朱國(guó)慶

摘 要： 隨著物理新課程標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實(shí)施，現(xiàn)代化教育裝備的到位，物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的配備還是和物理教材上的要求有一定差距。新的初中物理教材增添了許多活動(dòng)，而且蘇科版物理教材變化較快，導(dǎo)致物理實(shí)驗(yàn)室的儀器配備有明顯的滯后性，有的儀器不能滿足教學(xué)的需要或教學(xué)效果不顯著，有的儀器不切合實(shí)際或使用不便。因此設(shè)計(jì)與制作操作簡(jiǎn)便、教學(xué)效果更顯著的自制教具已成為填補(bǔ)這一空白的重要手段。

關(guān)鍵詞： 物理 自制教具 設(shè)計(jì) 制作

初中物理自制教具設(shè)計(jì)與制作對(duì)物理教學(xué)有巨大的推動(dòng)作用?？梢源龠M(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，支持新課程的實(shí)驗(yàn)和推廣，進(jìn)一步推進(jìn)素質(zhì)教育的實(shí)施；可以發(fā)揮探究性實(shí)驗(yàn)的積極性與創(chuàng)造性，充分激發(fā)物理教師的想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力；可以有效化解物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)效率，優(yōu)化課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

一、物理自制教具的設(shè)計(jì)要求

（一）科學(xué)性

物理自制教具應(yīng)該有正確的物理學(xué)思想，科學(xué)性要高。給學(xué)生以準(zhǔn)確的物理學(xué)知識(shí)，并且在基本知識(shí)到位的基礎(chǔ)上，在內(nèi)容方面力求新穎；給學(xué)生以智慧和啟迪，注重啟發(fā)學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造精神；給學(xué)生以方法，努力讓學(xué)生從死記硬背、應(yīng)試教育的模式中掙脫出來(lái)，受到思維訓(xùn)練和科學(xué)方法的熏陶；培養(yǎng)學(xué)生積極的進(jìn)取精神，提倡獻(xiàn)身科學(xué)的精神，勇于探索，不怕挫折，鍥而不舍。

（二）直觀性

物理自制教具是用來(lái)更好地演示物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的，目的是要讓全班學(xué)生都能清楚地觀察到物理數(shù)據(jù)、規(guī)律、現(xiàn)象的變化，能見(jiàn)度要高，因此自制教具的尺寸要大些，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單明了，重點(diǎn)是能突出要演示的現(xiàn)象。如果自制教具比課本上安排的還要復(fù)雜，學(xué)生觀看了實(shí)驗(yàn)卻一頭霧水，不能理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理，收獲很少，那么自制教具的設(shè)計(jì)就是不成功的。物理自制教具要力求讓學(xué)生較容易地看懂教具要演示的物理知識(shí)，能讓學(xué)生在原有的知識(shí)基礎(chǔ)上產(chǎn)生遷移，從而更好地理解新的物理知識(shí)。

（三）趣味性

物理自制教具在演示過(guò)程中要適當(dāng)帶點(diǎn)趣味性與娛樂(lè)性。就像玩魔術(shù)那樣，讓學(xué)生觀察到意想不到的現(xiàn)象，那樣就能大大激發(fā)學(xué)生的好奇心，發(fā)揮學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力，最終透徹地搞清物理原理，就可以使學(xué)生對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生濃厚興趣，也就可以使學(xué)生養(yǎng)成積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（四）安全性

自制教具在使用時(shí)必須有良好的安全性與穩(wěn)定性。在演示過(guò)程中不能產(chǎn)生有毒、有害的氣體，不能發(fā)生爆炸、爆裂現(xiàn)象。自制教具本身不能有鋒利邊角，電學(xué)上的自制教具不能直接使用高壓電，要選用低于安全電壓的低壓電源。要有良好的自我保護(hù)意識(shí)，同時(shí)要保護(hù)好講臺(tái)下仔細(xì)觀察的學(xué)生，防止意外事件的發(fā)生。

