江西省南昌市第十九中學(330006) 高 靜

江西省南昌市教研室(330006)潘碧霞

在新中國成立初期，教學儀器匱乏，鼓勵師生自制教具，解決教學中重難點問題，即教具的作用是講清實驗原理，實驗效果好，完成教學任務(wù)，取材容易，價格低廉。隨著時代的發(fā)展，對教具的制作提出了新的要求。在制作理念上，更多的要求體現(xiàn)實驗過程，支持探究性教學。在制作技術(shù)上，重視新技術(shù)和新材料的應(yīng)用。在制作工藝上要求設(shè)計新穎，構(gòu)思巧妙，制作簡單。綜上所述，新時期的自制教具原則主要有以下3條：目的性原則、教育性原則、創(chuàng)新性原則。下面以滑動變阻器的教學為例闡述自制教具的原則和注意事項。

滑動變阻器是電學實驗的基本儀器之一，把滑動變阻器正確接入電路中以及判斷其接入電路中的電阻大小的變化是教學的重點和難點。為了突破本節(jié)課的難點，安排了以下4個實驗：用鉛筆芯改變小燈泡的亮度，了解滑動變阻器的工作原理；自制滑動變阻器，了解滑動變阻器的基本結(jié)構(gòu)；用溫變材料顯示滑動變阻器的有效電阻；用滑動變阻器和音頻發(fā)射器組裝成教具演奏歌曲，解釋錄音棚調(diào)音臺的工作原理。

1 自制教具的原則

1.1 目的性原則

自制教具應(yīng)以解決教學實踐中遇到的問題為目的，倘若為了參加自制教具比賽冥思苦想，就脫離了教學實際。自制教具用于新課導入時，實驗現(xiàn)象應(yīng)具有趣味性或新奇性，能激發(fā)學生研究問題的興趣，或者引導學生提出與課題相關(guān)的問題。自制教具用于突破教學難點時，其所展示的實驗現(xiàn)象應(yīng)該能為學生提供必要的感性素材，引導學生思維活動的發(fā)展。例如在滑動變阻器的教學中，學生由于不能直觀感知電流流過電阻絲的路徑，很難正確的判斷電阻絲接入電路中的有效長度。為了攻克這個教學難點，自制滑動變阻器的目的是把電流流過電阻絲的路徑顯示出來，引導學生根據(jù)實驗現(xiàn)象掌握判斷滑動變阻器的有效電阻的方法。自制教具用于幫助學生深化或應(yīng)用物理知識時，應(yīng)突出實驗的思考性以及理論聯(lián)系實際的要求。例如用滑動變阻器和音頻發(fā)射器組裝成教具，演奏歌曲，解釋錄音棚調(diào)音臺的工作原理。

1.2 教學性原則

教具是為教學服務(wù)的，自制的教具應(yīng)符合教學的基本原則。因此自制的教具應(yīng)該利用其生動、直觀的特點，用簡單明了的方式，展示學科知識，啟發(fā)學生思維，達到解決實際問題的目的。即自制教具的教學性原則主要體現(xiàn)在直觀性、啟發(fā)性和簡明性上。

1.2.1 直觀性原則

自制的教具以真實、形象、生動的方式展示教學內(nèi)容，把抽象的知識以形象生動的方式展示出來。例如為了讓學生直觀感知電流流過電阻絲的路徑，根據(jù)電流的熱效應(yīng)和變色指甲油變色的原理制作變色滑動變阻器，把滑動變阻器接入電路中的電阻絲的長度轉(zhuǎn)化為指甲油顏色變化的范圍。當把滑動變阻器“一上一下”兩個接線柱接入電路中時，滑片在移動的過程中，接入電路中的有效電阻的阻值會發(fā)生變化，其變化可通過電流的熱效應(yīng)轉(zhuǎn)化為變色指甲油的顏色變化,如圖1所示。

為了讓學生直觀的感受到調(diào)音臺是通過改變接入電路中的電阻值來改變電路中的電流，再通過音頻發(fā)生器轉(zhuǎn)化成對應(yīng)頻率的聲信號，應(yīng)用滑動變阻器和音頻發(fā)射器組裝成教具來解釋電子琴的工作原理，如圖2所示。即把滑片滑到滑動變阻器的適當位置，按下安裝在滑動變阻器上的常開開關(guān)，音頻信號發(fā)生器把電流轉(zhuǎn)化為對應(yīng)頻率的聲信號。根據(jù)實驗現(xiàn)象可以直觀的看到滑片在滑動時，滑動變阻器輸入到音頻發(fā)射器的電流是變化的，根據(jù)聽到的音調(diào)不同，可以判斷出音頻發(fā)射器輸出的聲音的頻率也是變化的。

圖1 變色滑動變阻器

圖2 用自制教具解釋電子琴的工作原理

1.2.2 啟發(fā)性

自制教具應(yīng)通過簡明、直觀的現(xiàn)象啟迪學生的思維、激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望。在新課導入階段，利用自制教具創(chuàng)設(shè)物理情景，再設(shè)置恰當?shù)膯栴}引導學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、進行科學猜想。

