張小帥

（寧夏育才中學(xué)，寧夏 銀川 750021）

0 引言

物理實(shí)驗(yàn)是物理教育中不可或缺的一部分，它有助于學(xué)生深入理解物理原理，并培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)思維。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教具在某些方面可能存在局限性，無法完全滿足學(xué)生的需求和興趣。因此，自制物理實(shí)驗(yàn)教具可以提供新的教學(xué)思路和更靈活、創(chuàng)新和趣味的教學(xué)方式。

1 中學(xué)物理自制實(shí)驗(yàn)教具的意義

1.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能

自制實(shí)驗(yàn)教具鼓勵(lì)學(xué)生親自動(dòng)手制作和操作，可以促進(jìn)學(xué)生積極參與實(shí)踐。通過親身經(jīng)歷設(shè)計(jì)、組裝和測(cè)試教具，學(xué)生能夠更深入地理解物理原理和概念，并收獲科學(xué)探究和解決問題的能力，獲得實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和提升。自制實(shí)驗(yàn)教具，學(xué)生需要學(xué)會(huì)使用工具、選擇材料、進(jìn)行測(cè)量和觀察等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這些技能對(duì)于進(jìn)一步的學(xué)術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)室工作非常重要，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和操作能力。

1.2 有利于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣

制作過程本身具有趣味性學(xué)習(xí)體驗(yàn)，可以提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和投入度。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)自己的興趣和需求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，激發(fā)自我創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維。在設(shè)計(jì)和制作時(shí)，學(xué)生需要思考如何充分利用現(xiàn)有材料和資源，解決實(shí)驗(yàn)中的問題和挑戰(zhàn)，能夠真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為本的教學(xué)模式。

1.3 有利于豐富物理實(shí)驗(yàn)課程資源

通過自制教具，教師可以設(shè)計(jì)和制作各種不同類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的種類和范圍。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可能有限，而自制教具可以根據(jù)需要進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，提供更多實(shí)驗(yàn)的選擇，豐富課程內(nèi)容。同時(shí)，自制實(shí)驗(yàn)教具還可以幫助學(xué)校和學(xué)生節(jié)約教育經(jīng)費(fèi)，避免購買成品教具的昂貴費(fèi)用，通過自制實(shí)驗(yàn)教具，可以用更低的成本獲得相似的實(shí)驗(yàn)效果，經(jīng)濟(jì)性突出。

2 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自制教具的具體方法

2.1 選擇常規(guī)實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行改進(jìn)

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教具可以使實(shí)驗(yàn)更加直觀、有趣和易于理解。通過改進(jìn)透明度、標(biāo)度、操作便利性等，學(xué)生能夠更清楚地觀察和測(cè)量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更好理解物理原理，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與度和學(xué)習(xí)效果。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教具也可以提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性和準(zhǔn)確性，優(yōu)化設(shè)計(jì)和材料選擇，減少實(shí)驗(yàn)誤差和不確定性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠。例如，改進(jìn)連接部分的密封性可以避免漏水或壓力泄露，確保實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教具還可以提供更安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使用更加適當(dāng)?shù)牟牧虾驮O(shè)計(jì)，降低意外事故的風(fēng)險(xiǎn)，確保學(xué)生和教師的安全。簡(jiǎn)化操作步驟和加強(qiáng)固定性也有助于減少誤操作和實(shí)驗(yàn)不當(dāng)導(dǎo)致的安全問題。以下通過具體教學(xué)案例介紹托里拆利實(shí)驗(yàn)教具的改進(jìn)版本：

材料：透明塑料瓶或玻璃瓶一個(gè)；透明塑料管或玻璃管一個(gè)；密封膠帶或膠水；水；尺子和標(biāo)尺等。

制作步驟：選擇透明的塑料瓶或玻璃瓶作為容器，確保瓶口足夠?qū)?，方便操作和添加水；從塑料瓶的?cè)面或底部切割一個(gè)小孔，直徑約為1～2 毫米，如果使用玻璃瓶，可以使用砂輪或鉆頭等工具鉆一個(gè)小孔；在塑料管或玻璃管的一端塞入小孔，確保密封，可以使用密封膠帶或膠水固定管子，確保它與瓶子連接牢固；在塑料瓶的另一側(cè)或底部刻度線上添加標(biāo)度，使用尺子和標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)量和標(biāo)記；用水將塑料瓶填滿，確保管子的一端完全浸入水中，并用手指堵住管子的另一端；將瓶子倒置，讓底部的管子端面朝上，然后將手指從管子端移開（見圖1）。

