全面发展的需要。
新课标关于物理学科的定义中明确的指出：物理是以实验为基础的学科。这是因为实验既是物理教学的重要内容，又是一种组织教学的方法，同时还是物理教学的一种手段。它能给学生以启发，使其思维活跃，更利于学生形成物理概念、加深对知识的理解和学生能力的发展、技能的培养。因此，教师在教学过程中应重视实验的教学。
二、对“非常规”物理实验的认识
所谓“非常规”物理实验，是指选择利用环境中“非专门化”的物质手段，不按固定方法或形式，人为控制条件、有目的实施的观察与探索物理规律的实验教学活动。其中有两层含义，与利用实验室装备的专门化实验器材开展的“常规”物理实验形成鲜明对照：一是在资源利用上，“非常规”物理实验是直接利用环境中“本来用途不是用来开展实验”的物质资源，包括生活易得物品、材料、器具、学生文具、人体自身、交通工具、建筑设施、娱乐器材等，同时包括利用自制的实验器具；二是在实验方式上，“非常规”物理实验常常为达到某种教学目的而采取灵活与简便的方法与形式，使实验过程体现自创性、体验性、趣味性、简易性与生活化。
教师在教学实践中早就发现，与使用“厂家生产的专门器材”做的实验相比，使用生活物品、废旧材料、毛边材料、人体或人体局部、儿童玩具等做物理实验，更能激发学生的兴趣，更能引起学生参与学习的主动性和积极性，更有利于促进学生手脑并用、发展学生实践能力、探究与创新能力。如在电学的教学中，经常要用到家庭电路来作为研究对象。由于学生不了解过家庭电路的组成和结构，教师在教学中必须一一讲解，但效果并不明显。因此，笔者在与同组老师共同研究，设计制作了一个“家庭电路演示板”。其制作参考了《家庭电路与安全用电》一节中的家庭电路布线图，选择的材料有：电子式电能表、闸刀开关、熔断器、开关、灯座、插座、熔丝、导线等家庭电路常见器材，还有110mm×65mm的木板一块，材料易得。利用该电路演示板我们演示了以下一些实验：电路连接方式、简单电路设计中的楼道开关、电能表的使用、家庭安全用电，并能根据电能表读数计算电功和电热等，在电学有关的教学中均取得了较好的效果。类似的例子还有：用一个圆形纸板制作成“演示定滑轮和动滑轮特点”的装置；探究二力平衡条件实验中的“二力平衡实验支架”；探究声音是由物体振动产生的活动中，将一面平面镜放在鼓上，用一束激光斜射向平面镜，观察鼓面的振动等。我们把这样的实验装置称为自制实验器材，用这些非专门化的物理实验器材和实验装置所完成的实验被称作“非常规”物理实验。
三、“非常规”物理实验在课堂教学中的实践与反思
“非常规”物理实验的特点，一方面体现在实验材料的生活化及易得性上；另一方面主要是它作为客体构成一类独特的课程资源，学生与其相互作用时产生的良性心理影响有别于常规物理实验。
第一，实验的村料易于获得，演示或分组实验方便。生活中的所有材料、物品都有一定的物理属性，只要将其合理组合均可显现出一定的物理原理。如在大气压强的教学中，将两只吸盘式衣钩相互压紧后，再将他们沿轴线方向拉开，体验力的大小。与直接使用“马德堡半球演示装置”相比，操作更简单、更便利、更安全，现象更明显，且学生容易获得，便于亲身感受大气压的存在；用眼药水瓶上的小橡皮帽把注射器针头堵塞起来，将活塞向下拉，学生不仅可以感受大气压的存在，还能利用刻度尺、弹簧测力计粗略测量到大气压的数值；再如探究声音是由物体振动产生的活动中，将乒乓球用透明胶带粘连后挂在黑板上，敲击音叉，将音叉靠近乒乓球，观察到乒乓球被弹开，说明音叉振动发声等。
