自制實驗教學具在物理教學中的應用

摘 要：物理學是以實驗為基礎的自然學科，而物理實驗教學具又是物理實驗過程中不可或缺的教學儀器。文章在充分認識自制教學具內(nèi)涵及其在物理教學中的促進作用的基礎上，對自制的實驗教學具案例的制作過程、原理及應用作了詳細的闡述，進而說明自制教學具在物理教學中的作用、前景及意義。

關鍵詞：自制；教學具；物理教學；設計與制作

0 引 言

自制物理實驗教學具是新課改下中學物理課程素質(zhì)教育的重要舉措，對充分培養(yǎng)學生物理科學方面的創(chuàng)新精神和實踐能力有著深遠而重要的意義。物理作為一門自然學科，教師的實驗演示和學生的實際操作對學生理解物理原理都是必不可少的教學方法，因此在物理實驗教學中廣大教師和學生設計并制作一些實驗教學具是非常必要的。

1 自制物理實驗教學具的認識

1.1 自制物理實驗教學具的定義

百度百科把“教具”定義為：供教師使用，教學時用來說明某事物的模型、實物、圖表等教學用具。 “學具”定義為：供學生使用，學習時用來幫助理解某事物的模型、實物、圖表等學習用具。顧名思義，自制實驗教學具就是廣大師生為了改進教學方法，隨手取材，自己動手設計制作，供實驗教學使用的教具、學具、標本、模型等的統(tǒng)稱。

1.2 自制物理實驗教學具的要求

1.2.1 科學性

物理是一門科學性學科，任何物理實驗教學具的制作首要前提都應該是嚴謹、認真的科學態(tài)度，能正確反應物理概念、規(guī)律等。如果違背了科學性原則，那這個教學具的制作將變得毫無意義，甚至會適得其反。

1.2.2 直觀性

教學具是演示實驗現(xiàn)象供全體學生觀察的，并非教師個人自得其樂的玩具。因此，應做到“尺寸夠大，簡單明了” 。演示過程中重點實驗部分要能看得清楚，實驗現(xiàn)象應足夠明顯。

1.2.3 簡易性

教學具是為了便于學生理解某些物理原理而設計制作的。因此，應做到整體結(jié)構(gòu)、制作方法簡單，便于學生入手操作，切忌為了追求其他效果，把教具復雜化。

1.2.4 安全性

教學具是供教師課堂演示或?qū)W生動手操作的。應做到不能使用有毒有害，有放射性的材料，不能發(fā)生爆炸，不能有鋒利的邊角。在設計帶電儀器時，應安裝過壓保護電路。

1.2.5 參與性

在教學活動中讓學生積極參與教學具的設計與制作，除了能更好更快的掌握知識外，還能培養(yǎng)學生的動手實踐和科學探究能力。

1.3 自制物理實驗教學具的材料來源

1.3.1 日常用品

生活中的很多日用品如書本、筆、碗筷、一次性注射器、干電池、食鹽、酒精、醋等都是很好的實驗器材。如：塑料筆可以做杠桿、摩擦起電、測重心、折射等實驗；食鹽、酒精、醋可以做密度的測量等實驗；碗筷可以作為實驗容器和攪拌器；一次性注射器可以做量筒、大氣壓演示等。

1.3.2 趣味玩具

隨著科技的普及，在我們的身邊有這樣一類玩具，反沖玩具、陀螺、不倒翁、發(fā)條玩具、玩具水槍等。這類玩具本身就是根據(jù)物理原理設計的，可以直觀的顯現(xiàn)物理現(xiàn)象，在課堂的教學過程中教師可以直接加以應用。如：可以用反沖玩具演示力平衡原理；用陀螺演示平衡和離心力；用不倒翁解釋重心越低物體越穩(wěn)；用發(fā)條玩具解釋彈力勢能和動能間的轉(zhuǎn)化；玩具水槍解釋內(nèi)外壓強差。

