DIY科學(xué)小制作在初中物理實(shí)踐活動(dòng)中的應(yīng)用

劉立華　李洪清

關(guān)鍵詞：初中物理;DIY科學(xué)小制作;物理實(shí)踐活動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ? ?文章編號(hào)：1009-010X（2019）29-0059-03

DIY的英文字母取自“Do it yourself”，即“自己動(dòng)手做”，DIY科學(xué)小制作具有結(jié)構(gòu)簡單、材料好找、加工容易等特點(diǎn)，是集觀察、思考、動(dòng)手、創(chuàng)新為一體的實(shí)踐活動(dòng)，深受學(xué)生們的喜愛。

筆者在初中物理的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，DIY科學(xué)小制作中包含的許多科學(xué)知識(shí)與初中物理教學(xué)存在關(guān)聯(lián)，如果在初中物理實(shí)踐教學(xué)中選擇與物理知識(shí)相契合的DIY科學(xué)小制作融入到教學(xué)活動(dòng)中來，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，加深其對(duì)物理知識(shí)的理解，還能進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。筆者在這方面進(jìn)行過多次嘗試，下面以物理實(shí)踐活動(dòng)“組裝起重機(jī)”為例加以說明。

我們采用的是DIY科學(xué)小制作“電動(dòng)起重機(jī)自制塔吊”科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，我們的任務(wù)是組裝起重機(jī)并實(shí)際起吊物體，由此探究起重機(jī)起吊物體的功率和效率，本課教學(xué)用時(shí)2課時(shí)。

一、活動(dòng)的第1步：準(zhǔn)備好工具

鉗子、3mm十字小螺絲刀（螺絲刀批頭帶有磁性）、刻度尺兩把（30cm、15cm）、彈簧測(cè)力計(jì)、重物、表、電流表、電壓表、導(dǎo)線。

二、活動(dòng)的第2步：動(dòng)手組裝起重機(jī)

1.將組件中長黃條的一端和L形黃條用螺絲和螺母連接在一起。

2.長黃條的另一端與底座卡片也同樣用螺絲和螺母連接在一起。

3.將底座卡片與黃板用自攻螺絲連接起來。

4.將2個(gè)雙層皮帶輪分別固定在長黃條和L形黃條上，皮帶輪小輪一側(cè)朝向黃條，大輪一側(cè)朝外，并用兩個(gè)軸套卡在鐵桿中間。

5.將兩個(gè)單層大皮帶輪固定在L形黃條的頂端，與雙層皮帶輪一側(cè)的大單層皮帶輪緊貼黃條，黃條另一側(cè)用軸套卡在鐵桿一側(cè)，鐵桿另一端裝另一個(gè)單層大皮帶輪。為了防止打滑，單層皮帶輪的中間孔開得較小，第一次將單層大皮帶輪裝在鐵桿上時(shí)，可以將零件放在桌上，鐵桿頂住零件小孔，用鉗子向下輕輕敲擊就可以裝好掛鉤。另外一頭綁扎在單層皮帶輪內(nèi)側(cè)的鐵桿上，如果繩子打滑，可以在鐵桿上粘點(diǎn)雙面膠。

6.在馬達(dá)軸上裝好小皮帶輪，安裝時(shí)也可用鉗子輕輕敲擊完成，然后將馬達(dá)與線控電池盒連接在一起，并將馬達(dá)用雙面膠固定在黃板上。

7.依次在相鄰的皮帶輪之間掛上皮帶，由此整個(gè)裝置安裝完成。

反思：一張組裝說明書，一堆零散的組件，一把鉗子，一把十字螺絲刀，這些本不應(yīng)該出現(xiàn)在物理課上的東西，被我們大膽地引進(jìn)課堂。在這里學(xué)生將親手進(jìn)行起重機(jī)的組裝，整個(gè)組裝過程不是機(jī)械的體力勞動(dòng)，也不僅僅是在鍛煉學(xué)生的識(shí)圖能力、動(dòng)手能力和腦手眼的協(xié)調(diào)配合能力，而是學(xué)生進(jìn)行親身實(shí)踐的全新過程。在這個(gè)過程中學(xué)生將會(huì)遇到困惑，同時(shí)也會(huì)引發(fā)新的思考，進(jìn)而可以此激發(fā)學(xué)生的靈感，給學(xué)生帶來新的創(chuàng)意，并最終在學(xué)生頭腦中形成新的問題。實(shí)踐就是這么的美好，也就是這么的簡單，它是從學(xué)生親自動(dòng)手開始的。

三、活動(dòng)的第3步：調(diào)試起重機(jī)

正確裝好電池，控制操作按鈕，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的升降，并觀察什么情況下起重機(jī)提升，什么情況下起重機(jī)下降。如果出現(xiàn)不能正常工作的情況，我們要對(duì)裝置進(jìn)行部分拆卸重裝，并改變皮帶輪的上下位置，以最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