这些事实提醒我们，学生的生活空间即“物理实验室”，生活中的所有材料、物品都是我们开展物理实验、探究和认识其物理本质的重要课程资源。家庭、学校以及社会生活环境中的各类物品、器具、材料种类繁多且容易得到，手边材料及人体或人体局部更是随时可以利用。如在研究压力作用效果时，让学生取出一端削好的铅笔，将两个食指分别压在笔尖和笔尾，比较压力和受力面积对压力作用效果的影响，学生容易完成该实验，且现象明显，结论易得。这就为我们突破材料及时空限制，实施多种形式的物理实验教学提供了丰富、便利的条件。
第二，实验贴近生活，学生亲身体验，亲近感强。由于学生对生活中经常使用或身边随处可见的材料和物品很熟悉，用它们呈现物理现象，探究它们的物理属性或原理，会使学生感到物理学亲近、真实、可靠，会切身体会到生活与物理、物理与社会、物理与技术以及物理与个人之间的密切关系，从而感受到学习物理就是从本质上认识和探究周围世界，了解其客观规律。如人们经常食用的鸡蛋，在演示物理实验和解释物理现象时都能起到较好的效果。
液体蒸发吸热实验：把刚煮熟的蛋从锅内捞起来，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受。过一会儿，当蛋壳上的水膜干了后，感到比刚捞上时更烫了。
验证大气压存在实验：选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底放上一层沙子。先点燃一团酒精棉投入瓶内，接着把一只去壳鸡蛋的小头端朝下堵住瓶口。待火焰熄灭后，蛋被瓶子缓缓“吞”入瓶肚中。
浮沉现象实验：把一只鸡蛋浸没在装有盐水的玻璃杯中，使其悬浮。往盐水中加入浓盐水，发现鸡蛋缓缓上浮；再往盐水中加入清水，发现鸡蛋缓缓沉入杯底。
惯性现象实验：选用外形相似的生鸡蛋、熟鸡蛋各一只，放在水平桌面上。用相同的力使它们在原处旋转。能迅速旋转的是熟鸡蛋，缓慢旋转几圈就停止的是生鸡蛋；将一纸板放在垫有海绵的烧杯上，再在纸板上放一个鸡蛋，用力迅速击打纸板，鸡蛋落入烧杯中。
分子运动现象实验：外壳完好的蛋，埋入食盐中腌制一段时间，可以制成一只咸蛋。虽然蛋壳仍然完好，但连内部的蛋黄都变咸了。等等。
学生课后都能找到这些实验器材，可以在家中完成这些实验。有时在课上设计一些类似小魔术的实验，学生在课后都愿意自己再做一做。实验完成后，鸡蛋一般不被污染，仍可食用或再利用，这样即节约了资源，又减少了垃圾的产生。
第三，课堂实验新奇有趣，学生乐于接受
“非常规”物理实验实质上是将其它用途的材料或物品甚至是废旧材料或物品人为地赋予了新用途。如利用空易拉罐、饮料瓶演示大气压存在实验；利用废旧小瓶和大饮料瓶制作成“浮沉子”；用废可乐瓶做罩子、驱蚊香制造烟雾，成功显示了光的传播路径；将废录音机中的扬声器和小电动机拆卸下来，利用扬声器研究声音的特征，利用小电动机研究磁场对电流的作用等。
这种运用场合的新异、课堂结构的新颖、教学模式的多样化和呈现出学生预料之外的新奇现象，都会引起学生的兴趣、好奇心和认知动机。
第四，一物多用，体现自主创新
“非常规”物理实验实际上主要是借用“非实验物品”开展的实验教学活动，常常涉及并解决“一种生活材料或物品可以做哪些实验，一项实验活动可以利用哪些生活材料和物品”的发散性问题。笔者发现多数学校的学生都佩带统一大小的胸卡，学生胸卡在物理教学中会有哪些应用呢？笔者在教学中发现：
固体能够传声实验：将胸卡带取出，让同伴用笔敲击胸卡卡片，注意听卡片发出的声音，再将胸卡带绕在两个食指上，将两手指插入耳朵，由同伴用同样大小的力敲击胸卡卡片，听敲击胸卡的声音，并且对比两种情况下声音的大小和清晰程度。与同伴交换再实验。
长度的测量实验：可以让每位学生都测量自己的胸卡的长、宽，然后比较所测量的数值。可以发现，每一位同学所测量的结果并不完全相同，从而引出“误差”的概念。在“身边的刻度尺”、“估测”的教学中，可以将已测量好的胸卡的长和宽，以及胸卡带的长度作为标准估测其他物体，培养学生的估测能力。