1.3.3 家用電器

現(xiàn)代化家用電器都是根據(jù)物理原理設計出來的，在日常的教學中很多實驗現(xiàn)象是可以用家用電器顯現(xiàn)出來的。如：電飯鍋、冰箱、電話、電燈泡、電風扇、電視機等。如：電飯鍋是利用電流的熱效應工作；電磁爐是根據(jù)焦耳定律產(chǎn)生電熱；白幟燈是利用電流的熱效應發(fā)熱才發(fā)光；電視機遙控器是利用紅外線的發(fā)射和接收制成；電冰箱是利用吸熱和放熱使物體冷藏。

1.3.4 自費購買

在涉及電學制作可以從廢舊的電路上拆下很多電子元器件，但是有些特殊性的元件可能需要購買。如：二極管、電路板、電阻、電容等必要的元器件。

1.4 自制物理實驗教學具的大體步驟

首先在明確制作目的情況下；設計方案；收集制作材料；制作毛坯；測試改進；制作成品；最后編寫說明書。

2 自制物理實驗教學具實例分析

2.1噴泉演示裝置

材料：三個塑料水瓶、兩根塑料管、一根一端尖細的吸管

制作過程：如圖2-1、2-2所示，將三個水瓶的蓋分別打兩個小孔，將其中一個瓶去掉底部，用一端細的吸管把去掉底部的a瓶與b瓶連接起來并做好瓶蓋小孔處的密封工作，用d管將a瓶與c瓶連接起來，用e管將b瓶與c瓶連接起來，并做好小孔處的密封工作，再向b瓶中灌入水，便可進行操作。

原理及意義：整個裝置都處于密封狀態(tài)，a，b，c三個瓶間的連通情況由d，e管上的兩個開關決定，當我們關閉d管上的開關，打開e管上的開關，此時b瓶與c瓶連通，我們用力捏c瓶時，致使b瓶中的壓強增大，水將會從b瓶中噴到a瓶中，形成噴泉現(xiàn)象。此裝置簡單明了，能夠幫助同學更好更容易理解壓強及其作用。

2.2固體熱脹冷縮演示儀

材料：木板一塊，小燈泡兩個，鐵板兩根，小螺釘兩根，導線若干，電源一個。

制作過程：如圖2-3、2-4所示，先將兩鐵條板曲制成如圖所示的形狀，再用兩顆小螺釘將其固定在木板上，將兩個燈泡安裝在木板上，把兩個長螺釘安裝在鐵條上，使得a螺釘固定，b螺釘可調(diào)，再按原理圖將實物用導線連接起來。

原理及意義：接通電路，然后調(diào)節(jié)b螺釘，讓其與a螺釘無限接近，但不能接觸，此時，兩燈泡都不亮，當我們用火燒螺釘a，b后，燈泡會亮起來，說明ab螺釘受熱膨脹，使得電路導通。

2.3焦耳定律演示儀

材料：硬木板兩塊，塑料盒兩個，軟塑料管兩根，電源一個，阻值相同的電阻三個導線若干。

制作過程：如圖2-5、2-6所示，將兩塊木板制成一個架子，將電源與兩個塑料盒都固定在平臺上，將兩個塑料盒分別記作a與b，在a盒中安裝一個電阻，在b中安裝一個電阻，但此電阻是由兩個電阻并聯(lián)組成，再在a、b盒的蓋子上分別安裝一個塑料管，且做好瓶蓋上的密封，將塑料管分別記作A、B，將兩組電阻并聯(lián)在電源上，向a、b盒和A、B管中注入同樣的液體，并且使兩管中液面相平。

原理及意義：電路圖如圖示，由焦耳定律，a、b瓶中的電阻同時并聯(lián)在一個電路中，在相同的時間內(nèi)，b瓶中產(chǎn)生的熱量較多，B管中的水面上升的多。 2.4平面鏡成像規(guī)律演示實驗儀