例如用圖2中的教具演奏歌曲，并通過以下兩個問題引入滑動變阻器的教學，

(1)通過移動教具的哪部分，達到改變音調(diào)的目的？

(2)為什么滑片在移動的過程中，可以改變音調(diào)？

自制教具應(yīng)以鮮明、生動的實驗表象不斷引導學生思維，調(diào)動學生把觀察和思維緊密結(jié)合起來積極思考，使學生的認識由表及里逐步深化。

例如在學生進行用鉛筆芯改變小燈泡亮度的活動基礎(chǔ)上。通過以下4個問題引導學生自制滑動變阻器，讓學生了解滑動變阻器的結(jié)構(gòu)以及制作滑動變阻器的技巧。

(1)要使燈泡在更大的范圍里變化，對接入電路中的電阻絲的長度有什么要求？

(2)電阻絲很長很長占的空間很大，怎樣解決這個問題？

(3)電阻絲一圈一圈相碰怎樣解決？

(4)電阻絲涂上絕緣漆，滑片與電阻絲絕緣，又該如何解決？

1.2.3 科學性

自制教具的科學性體現(xiàn)在以下3點：①原理具有科學性。②實驗現(xiàn)象是真實的，而不是人為控制的。③教具除了要幫助學生學好基礎(chǔ)知識，還要有助于學生樹立科學意識，掌握科學方法。

如圖3所示,用發(fā)光二極管自制可視性滑動變阻器，該教具雖然可以把滑動變阻器接入電路中的有效電阻絲長度，通過發(fā)光二極管的點亮個數(shù)直觀的顯示出來，但由于該教具是在金屬桿上安裝開關(guān)代替滑動變阻器的滑片，通過接通金屬桿上的開關(guān)個數(shù)來控制滑動變阻器接入電路中的電阻大小。換言之，該教具能說明滑動變阻器的工作原理，但實驗現(xiàn)象是人為控制的。同時該教具不能體現(xiàn)甚至會誤導學生忽視滑動變阻器制作的技巧。制作滑動變阻器時，使用涂有絕緣漆的電阻絲以緊密排繞的方式縮小電阻絲所占用的空間，刮掉滑片與電阻絲接觸處的絕緣漆，在保證滑片與電阻絲接觸良好的前提下，同時保證電阻絲與電阻絲之間是絕緣的。

圖3 可視性滑動變阻器

1.3 創(chuàng)新性原則

自制教具的創(chuàng)新性體現(xiàn)在設(shè)計、取材、制作和使用等方面。

筆者為了把電流流過滑動變阻器電阻絲的路徑顯示出來。最初采用的方法是用多媒體技術(shù)模擬電流流過電阻絲的情景，現(xiàn)象雖然直觀形象，但由于缺乏真實性，不能有效的說服學生，導致教學效果不好。為了真實形象的把電流流過電阻絲的路徑轉(zhuǎn)化為其他可視現(xiàn)象，在綜合分析學生的認知特點和水平的基礎(chǔ)上，選擇了原理簡單的變色指甲油把電流流過電阻絲的路徑顯示出來。

2 自制教具的注意事項

教具是為教學服務(wù)的，再設(shè)計教具的時候要考慮教學環(huán)境和教學時間的限制，也要確保實驗具有良好的教學效果。

2.1 教學環(huán)境的限制

不同類型的變色指甲油的臨界變色溫度是不同的，利用變色指甲油制作變色滑動變阻器，要根據(jù)教室的室內(nèi)溫度選擇指甲油變色的臨界溫度，要選擇臨界溫度高于室內(nèi)溫度的變色指甲油。如果臨界溫度低于室內(nèi)溫度，變色指甲油只能呈現(xiàn)溫變后的顏色，就不能利用電流的熱效應(yīng)把滑動變阻器上有電流流過的電阻絲和沒有電流流過的電阻絲通過變色指甲油的顏色變化區(qū)分開。

2.2 教學時間的限制

要在有限的教學時間內(nèi)，高效地完成教學任務(wù)，就要有效的利用課堂上的每一分鐘，實驗現(xiàn)象應(yīng)具有即時性。

制作變色滑動變阻器時，選擇的變色指甲油的臨界變色溫度與教室的室內(nèi)溫度不能相差較大，如果溫度相差較大需要較長的通電時間才能使變色指甲油的顏色發(fā)生變化。根據(jù)焦耳定律，純電阻電路中的電阻越小，電阻兩段的電壓越大，電流熱效應(yīng)越明顯。因此，為了使滑動變阻器的電阻絲在較短的時間內(nèi)到達較高的溫度，應(yīng)選用“最大阻值小，允許通過的最大電流大”的滑動變阻器。

2.3 有良好的教學效果

為了讓班上的每個學生看清演示實驗的實驗現(xiàn)象，儀器的尺寸要足夠大，放置的高度要合適，實驗現(xiàn)象的顏色與儀器背景顏色的對比度要大，必要的時候可以借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)放大實驗。例如制作變色滑動變阻器時，在滿足所需規(guī)格的前提下，盡量選擇尺寸大的滑動變阻器。選擇變色指甲油時，要選溫變前和溫變后色差大的指甲油。如果此時的實驗現(xiàn)象依然不能確保所有人都看得清，可以借助投影儀或同屏技術(shù)放大。