做功改变内能实验：用胸卡带子在大腿上摩擦，在很短的时间内就能产生较多的热量，学生对这一实验的现象及结论印象深刻。
演示螺线管的绕法：让学生用自己的胸卡带子，绕在自己的手指或手臂上，学生容易理解螺线管的两种绕法。假设有电流流过，学生利用安培定则握住自己的手指或手臂，然后确定磁场方向。
笔者发现，在教学中利用学生身边的物品进行学生实验的例子还有很多。在学生的学习中，学生通过用身边的物品进行探究的学习体验，不仅能激发他们的学习兴趣，还能分散难点，使学生在学习过程中进一步认识到“物理就在身边”。因此借用生活材料和物品开展内容丰富、形式多样的实验教学，可体现教师教学的个性和自创性，即使教师采用他人富有创造性的实验方案，对学生而言同样具有启迪作用。
第五，便于自主实践，体验性强
“非常规”物理实验所用材料、物品在生活中容易获得，使学生课后自主实践、亲身体验成为可能由于实验方案、原理、结构一般都比较简单，实验装置易制易修，不怕学生弄坏。如利用胶带体验摆的运动特点；利用学生堆放的书本做惯性实验；自制杆秤；利用空饮料瓶制作潜水艇；在苏科版物理中有估测人站立时对地面的压强、估测人爬楼时的功率；在惯性的教学中，让学生把教室作为一辆汽车，教师与学生同方向站立，教师念到“启动”，由学生做出汽车启动时的人的姿态，教师念到“刹车”，由学生再做出汽车刹车时人的姿态等。因此教师不必进行“不要搞坏”之类的告诫，学生在操作时手指肌肉和心理放松，自由触摸体验，在与实验装置和现象进行充分作用的过程中获得直接经验和深切感受。
四、实施“非常规”物理实验的意义
“非常规”物理实验的过程，是教师、学生、内容、活动、资源、方法、情趣、交流、合作与反思等静态要素和动态要素的融合与统一。这种多因素的融合与统一，使得学生在学习物理的过程中，融入了学生的精神需要和情感，物理学知识不再是冷冰冰的客体，学习过程不再枯燥乏味，而是成为显现人文社会要素的体验、感受与共享认知的过程。“非常规”物理实验使得学生的物理学习过程有机会跟生活环境打交道，更多接触熟悉的材料、物品和器具以及亲身体验物理原理，更多地与教师、学习伙伴以及包括家长在内的各类人员交往。“非常规”物理实验以活动或体验的形式，使学生有机会与真实而熟悉的环境进行相互作用，在“知”的环境中发现“未知”，通过认知冲突，实现认知结构的转化。这种建立在学生原有经验基础上的物理教学，不仅有利于学生通过独特的理解对物理知识进行自主构建，而且积累了新的实践经验，提高了参与实践的能力，这种经验与能力又为以后的学习奠定基础。“非常规”物理实验是利用学生日常生活、身边、手边的物品开展的简易实验教学活动，学生特有的好奇心与求知欲通过科学地引导，会产生对周围事物进行探索的主动性，创新思维得到增强。利用环境资源开展的“非常规”物理实验，为所有学生创造和提供了公平参与实践探索的可能和机会。丰富多彩的课程资源，把学生置于开放、多元的学习环境，提供给学生更多的获取知识的途径和渠道，使学生汲取跨学科的综合性知识，获取更多的信息。同时通过对知识的探究和应用，有效地解决了学科知识割裂整体知识的问题，建立了合理的知识结构。
综合以上论述，从物理学科培养和谐健康发展的人的目标视角审视，“非常规”物理实验就不是“可有可无”的，更不能认为它是克服实验器材短缺的 “必要补充”或“权宜之计”，它是当代物理教学必须有的内容，是中学物理教学的基础。笔者发现在实际开发和利用中会出现很多困难，如何有效的整合、开发和利用物理课程资源呢？
五、开发和利用课程资源需要学校、教师、学生、家庭、社会不断创造性开发和整合
（1）进行校园课程资源的开发和利用
