自制教具 讓物理課堂“搖曳多姿”

陳顯麗

【摘 要】本文闡述利用水瓶、氣球、花粉、墨汁、紙團(tuán)等看似非常普通的物體來制作教具，向?qū)W生演示超重失重、布朗運(yùn)動(dòng)、自由落體等物理現(xiàn)象，使得物理課堂變得活潑生動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué) 自制教具 演示實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）05B-0136-02

高中階段的學(xué)生，其思維方式處在由感性認(rèn)知向理性認(rèn)知轉(zhuǎn)變的過程，在高中物理課堂上，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)經(jīng)過感性化的演化后，便更易于學(xué)生去接受，物理實(shí)驗(yàn)的重要意義便在于此。但是，實(shí)驗(yàn)教室與平時(shí)授課的教室是分開的，并且實(shí)驗(yàn)課需要進(jìn)行大量的課前準(zhǔn)備。為此，在普通課堂上，物理老師可以通過自制教具的方法，讓抽象的知識(shí)在自制教具的幫助變得形象化，更方便學(xué)生理解和掌握，且培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這樣的教具來源于生活、易于制作、便于接受，因而成為高中物理課堂上被廣泛使用的教學(xué)工具。通過使用水、氣球、花粉、墨汁、紙團(tuán)等看似非常普通的物體，可向?qū)W生演示超重、失重、布朗運(yùn)動(dòng)、自由落體等物理現(xiàn)象，使得物理課堂也變得“搖曳多姿”。

一、水瓶氣球，演示超重失重

超重和失重現(xiàn)象是在特定的生活環(huán)境下才可能發(fā)生，并且學(xué)生對(duì)超重和失重僅憑自己感官上的感受是無法去理解的，所以就需要老師去采取一些直觀的手段來表達(dá)，使其達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，那么這時(shí)，自制教具便可發(fā)揮巨大的作用。

在人教版高中物理必修1《超重與失重》一課中，詳細(xì)地講解了超重與失重的定義，但是對(duì)超重與失重的現(xiàn)象并未有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)演示，只是告訴學(xué)生當(dāng)物體的壓力大于物體所受重力時(shí)，其處于超重狀態(tài)；而壓力小于其重力時(shí)，物體處于失重狀態(tài)。這時(shí)老師可以借助日常生活中的常見物體：氣球和水，來設(shè)計(jì)一個(gè)演示超重與失重現(xiàn)象的簡(jiǎn)易演示裝置。這樣的實(shí)驗(yàn)器材非常簡(jiǎn)單，也就是礦泉水瓶、自來水和氣球而已。首先，將礦泉水瓶的底部用小刀切開一個(gè)大約 3 cm 的小口；其次，將氣球固定在礦泉水瓶的瓶口；再次，在礦泉水瓶?jī)?nèi)灌入半瓶水。至此，演示實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作結(jié)束，開始進(jìn)行演示。老師手提水瓶加速上升，學(xué)生可以觀察到瓶口的氣球會(huì)突然增大，如果加速比較快的情況下，氣球還有可能發(fā)生爆裂的現(xiàn)象。這時(shí)，老師帶領(lǐng)學(xué)生去分析，在第一種情況下，水對(duì)氣球的作用力增大，具有向上的加速度，此時(shí)就是超重現(xiàn)象。接下來，老師手握水瓶，讓其做自由落體運(yùn)動(dòng)，此時(shí)學(xué)生可以看到氣球體積明顯縮小，水對(duì)氣球幾乎沒有作用力的作用。水瓶在具有向下加速的情況下，就是失重現(xiàn)象。然后，分析兩種狀態(tài)下的受力情況，這樣學(xué)生便可以很好地理解超重和失重的概念。

用這個(gè)裝置來演示超重和失重現(xiàn)象，所用器材簡(jiǎn)單、演示的效果明顯，學(xué)生可以非常迅速地理解超重與失重，如此簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)卻能提高物理課堂的效率。

二、花粉墨汁，模擬布朗運(yùn)動(dòng)

布朗運(yùn)動(dòng)指微觀粒子的無規(guī)律運(yùn)動(dòng)，屬于微觀粒子的研究方向，單憑用肉眼是無法觀察到的，因此，花粉、墨汁、顯微鏡便成為觀察布朗運(yùn)動(dòng)的不二選擇。人教版高中物理選修1-2《第一章分子動(dòng)理論 熱運(yùn)動(dòng)》中，小粒子之間的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱之為布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)屬于微觀世界的現(xiàn)象，所以在教材中只是給出了類似于金屬原子的相互侵蝕、花粉的飄散等例子，學(xué)生并沒有對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)有感性的認(rèn)識(shí)。因此，在課堂上老師可以使用花粉、墨汁、顯微鏡等簡(jiǎn)易的設(shè)備來幫助學(xué)生去理解布朗運(yùn)動(dòng)。首先，老師將新鮮的花粉放置在顯微鏡的載玻片上，用 45×15 的高倍顯微鏡進(jìn)行觀察，可以仔細(xì)地觀察到每顆花粉的藍(lán)綠色的顆粒在做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，顆粒均勻、色澤鮮艷，這些運(yùn)動(dòng)就是布朗運(yùn)動(dòng)。其次，將常見的濃墨水滴到載玻片上，也可以清楚地看到布朗運(yùn)動(dòng)。這樣，學(xué)生在老師安裝好的顯微鏡設(shè)備中親自觀察到布朗運(yùn)動(dòng)，便可以自己總結(jié)出布朗運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：小粒子、無規(guī)律運(yùn)動(dòng)。這樣，更加容易地認(rèn)識(shí)和理解布朗運(yùn)動(dòng)。

