淺談自制高中物理實驗教具

楊澤偉

【摘要】通過對新課程下物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀的分析，認識到實驗教學(xué)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、重要方法和必要手段。做好物理實驗有利于更好的提高物理教學(xué)的效果，有利于更好的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)造性思維。本文通過對中學(xué)部分實驗進行分析，從中選取有代表性的演示實驗進行教具自制，并對這個自制教具的制作思路、自制材料和制作方法進行探索，為教具的自制提供一些經(jīng)驗和方法。

【關(guān)鍵詞】新課程；演示實驗；自制教具；實踐和探索

一、問題的提出

隨著新課程改革的不斷深入，實驗教育已作為學(xué)生直接了解自然，認識自然事物的發(fā)展規(guī)律的重要工具，實驗教育作為自然科學(xué)教學(xué)的重要組成部分，正越來越受到人們的重視。許多外國教育工作者認為，物理實驗教學(xué)運用得好不僅有利于學(xué)生更好的獲取知識而且對提高學(xué)生諸方面技能和能力，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和愛好以及養(yǎng)成良好的科學(xué)素質(zhì)等有著及其重要的作用。在我國不管是演示實驗還是學(xué)生實驗，目前均有一部分教師不能完成教材規(guī)定的實驗教學(xué)任務(wù)。由此可見，我國實驗教育及其課時的比重的改革還需要進一步的增重，在新課程下，實驗教育體制改革也勢在必行。

二、自制教具的研制現(xiàn)狀

就目前而言，從劃分自制教具的類型來說，自制教具大致分為仿制或者設(shè)計代用教具、對原有教具進行改進和研制新教具等三種情況，第一類是利用現(xiàn)有儀器進行必要改裝或改進，現(xiàn)成物品可以不一定是實驗儀器，使實驗效果更好，使用范圍更廣；第二類是部分實驗因為其本身的教學(xué)內(nèi)容相對比較重要，而按教材要求演示還顯不足，因此而做的有針對性的教具制作；第三類是針對實驗室空白的教具和教材上要求演示實驗而研制的形象直觀的新型自制教具。從自制教具滿足的原則來說，教具的自制必須遵循科學(xué)性、安全性和實用性等三個基本原則?？茖W(xué)性原則：物理教具是用來做物理實驗的，是傳授物理知識的工具，因此，它的設(shè)計必須符合物理原理，又符合教學(xué)理論，也就是說，設(shè)計教具必須正確反映物理現(xiàn)象和規(guī)律，同時又能取得較好的實驗教學(xué)效果；安全性原則：自制教具的設(shè)計必須遵循安全性原則，尤其不能造成對人體的傷害；實用性原則：所制教具既適用于教學(xué)，又能做到結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，現(xiàn)象明顯，造價低廉，堅固耐用等。據(jù)我所知，較為系統(tǒng)地從實踐到理論研究教具制作還少見報道。

三、自制教具實例

1、平拋運動儀

制作思路：在平拋運動的學(xué)習(xí)中，教師在講授過程中，只能根據(jù)書本上的頻閃照片描述平拋運動的軌跡，做實驗時，用斜槽和小球來粗略的確定其平拋運動的軌跡，如何在課堂中才能比較形象生動的講授平拋運動的軌跡呢？怎樣才能將瞬時的運動軌跡停留下來呢？因此根據(jù)瀑布的原理，將水看成由一連串的小球，用注射器給其在水平方向一個初速度，從而達到將平拋運動軌跡的保留下來的效果。

2、平拋運動儀模型的建立

（1）方型木底板一塊（10cm×10cm×2cm），直木條一根（55cm×2cm×2cm）（可用鐵架臺和試管夾代替），醫(yī)療注射器一支，木板一塊（50cm×50cm×1cm），與木板長度相同的木底板一塊（50cm×10cm×2cm），直尺一塊，鐵釘若干，白紙若干張。

（2）用直尺在木板上建立平面坐標系（X，Y），將其刻畫在木板上，如圖1所示，并用鐵釘將木板固定在與其相同長度的木底板中部上。

（3）將木條固定在方底型木板上，有鐵架臺可用鐵架臺代替。

（4）并將醫(yī)療注射器注入大部分的紅色液體后用細繩固定在木條上或者鐵架臺上。

（5）將鐵架臺與坐標板放在同一平面上，如圖1所示。

3、使用方法

（1）將注射器固定在方型木底板做的木架臺或者鐵架臺上，并與坐標板放在同一平面上，調(diào)節(jié)注射器高度，使其與坐標板某一高度平行，注射器針頭與坐標板剛好接近，把白紙鋪到坐標板上。

（2）在針頭與坐標板平行的地方用筆在白紙上做好記號。

（3）均勻的用力，將注射器中的紅色液體推出注射器。

（4）待注射器推出的液體形成穩(wěn)定的拋物線后觀察其軌跡。

（5）另一個人將坐標板水平的，快速的推過紅色液體形成的拋物線，得到其軌跡。

（6）處理該軌跡圖。

4、討論

在以往的平拋運動講授過程中，很少用教具描述其實際軌跡，大部分教師用口授或者書本上的頻閃圖來解釋平拋運動的軌跡，本實驗形象的描述了平拋運動的軌跡，將一閃而過的物理現(xiàn)象捕捉下來。對于本實驗，用簡單的生活資料，對一些簡單的材料進行加工，得到物理現(xiàn)象，將不易觀察到的現(xiàn)象保留下來，但是由于細水柱在空氣中受到空氣給它的阻力和液體的流動性，使得水柱容易分岔，看到的軌跡在后半段運動過程中出現(xiàn)分岔或是水珠滴落現(xiàn)象，而迅速推動的坐標板捕捉的水柱軌跡也不精確，因為液體到了紙表面回發(fā)生浸透和流動現(xiàn)象，故本實驗在用白紙捕捉起實物軌跡時仍需改進。通過反復(fù)的測試，其在白紙上留下的軌跡其上半部分比較合符實驗結(jié)果。所以在該實驗中，對于前半段的軌跡可根據(jù)平拋運動的位移和速度公式：

可得證明其理論上的依據(jù)，但是由于本身存在一定的誤差，實驗結(jié)果只能是進似于，因此本實驗教具只能作為近似上的等效，要精確驗證其理論還是要用課本上的實驗教具，但該教具能形象的體現(xiàn)物體做平拋運動的軌跡，將平拋運動從瞬時性得到時間上的延長，雖然其精度不高，但是能達到實驗中捕捉瞬時現(xiàn)象的目的，放大實驗現(xiàn)象，達到該教具顯示物體在平拋運動中其運動軌跡是拋物線的目的。

四、結(jié)語

綜上所述，物理實驗是一項有目的地觀察、思考和操作的實踐活動，是一項腦力與智力相結(jié)合的活動，是一種理論與實際地結(jié)合過程。而實驗教學(xué)的過程是學(xué)生對現(xiàn)象的觀察與分析、數(shù)據(jù)的獲取與處理的過程。實驗結(jié)果是科學(xué)歸納與嚴密推理相結(jié)合得到的產(chǎn)物。因此，對于教具的自制，將仍是一個值得繼續(xù)探討的問題。

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