高中物理階段在對(duì)波的學(xué)習(xí)中，波的現(xiàn)象如干涉、衍射和多普勒效應(yīng)是必須學(xué)習(xí)和了解的內(nèi)容，但現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)手段難以達(dá)到很好的效果，尤其是對(duì)多普勒效應(yīng)現(xiàn)象的觀察很不方便，這讓劉杰老師產(chǎn)生了制作一種便于觀察這些現(xiàn)象的儀器的想法。

在設(shè)計(jì)過程中，主要面臨三個(gè)問題：一是如何獲得穩(wěn)定的多普勒效應(yīng)現(xiàn)象；二是如何獲得穩(wěn)定可靠的振源；三是如何獲得理想的頻閃光源。其中第一個(gè)是最主要的問題，也是最核心的問題，所以先把重點(diǎn)放在第一個(gè)問題的解決上。

在制作過程中，由于所需部件都沒有現(xiàn)成的，所以用什么材料和器件來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)就成了最大問題。劉杰老師只能買來大量材料，一點(diǎn)一點(diǎn)地進(jìn)行摸索，僅振源就選用了十幾種方案和材料進(jìn)行嘗試。而光源的花費(fèi)是最大的，因?yàn)楦鞣N器材都很貴，加之所有材料的購買基本沒有發(fā)票，很難獲得學(xué)校的資金支持，基本上都要自掏腰包，整個(gè)開發(fā)過程花了他幾個(gè)月的工資。

不過功夫不負(fù)有心人，最終“水波多普勒效應(yīng)演示儀”做成了，功效顯著：首先從根本上解決了多普勒效應(yīng)不易觀察的問題，并且能夠?qū)Χ嗥绽招?yīng)進(jìn)行半定量分析和驗(yàn)證；其次在波的干涉、衍射、折射現(xiàn)象上突破原有器材效果不佳的問題，能夠在大面積和大范圍內(nèi)看到高清晰的水波干涉與衍射現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)裝置集成度高，包含信號(hào)源、頻閃燈、發(fā)波水槽，且獨(dú)創(chuàng)性地采用了水循環(huán)方式獲得非常理想的多普勒效應(yīng)現(xiàn)象，頻閃光源的設(shè)計(jì)與制作也達(dá)到了理想的效果。演示儀用于教學(xué)中，大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)和理解波的相關(guān)規(guī)律的難度，特別是多普勒效應(yīng)的規(guī)律，通過直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。據(jù)了解，“水波多普勒效應(yīng)演示儀”已進(jìn)入生產(chǎn)與推廣階段，產(chǎn)品名稱為“多功能水波實(shí)驗(yàn)儀”，并申請了國家專利(實(shí)用新型專利號(hào)：201220205414.4；發(fā)明專利號(hào)：201210141400.5)。

劉杰老師認(rèn)為，要想做好自制教具工作，首先要善于發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中學(xué)生遇到的難點(diǎn)問題，同時(shí)還要站在學(xué)生的角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，才能取得好的效果?！霸谠O(shè)計(jì)和制作過程中，不要怕失敗，也不要急于求成，以一種研究的心態(tài)去嘗試。成功了固然好，即使沒有達(dá)到理想的效果也能在這個(gè)過程中收獲其他的知識(shí)和能力。自制教具的靈感多來源于實(shí)驗(yàn)研究，所以多做實(shí)驗(yàn)是很好的創(chuàng)意來源。”他說。