一瓣花瓣、一滴墨水，里面蘊(yùn)藏著布朗運(yùn)動(dòng)的內(nèi)涵。老師自制的載玻片幫助學(xué)生打開了學(xué)習(xí)微觀世界的一扇大門，讓學(xué)生在物理課堂上帶著好奇的心去了解未知的世界。

三、紙團(tuán)落下，揭示自由落體

關(guān)于自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，從亞里士多德到伽利略，已經(jīng)展開了許多形式多樣的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。課本上所呈現(xiàn)出來的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)在絕大多數(shù)的情況下學(xué)生只能當(dāng)作是故事，而不能掌握其中的精髓。如果老師將歷史場(chǎng)景在課堂上呈現(xiàn)，便可以增大學(xué)生的興趣。

在人教版高中物理必修1《第二章勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究》一文中，對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的歷史研究進(jìn)程進(jìn)行詳細(xì)講解，其目的是幫助學(xué)生理解和自由落體有關(guān)的各個(gè)物理量之間的關(guān)系。其實(shí)，老師用一張紙便可以向?qū)W生解釋自由落體的相關(guān)參數(shù)。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)分為以下三個(gè)過程：

（1）石頭與紙片從同一高度靜止落下，觀察到的現(xiàn)象，說明什么問題？

（2）將半張紙揉成一團(tuán)，與一張平整的紙同時(shí)從同一高度靜止下落，那么觀察到的現(xiàn)象說明什么問題？

（3）兩張相同的紙，其中一張揉成紙團(tuán)，兩者同時(shí)從同一高度靜止落下，觀察到的現(xiàn)象說明了什么問題？

分析問題（1），我們可以觀察到石頭比紙片下落的要快很多，這樣的結(jié)論與兩千多年前亞里士多德觀察到的現(xiàn)象以及結(jié)論是相同的，即物體越重，下落越快。而對(duì)于問題（2），觀察的最終結(jié)論是半張紙比一張紙下落的要快很多，在這個(gè)演示中，輕的物體下落得要快。對(duì)于問題（3），相同質(zhì)量的紙，紙團(tuán)比紙片下落得更快。根據(jù)這三個(gè)對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果，學(xué)生在課堂上可以得出，自由落體下落時(shí)間與物體的重量無關(guān)，而下落快慢的區(qū)別是與空氣阻力的作用有很大的關(guān)系。

這種用自制教具的方法去演示和研究自由落體運(yùn)動(dòng)，雖然過程非常簡(jiǎn)單，但是卻可以快速地得出正確的結(jié)論，大大提高了課堂的效率。

四、利用簡(jiǎn)單裝置，制作測(cè)微器

學(xué)習(xí)的最終目的是為了應(yīng)用。在高中物理階段，有很多的物理定律是可以應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中的。學(xué)生在運(yùn)用知識(shí)的過程中，一方面可以更好地理解和掌握所學(xué)知識(shí)，另一方面可以極大地提高學(xué)生綜合分析問題的能力。

在人教版高中物理必修1學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)，學(xué)生已經(jīng)將力學(xué)方面的知識(shí)進(jìn)行了全面的掌握。這個(gè)時(shí)候，老師可以給學(xué)生提供思路，鼓勵(lì)學(xué)生去進(jìn)行自我創(chuàng)新。其中，有同學(xué)便制作了物體微小形變演示儀，這個(gè)形變演示儀也是從老式的桿秤中得到啟發(fā)。學(xué)生利用杠桿原理，將重物懸掛在一個(gè)水平方向的橫梁上，此時(shí)橫梁發(fā)生了一個(gè)微小的形變，而這個(gè)形變用肉眼是無法觀察到的。這時(shí)可以制作測(cè)微器，借助杠桿裝置對(duì)微小的形變進(jìn)行機(jī)械式的放大，將放大過后的形變傳遞給指針式儀表，這時(shí)儀表盤上的指針偏轉(zhuǎn)便是形變，而指針偏轉(zhuǎn)角度的大小是與形變的大小有關(guān)。學(xué)生有這樣的創(chuàng)新想法，筆者便跟他們一塊兒完成設(shè)計(jì)與制作。進(jìn)行形變演示后，筆者還鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，制作“二代測(cè)力計(jì)”，這樣，通過指示針的讀數(shù)，學(xué)生便可以通過讀數(shù)來知道橫梁端部重物的質(zhì)量。這種鼓勵(lì)創(chuàng)新的課堂教具發(fā)明，不僅能更好地幫助學(xué)生掌握知識(shí)，而且能極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，為接下來的課程學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)。

自制教具不僅能幫助老師更好地講解物理知識(shí)，而且能激發(fā)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決問題的意識(shí)，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，形成綜合運(yùn)用知識(shí)的好習(xí)慣。

在物理課堂上充分地運(yùn)用自制教具，讓學(xué)生在自制教具的指引下去更形象地理解知識(shí)，在感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)之間架起一道容易跨越的橋梁。這既幫助了學(xué)生，又幫助了老師，更使原本枯燥的物理課堂熠熠生輝，搖曳多姿。

【參考文獻(xiàn)】

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（責(zé)編 盧建龍）