材料：硬紙、平面玻璃各一塊，膠水一瓶，塑料夾三段，模樣大小完全相同的兩根蠟燭。

制做過程：如圖示-7、2-8所示，將硬紙板一分為二畫一條直線，將三根塑料夾用膠水安裝在硬紙板上，做一個放玻璃片的架子，將玻璃片安裝在架子上，使玻璃片所在平面與硬紙板所在平面互相垂直，再用兩根蠟燭便可實驗。

原理及意義：平面鏡所成的是等大，正立的虛像，且物與像到平面鏡的距離相等，物與像的連線垂直于鏡面。

2.5鉛質(zhì)滑動變阻器

材料：電源即干電池一節(jié)，開關一個，小燈泡一個，鉛筆的粗鉛心一根，導線若干。

制作過程：如圖2-9所示連接電路。

原理及意義：如圖2-10所示電路，a、b為鉛心，當閉下開關，電路被導通，燈泡發(fā)光，當我們滑動線頭時，接入電路的鉛的長度會發(fā)生變化，從而導致電路中的總電阻會發(fā)生變化，所以燈泡的亮度會發(fā)生變化，A整體就是一個鉛制的滑動變阻器，實驗設計合理，簡單明了，但能有力的說明滑動變阻器的原理與作用。

2.6聲音的特性演示裝置

材料：一塊長方形木板、八顆大螺釘、幾顆小螺釘、一根粗鐵絲、一根細鐵絲、一根細線、一根橡皮筋、兩根小木條

制作過程：如圖2-11所示，將兩根小木條等間距固定在長方形木板的兩端，再將八顆大螺釘分別安在小木條的后面，再將鐵絲，細線，橡皮筋繃在兩根小木條上，兩頭分別綁在大螺釘上。

原理及意義：聲音是由物體的振動產(chǎn)生的，聲音具有三個特性，響度、音調(diào)、音色，而這三個特性與發(fā)聲體的因素有關，細鐵絲，粗鐵絲，細線，橡皮筋，對比這四條弦所發(fā)出的聲音，便可很好的區(qū)分聲音的三種特性與材料與裝置的關系，更好的理解聲音的特性與其影響因素。

3 自制物理實驗教學具在物理教學中的促進作用

3.1 活躍教學氣氛，提高學習興趣

阿爾伯特·愛因斯坦曾說過：“興趣是學生最好的老師” 。中學物理教材上面有很多物理小實驗，但是在新課開始之前，很多同學通過預習已經(jīng)知道了實驗的結(jié)果，喪失了原本的好奇心和求知欲，而自制物理實驗教學具恰好可以彌補這點不足。例如：在八年級下冊第十章第3節(jié)物體的浮沉及應用，可以用礦泉水瓶和小口服液瓶制作了一個浮沉子，當用手輕捏大瓶時，里面的小瓶開始下降，當松開手時小瓶又開始上升，伴隨著 “上上下下”的口令，里面的小瓶仿佛被施了魔法一樣，就在大家目瞪口呆想要弄清楚其中的原理時，不失時機引入新的課題。

3.2 縮短實驗時間，增強實驗效果

中學物理實驗教學不同于大學動輒幾個小時甚至幾天都在做實驗，所以如何控制實驗時間是一個中學物理教師所必備的技能。而自制教學具就可以改進某些實驗，起到簡化實驗步驟，增強實驗效果的作用。例如：在講授八年級上冊第三章第3節(jié)汽化和液化時，課本上有一個“水的沸騰”小實驗，要求將水從常溫加熱到沸騰，可在實際操作中，用酒精燈將一燒杯的水加熱沸騰要花費近乎30分鐘的時間，所以在實際操作過程中，用燒瓶代替燒杯，自制一個帶孔瓶塞，這樣做不僅極大地縮短了實驗時間，對于燒瓶里的氣泡也更易于觀察。

