高中物理階段在對波的學習中，波的現象如干涉、衍射和多普勒效應是必須學習和了解的內容，但現有實驗設備和技術手段難以達到很好的效果，尤其是對多普勒效應現象的觀察很不方便，這讓劉杰老師產生了制作一種便于觀察這些現象的儀器的想法。

在設計過程中，主要面臨三個問題：一是如何獲得穩(wěn)定的多普勒效應現象；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。其中第一個是最主要的問題，也是最核心的問題，所以先把重點放在第一個問題的解決上。

在制作過程中，由于所需部件都沒有現成的，所以用什么材料和器件來實現設計就成了最大問題。劉杰老師只能買來大量材料，一點一點地進行摸索，僅振源就選用了十幾種方案和材料進行嘗試。而光源的花費是最大的，因為各種器材都很貴，加之所有材料的購買基本沒有發(fā)票，很難獲得學校的資金支持，基本上都要自掏腰包，整個開發(fā)過程花了他幾個月的工資。

不過功夫不負有心人，最終“水波多普勒效應演示儀”做成了，功效顯著：首先從根本上解決了多普勒效應不易觀察的問題，并且能夠對多普勒效應進行半定量分析和驗證；其次在波的干涉、衍射、折射現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看到高清晰的水波干涉與衍射現象。該實驗裝置集成度高，包含信號源、頻閃燈、發(fā)波水槽，且獨創(chuàng)性地采用了水循環(huán)方式獲得非常理想的多普勒效應現象，頻閃光源的設計與制作也達到了理想的效果。演示儀用于教學中，大大降低了學生學習和理解波的相關規(guī)律的難度，特別是多普勒效應的規(guī)律，通過直觀的實驗現象激發(fā)了學生的學習興趣。據了解，“水波多普勒效應演示儀”已進入生產與推廣階段，產品名稱為“多功能水波實驗儀”，并申請了國家專利(實用新型專利號：201220205414.4；發(fā)明專利號：201210141400.5)。

劉杰老師認為，要想做好自制教具工作，首先要善于發(fā)現教學過程中學生遇到的難點問題，同時還要站在學生的角度進行實驗設計，才能取得好的效果?！霸谠O計和制作過程中，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，即使沒有達到理想的效果也能在這個過程中收獲其他的知識和能力。自制教具的靈感多來源于實驗研究，所以多做實驗是很好的創(chuàng)意來源?！彼f。