反思：學(xué)生們經(jīng)歷千辛萬苦組裝好的機(jī)械，是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)呢？總結(jié)歷次的組裝經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生組裝的電動(dòng)起重機(jī)能正常工作的占80%左右，20%左右的學(xué)生組裝的電動(dòng)起重機(jī)不能正常工作。對(duì)于首次啟動(dòng)失敗的學(xué)生，教師要引導(dǎo)他們通過努力找出自己的問題所在，然后再進(jìn)行重裝改進(jìn)，這是必要而有意義的。在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力能得到鍛煉和提升。

四、活動(dòng)的第4步：起吊重物

利用起重機(jī)起吊重物，并在起吊過程中進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)量。

1.組裝電路，使電流表測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流I，電壓表測(cè)量電動(dòng)機(jī)電壓U。

2.用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量重物的重力G，并將重物放在起重機(jī)的掛籃上。

3.用雙面膠豎直固定30cm的刻度尺，并用另一把直尺配合進(jìn)行重物提升高度h后相關(guān)物理量的測(cè)量。

4.按下開關(guān)接通電路，調(diào)整重物使其從刻度尺的“0”刻度線開始向上提升。控制開關(guān)按鈕的學(xué)生右手控制開關(guān)，同時(shí)左手握秒表計(jì)錄時(shí)間，另一名學(xué)生負(fù)責(zé)讀取兩個(gè)電表的示數(shù)，并用刻度尺測(cè)量重物被提升的高度，即兩名學(xué)生分工合作完成測(cè)量，然后重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行多組數(shù)據(jù)的收集（見表1）。

表1

反思：在起重機(jī)起吊重物的過程中進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)量，該實(shí)驗(yàn)作為非物理教材實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)，本身就是對(duì)物理常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)突破。學(xué)生對(duì)新鮮事物總是充滿好奇心，把物理知識(shí)融入到學(xué)生充滿興趣的實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)中，能夠起到鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新、激發(fā)學(xué)生聯(lián)想、促使學(xué)生進(jìn)行探究的作用。作為一次物理綜合實(shí)踐活動(dòng)，“組裝起重機(jī)”融入了更多的物理教學(xué)元素，可讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)物理學(xué)習(xí)的樂趣，進(jìn)而可以此培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，要完成五項(xiàng)數(shù)據(jù)的讀取并記錄，兩名學(xué)生要合理分工、緊密合作、共同完成數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄。教師在此過程中要適時(shí)地加以指導(dǎo)，以避免學(xué)生在測(cè)量記錄時(shí)手忙腳亂、顧此失彼。

五、活動(dòng)的第5步：探究起重機(jī)的功率和效率

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題。隨機(jī)選取一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式W有=Gh、P有=W/t、W總=UIt、P總=UI、η=W有/W總計(jì)算相關(guān)物理量（見表2）。

表2

反思：經(jīng)歷了組裝、調(diào)試、提升物體的動(dòng)手環(huán)節(jié)之后，學(xué)生要把親手獲得的測(cè)量結(jié)果上升到更高的理論層次，這是讓學(xué)生動(dòng)腦的重要環(huán)節(jié)。如此學(xué)生將進(jìn)一步深化對(duì)電功率、有用功、總功等物理概念的理解;也有利于學(xué)生掌握機(jī)械效率的求解方法;還有利于強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算能力，同時(shí)提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析和處理能力。

六、活動(dòng)的第6步：師、生共同反思

（一）教師反思

荀子在《荀子·儒效》中指出：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之，學(xué)至于行之而止矣?！贝宋慕沂境鰧W(xué)會(huì)有三層境界，第一層“聽會(huì)”，第二層“看會(huì)”，第三層“做會(huì)”，即聽到的會(huì)忘記，看到的能記住，做過的才明白?！白觥奔礊閷?shí)踐，實(shí)踐是學(xué)習(xí)的最高層次。因?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)物理要實(shí)現(xiàn)“在做中學(xué)”的目標(biāo)，所以教師要為學(xué)生創(chuàng)造更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，在物理實(shí)踐活動(dòng)中引入DIY科學(xué)小制作無疑是為物理實(shí)踐活動(dòng)增加了一個(gè)新的著力點(diǎn)。

（二）學(xué)生反思

2個(gè)課時(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生經(jīng)歷了“做學(xué)合一”的實(shí)踐過程，引發(fā)了他們的思考，下面筆者將學(xué)生在課上生成的部分典型問題整理如下。

1.起重機(jī)上的雙層皮帶輪和單層皮帶輪與在物理課本上學(xué)到的動(dòng)滑輪、定滑輪有何異同？

2.為何按動(dòng)綠色按鈕起重機(jī)上提物體，按動(dòng)紅色按鈕起重機(jī)向下運(yùn)動(dòng)？

3.起重機(jī)工作時(shí)馬達(dá)的電壓為何低于電源電壓？

4.電機(jī)不掛皮帶通電運(yùn)轉(zhuǎn)和掛上皮帶帶動(dòng)起重機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)，電壓表示數(shù)為何不同？

5.怎樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法使測(cè)量的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確？

6.起重機(jī)的機(jī)械效率為何這么小？

7.怎樣才能提高裝置的效率？

面對(duì)這些問題，筆者內(nèi)心感到快慰、欣喜，盡管有些問題還不能得到圓滿解決，但起碼我們都邁出了引導(dǎo)學(xué)生探究未知、開拓創(chuàng)新的第一步。