圖1 改進(jìn)的托里拆利實(shí)驗(yàn)教具示意圖

圖2 大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)1

圖3 大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)2

通過使用這個(gè)改進(jìn)的托里拆利實(shí)驗(yàn)教具，學(xué)生可以觀察到水從管子中逐漸流出，并測(cè)量水位的變化，然后讀取刻度線上的數(shù)據(jù)，計(jì)算出水柱的高度，進(jìn)而推導(dǎo)出大氣壓強(qiáng)的大小。相比傳統(tǒng)的托里拆利實(shí)驗(yàn)教具，改進(jìn)的自制教具不僅避免了使用水銀這一危險(xiǎn)物質(zhì)，還更加簡(jiǎn)單易制作，具有透明度和標(biāo)度，方便學(xué)生觀察和測(cè)量，提供更直觀的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，幫助學(xué)生既安全又方便地理解了大氣壓力的概念，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和分析。

2.2 運(yùn)用最常見的材料制作教具

最常見的材料指大多數(shù)人都能夠輕松獲得的材料，比如日常用品或廢舊材料，制作教具過程也將更加簡(jiǎn)易便捷，無論是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室還是家庭環(huán)境中，學(xué)生都能夠方便地制作自己的教具。通過利用常見材料，可以擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教具的普及范圍，為更多學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。具體的材料通?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，學(xué)生可以按照實(shí)驗(yàn)要求和目標(biāo)適當(dāng)改變思路，靈活調(diào)整教具的設(shè)計(jì)和功能，這樣的靈活性和適應(yīng)性可以更好地滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求。另外，可以使用成本較低的常見材料，可以減輕教育機(jī)構(gòu)或?qū)W生個(gè)人的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，確保更多人參與實(shí)驗(yàn)教具的制作。

比如，以下大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)用一個(gè)玻璃杯、一張紙、一杯水和一個(gè)容器（如小盤子或淺盆）就可以完成：

制作步驟：將玻璃杯倒放在容器中，使杯口懸空于水中。將紙張完全浸濕，然后將其平鋪在容器上方；緩慢、均勻地向玻璃杯中注水，直至水超過玻璃杯口的邊緣；當(dāng)水注入玻璃杯中時(shí)，觀察到以下現(xiàn)象：水開始注入時(shí)，紙張上方的水面保持水平，這是因?yàn)榇髿鈮毫ψ饔迷诩垙埳戏胶筒ＡП撞恐g，維持了水面的平衡；隨著繼續(xù)注水，水面開始升高，并最終超過玻璃杯口的邊緣，此時(shí)，紙張上方的水面將會(huì)下降，直至水面與玻璃杯口處于同一水平位置。

演示解釋：以上自制物理教具演示了大氣壓強(qiáng)對(duì)液體高度的影響。初始時(shí)，大氣壓力作用在紙張上方和玻璃杯底部之間，使得水面保持平衡。然而，當(dāng)水的高度增加時(shí)，水的重量增加，使得水面下方的壓力增大。而紙張上方的大氣壓力仍然維持不變，因此，當(dāng)水的重力壓強(qiáng)超過紙張上方的大氣壓強(qiáng)時(shí)，水會(huì)從玻璃杯口溢出，以平衡兩側(cè)的壓強(qiáng)差。

以上自制的物理教具可以幫助學(xué)生直觀地理解大氣壓強(qiáng)對(duì)液體高度的影響，以及在不同高度處的壓強(qiáng)差異。學(xué)生可以通過觀察實(shí)驗(yàn)過程，探究大氣壓力和液體高度之間的關(guān)系，并對(duì)液體靜力學(xué)和壓強(qiáng)概念有更深入的理解。