二、物理自制教具的制作要求

（一）自制教具時(shí)要緊貼物理教材，不能脫離物理教學(xué)大綱、新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，要遵循一定的認(rèn)知規(guī)律，也要有一定的創(chuàng)新、創(chuàng)造。

（二）自制教具時(shí)要抓住點(diǎn)滴進(jìn)行改進(jìn)。教材上安排的實(shí)驗(yàn)，我們要肯定它，不能完全否定，要在教材原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，起到畫龍點(diǎn)睛的作用。

（三）自制教具時(shí)要從實(shí)際出發(fā)量力而行。在教材原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的能力、財(cái)力、精力進(jìn)行自制教具的制作，不能因?yàn)樽灾平叹叨绊懻５慕虒W(xué)工作。

（四）自制教具的材料應(yīng)該是日常生活中常見(jiàn)、熟悉的廢舊材料、廢舊物品，要做到少花錢或不花錢，提倡“壇壇罐罐制教具，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”。這樣的自制教具既成本低，又貼近學(xué)生日常生活，讓學(xué)生一眼就能看到材料的來(lái)源，在熟悉材料的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮學(xué)生想象力，有利于理解自制教具要演示的物理原理。

三、物理自制教具案例

（一）講臺(tái)的形變

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：八年級(jí)下冊(cè)物理教材上的“形變和彈力”這節(jié)內(nèi)容中，氣球的形變、彈簧的形變、橡皮筋的形變很明顯直觀，但是較硬、較大的物體（如講臺(tái)、黑板、樓板等）受到力的作用是否也發(fā)生形變呢？這是學(xué)生非常感興趣的、十分想看到的、實(shí)際發(fā)生的形變。我們可以借用光發(fā)射時(shí)光斑發(fā)生位移放大微小的形變，這有利于學(xué)生理解物體受到力的作用會(huì)發(fā)生形變這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。這個(gè)顯示微小形變的演示實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單易操作、效果顯著。

1.實(shí)驗(yàn)器材：激光筆（玩具手槍上的激光瞄準(zhǔn)器）、平面鏡、鐵架臺(tái)、雙面膠、學(xué)生用的透明膠帶。

2.實(shí)驗(yàn)原理：利用激光筆形成的光線在平面鏡上反射后形成的光斑，通過(guò)光斑移動(dòng)把微小的形變放大。

3.實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程：①把平面鏡放在講臺(tái)臺(tái)面中央，用雙面膠固定好鏡面，確保平面鏡和講臺(tái)臺(tái)面一起同步運(yùn)動(dòng)。②用學(xué)生透明膠帶把激光筆固定在鐵架臺(tái)上，置于另一張桌面上。③調(diào)節(jié)激光筆的高度和入射光線的角度，使激光筆發(fā)出的光線能在平面鏡上形成光的反射，而且反射后的光斑要成在學(xué)生都能觀察到的白墻上。④用力壓講臺(tái)臺(tái)面，學(xué)生通過(guò)觀察激光反射后形成的光斑發(fā)生的移動(dòng)，說(shuō)明講臺(tái)臺(tái)面發(fā)生微小的形變。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：力可以使物體發(fā)生形變。

5.實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展：這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以用于演示聲音是物體的振動(dòng)產(chǎn)生的。

（二）探究影響電流熱效應(yīng)的因素

1.教材簡(jiǎn)介：物理教材上對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的安排幾年來(lái)都有變動(dòng)。有用兩根電阻值不同的電阻線圈串聯(lián)后分別插上相同的火柴棒，通電后比較哪一根電阻線圈先點(diǎn)燃火柴，先點(diǎn)燃火柴的電阻線圈溫度升高得多，產(chǎn)生的熱量也就多；有在橡皮塞上插上兩個(gè)電極（銅絲）和細(xì)長(zhǎng)玻璃管，電極下面接不同電阻值的電阻絲，橡皮塞塞緊燒瓶，調(diào)節(jié)細(xì)長(zhǎng)玻璃管中的煤油液面等高，通電電阻絲加熱燒瓶中煤油，煤油溫度升高、體積膨脹，通過(guò)觀察煤油在細(xì)長(zhǎng)玻璃管中上升情況比較電流產(chǎn)生熱量的多少；近幾年也是用電阻絲加熱煤油，只是把細(xì)長(zhǎng)玻璃管改成溫度計(jì)了，直接通過(guò)觀察煤油的溫度升高情況比較電流產(chǎn)生熱量的多少。這些實(shí)驗(yàn)在教師準(zhǔn)備時(shí)、學(xué)生操作時(shí)較繁瑣，不利于學(xué)生觀察，特別是用于實(shí)驗(yàn)演示。