3.3 彌補教具不足，突破教學難點

做好物理實驗最重要的是教學儀器，雖然隨著國家對實驗教育的加大投入，現(xiàn)在的物理實驗教具都越來越完備和成熟，但我們不得不承認在我國一些落后地區(qū)，大多數(shù)的中學教學儀器還跟不上教學需求。我國現(xiàn)行的《初中物理實驗教學大綱》規(guī)定中學階段演示實驗共有119個，學生分組實驗共有20個，小實驗共有22個，實驗性作業(yè)共有118個。在這樣龐大的實驗要求下僅憑實驗室的教具是沒法完成的，很多教學重點沒有實驗數(shù)據(jù)的支撐，是沒法說清的，當學校提供的教具沒法完成要求時自制教具就顯得尤為重要。例如：九年級下冊第五章第一節(jié)曲線運動時， “觀察長玻璃管中紅蠟塊的運動”小實驗，可以找一根透明硬塑料管改造成實驗中的玻璃管，購買一根紅蠟燭，制成紅蠟塊，就能很好的完成這個實驗。

3.4 提升動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

真正有能力的人是將理論應用于實踐的人，自制物理實驗教具恰好提供了這樣一個機會，給了學生一個展示自己的舞臺。

4 自制物理實驗教學具的意義與前景

4.1 貼合課程標準，響應大綱要求

我國現(xiàn)行的《初中物理課程標準修訂稿》明確指出：初中物理教學的宗旨是提高每一位學生的科學素養(yǎng)。因此隨著新課改的不斷深入，廣大師生們都已不再滿足于已有的傳統(tǒng)教具，在創(chuàng)新教法時，更迫切需要一些個性教具，來幫助教師實施個性化教學方案，脫離滿堂灌的教學方式。研制教學具不是方法問題，它對提高物理實驗教學有著現(xiàn)實而長遠的意義。

《九年義務教育全日制初級中學物理教學大綱（試用修訂版）》中初中物理的教學目的的第二條是“培養(yǎng)學生初步的觀察、實驗能力，初步的分析、概括能力和應用物理知識解決簡單問題的能力”，指出“教學中要大力加強演示和學生實驗，物理實驗室應該不斷充實實驗設備，要購買和研制新的實驗設備，更要鼓勵學生和教師因陋就簡自制教具?！?

4.2 提供實驗素材，開創(chuàng)制作先導

自制教學具絕不是權宜之計，而是改進實驗儀器，提高辦學質(zhì)量的長遠措施。教育要發(fā)展，儀器就要改進創(chuàng)新，這些身處教學第一線的老師和學生感受最深，也最富有創(chuàng)造性，師生自制教學具是創(chuàng)新和改進實驗儀器的一條重要途徑。在講授九年級全冊第二十章第1節(jié)磁現(xiàn)象時，可以自制教學具來進行演示：將鐵屑裝滿一個試管，之后塞上橡膠塞，再用蹄形磁鐵的一極在試管壁上沿同一方向慢慢滑動，使試管內(nèi)的鐵屑均被磁化，這樣就可以吸引鐵釘、貼片了，若是再振動試管左右搖晃，發(fā)現(xiàn)磁性消失。這個實驗能直觀形象的演示鐵磁性物質(zhì)被磁化和退磁的現(xiàn)象。只要教師在日常的教學中留心觀察細心記錄，就能為研制新的教學具和開發(fā)新實驗提供素材，也能為廠家制造新的教學具發(fā)揮先導作用。

5 結(jié)束語

總之，自制物理實驗教學具有利于激發(fā)學生學習物理的興趣，充分發(fā)揮學生的特長，培養(yǎng)學生實驗制作、進取探索、研究創(chuàng)造的能力，發(fā)揚主動學習精神，養(yǎng)成獨立思考的習慣，幫助學生加深對物理概念、規(guī)律的理解，增強學生獲取知識、整理知識的能力，提高思維能力的層次。讓自制物理實驗教學具走進課堂，與課堂教學有機結(jié)合起來，是提高物理教學質(zhì)量的最佳途徑之一，更是實施素質(zhì)教育全面育人的緊迫要求。

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作者簡介：付喜錦（1965年-），女，甘肅慶陽人，副教授，主要從事物理教學與實驗研究。Tel：13830498683。