2.3 結(jié)合生活實(shí)踐創(chuàng)新教具

通過結(jié)合生活實(shí)踐進(jìn)行物理教學(xué)，學(xué)生可以親身體驗(yàn)所學(xué)的物理原理，思考如何將物理原理應(yīng)用到實(shí)際問題中，并設(shè)計(jì)和制作相應(yīng)的教具，加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和解決問題的能力。

比如，在日常生活中，很多人在烹飪時(shí)會(huì)需要將蛋清和蛋黃分離，教師可以結(jié)合雞蛋分離的技巧，來為學(xué)生演示大氣壓強(qiáng)的存在：

材料：一個(gè)空的塑料瓶；兩個(gè)平底盤子；一個(gè)新鮮的雞蛋。

制作步驟：將兩個(gè)平底盤子放在桌面上，在其中一個(gè)里面放入生雞蛋液；將塑料瓶倒置放在盤子上方，讓瓶口朝下；將雞蛋輕輕放在塑料瓶口下方，使其對(duì)準(zhǔn)瓶口；用力擠壓瓶子，在蛋黃進(jìn)入瓶口后迅速將瓶子倒轉(zhuǎn)。

演示解釋：學(xué)生會(huì)注意到蛋黃被吸附進(jìn)塑料瓶?jī)?nèi)部，蛋清被分離出來。這個(gè)實(shí)驗(yàn)利用了大氣壓強(qiáng)，在覆蓋在雞蛋上的盤子上方形成了一個(gè)封閉的空間，在松開盤子時(shí)，大氣壓迫使雞蛋的蛋黃被吸附進(jìn)塑料瓶?jī)?nèi)部，實(shí)現(xiàn)了蛋清的分離。

2.4 參考綜藝節(jié)目制作教具

通過參考綜藝節(jié)目，教具的制作可以更富有創(chuàng)意和創(chuàng)造力，在實(shí)驗(yàn)中達(dá)到不同尋常的方式和效果。在參考綜藝節(jié)目制作教具時(shí)，教育目標(biāo)和科學(xué)原理仍然是首要考慮的因素。教具設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合教學(xué)要求和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，確保教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)確性和教育價(jià)值，讓綜藝節(jié)目提供一種靈感和創(chuàng)意的源泉，然后在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改進(jìn)。

教師可以參考以往湖南衛(wèi)視快樂大本營(yíng)的科學(xué)環(huán)節(jié)“啊啊啊啊”，并進(jìn)行一些改編，比如其中一個(gè)叫做“氣球吸附”的實(shí)驗(yàn)：

材料：一個(gè)充氣的氣球；一張光滑的硬紙板；一根吸管。

制作步驟：先將氣球充分地充氣，并封口；充氣的氣球綁在一根吸管的一端；將紙板放在桌面上，確保其光滑的表面朝上；將氣球靠近紙板，并用吸管輕輕地將氣球的封口處按壓在紙板上；快速拔出吸管，觀察現(xiàn)象；當(dāng)拔出吸管時(shí)，會(huì)觀察到氣球會(huì)奇跡般地保持在紙板上，不會(huì)掉落。

演示解釋：這個(gè)實(shí)驗(yàn)利用了大氣壓強(qiáng)將氣球吸附在紙板上。當(dāng)將氣球的封口按壓在紙板上后，大氣壓迫使紙板與氣球之間形成了一個(gè)低壓區(qū)域，這個(gè)低壓區(qū)域與外部的大氣壓相比，形成了一個(gè)壓差，使得氣球被大氣壓力吸附在紙板上，而不會(huì)掉落。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要確保吸管與紙板的接觸表面光滑，以確保實(shí)驗(yàn)的成功。另外，選擇充氣充足的氣球也是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。

3 結(jié)語

自制教具的使用不僅能夠提供更具創(chuàng)意和趣味性的教學(xué)方式，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)參與精神。然而，需要注意的是，自制教具在教學(xué)中的運(yùn)用需要教師的指導(dǎo)和輔導(dǎo)，確保實(shí)驗(yàn)過程的安全性和準(zhǔn)確性。此外，教師還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的年齡、能力和學(xué)習(xí)目標(biāo)，選擇合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教具，以達(dá)到教學(xué)的最佳效果。