首先学校要创设有利于教师积极参与课程资源开发的制度和氛围；建立促进这项教研活动开展的激励措施和对话机制，并有一定的经费保障；建立教师之间进行信息交流、经验分享、专题讨论和合作开发的平台。
其次，教师要注意各项资源的开发和利用，积极地进行教材内课程资源的开发。教材中有“探究实验”、“演示实验”、 “信息快递” 、“生活·物理·社会”、“信息库”等内容，穿插相关的图片、表格、资料来呈现教学内容。
第三，同组老师要实现教材外的课程资源的课堂整合。课外资源非常丰富，如一些家用电器等的结构、原理及其发展史；运动项目及运动器材；交通工具及交通规则；现代信息技术中的前沿科学；物理学史、物理学家的科学故事；有趣、神奇、意想不到的物理现象；利用实验室的器材重新设计实验；好的课件、课例及各种视频、动画、图片素材等。同组老师应发挥自身优势，开发资源、整合资源、利用资源，分享资源，并加强物理与化学、地理、数学等学科之间的联系、交叉和渗透，实现校内课程资源的整合。
（2）充分发挥学生及学生家长在课程资源开发的主体作用
学生是学习的主体，在课程资源的开发、整合过程中，必须充分发挥学生及学生家长在课程资源开发中的主体作用，使学生学会自觉、主动地利用可用资源，为自身学习、实践、探索性活动服务。家长由于与社会接触面广，有其自身优势，他们可以带领孩子进行课程资源开发活动。教师可以鼓励学生和学生家长发挥自身优势，积极参与课程资源开发实践。如让学生分组收集生活中的声现象、声音的利用、噪声的危害；让学生调查、分析马路灯为什么用红、绿、黄三种颜色；让学生自制照相机、潜水艇等；根据家庭安全用电要求，同家长一起检查家庭电路；为配合浮力、弹簧测力计、杠杆原理、电磁等教学，可以让学生和家长配合制作土密度计、橡皮筋测力计、杆秤、电铃等。
（3）充分挖掘社会资源
物理知识的了解、掌握和应用同样也离不开社会。教师可以结合物理课的教学内容，布置相应的社会调查、探究活动。如学习《水循环》后，可开展农村环境污染的调查活动；学习《压力和压强》后，可开展农村公路损坏原因的调查活动；学习《家庭电路和安全用电》后，可开展农村照明问题的调查活动等。学生在资料的收集、归类、重组、优化的过程中得到提高，这样不仅可以充分利用学校内外的现有资源，还给学生创造了一个主动学习的环境，培养学生收集信息、整理信息、分析信息、处理信息和利用信息的能力。
教学资源需要教师不断创造性开发和整合。要精心制作好一个课件，从构思到收集素材、从制作到修改再到完成，需要很长的时间。而教师的教学任务繁重时间有限，同一课题多人赶制、质量不高，没有统一部署，这对教师的保贵时间和精力是一种极大的浪费。为了合理使用宝贵的人力资源，避免不必要的重复劳动，物理教研组应该把教师组织起来进行课程资源的整合，进一步把这些小规模零散的宝贵教学资源保留、优化并加以利用，共同享用这些优质的教育教学资源，全面提高教育教学质量。从适应教育教学改革和时代发展的需要，从促进教师的专业发展、提高教师自身素质的需要，从培养学生的创新意识和全面发展的需要，都迫切要求强化教师的课程资源整合意识，提高教师的课程资源开发和利用的能力。物理课程资源的开发和利用是一项极富创造性的工作，也是一项较为庞大的工程，诚邀广大教师的参与和探索。
参考文献：
［1］全日制义务教育物理课程标准（试验稿） 北京：北京师范大学出版社
［2］张伟 郭玉英刘炳升 非常规物理实验：有待深入开发的重要物理课程资源
［3］刘济昌译 教具的活用技术 北京: 人民教育出版社
［4］张伟 郭玉英 论“非常规”物理实验的教学地位
［5］常州市武进区郑陆初中课题组 《学科教学中开发课程资源，提高学生综合素质的研究》
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