2.對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：把教材上出現(xiàn)過(guò)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)綜合起來(lái)，取之優(yōu)點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)在九年級(jí)下冊(cè)教材上的“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”實(shí)驗(yàn)演示加以如下改進(jìn)：主體部分不改變，還是用現(xiàn)在教材上的燒瓶、橡皮塞、電阻絲加熱方法。把橡皮塞上的溫度計(jì)改為細(xì)長(zhǎng)玻璃管，細(xì)玻璃管中吸入（高1～2厘米左右的）紅色液柱，因?yàn)闇囟扔?jì)中溫度變化能見(jiàn)度低，只限于溫度計(jì)附近的少量學(xué)生能看清，后面的大多數(shù)學(xué)生根本看不清溫度計(jì)的液面變化，而觀察細(xì)長(zhǎng)玻璃管中的紅色液柱變化就容易多了，能見(jiàn)度也高了，在玻璃管后襯上有刻度的白屏觀察液柱升高情況效果更佳；把燒瓶中加熱煤油改為燒瓶中加熱空氣，因?yàn)榭諝獾谋葻崛荼让河偷谋葻崛菪。訜釙r(shí)空氣吸熱升溫比煤油吸熱升溫快得多，更有利于節(jié)省寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間，提高課堂教學(xué)效率。此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，電阻絲通電發(fā)熱，瓶?jī)?nèi)空氣溫度迅速升高，空氣發(fā)生熱膨脹，使細(xì)玻璃管中的紅色液柱上升，這樣直觀明顯，見(jiàn)效快，教室內(nèi)的學(xué)生都能觀察到，課堂教學(xué)效果大大增強(qiáng)。

3.實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程：①在加熱前要調(diào)節(jié)兩燒瓶細(xì)玻璃管中的紅色液柱高度相同，這樣便于觀察比較液柱升高快慢情況。橡皮塞要塞緊燒瓶口，預(yù)防漏氣而影響實(shí)驗(yàn)。②保持電流大小相同，通電一段時(shí)間時(shí)，讓學(xué)生觀察比較兩細(xì)玻璃管中紅色液柱升高情況，比較兩只燒瓶中電流產(chǎn)生熱量的多少和電阻大小有關(guān)。③保持通電時(shí)間相同，調(diào)節(jié)劃動(dòng)變阻器改變通過(guò)電阻絲的電流大小，觀察電流增大時(shí)，同一根細(xì)玻璃管中紅色液柱升高情況，比較同一只燒瓶中電流產(chǎn)生熱量的多少和電流的大小有關(guān)。④保持電流大小相同，延長(zhǎng)通電時(shí)間，觀察同一根細(xì)玻璃管中紅色液柱升高情況，比較電流產(chǎn)生熱量的多少和通電時(shí)間有關(guān)。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電流通過(guò)電阻絲時(shí)產(chǎn)生的熱量與電阻絲本身的電阻，通過(guò)電阻絲的電流，以及通電時(shí)間

有關(guān)。早在1840年英國(guó)科學(xué)家焦耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了上述規(guī)律：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量，與電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比，這就是焦耳定律。

總之，物理自制教具能填補(bǔ)新課程標(biāo)準(zhǔn)下物理教材的要求和實(shí)驗(yàn)儀器配備的不足，能滿足物理教師日常的教學(xué)需要，能有效提高課堂教學(xué)效率，優(yōu)化教學(xué)效果，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。自制教具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景，物理教師要充分發(fā)揮自己的智慧，多動(dòng)腦，多動(dòng)手，創(chuàng)造出更多有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的教具。