制個(gè)性教具 建物理概念 練深度思維

徐志紅

[摘 ? 要]配套的實(shí)驗(yàn)器材比較統(tǒng)一，缺少變化，跟不上現(xiàn)行課堂的變化。制作個(gè)性化的教具能活躍課堂氣氛，化抽象為直觀，有利于突破概念的難點(diǎn)，思維的痛點(diǎn)，從而優(yōu)化課堂教學(xué)，提升教學(xué)實(shí)效。文章以自制“超級滑動(dòng)變阻器”，讓思維“可視化”和自制“超級馬蹄形磁體”，讓磁感線“可視化”為例，談自制過程及其在教學(xué)中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]自制教具;物理概念;深度思維

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0043-02

自制教具就是根據(jù)教學(xué)實(shí)際需要，利用身邊的材料制作的用于物理教學(xué)的器具，是在科學(xué)技術(shù)與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，是一條補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)器材的有效途徑。優(yōu)秀的個(gè)性化教具能活躍課堂氣氛，使某些抽象的教學(xué)內(nèi)容變得直觀形象，有利于突破概念教學(xué)的難點(diǎn)及學(xué)生思維的痛點(diǎn)，從而提升課堂教學(xué)效果。

一、自制教具的原則

自制教具要為課堂教學(xué)服務(wù)，故而要遵循一定的原則：（1）教學(xué)性：圍繞教學(xué)核心任務(wù)，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，解決思維難點(diǎn)，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。（2）科學(xué)性：物理是一門理性學(xué)科，制作教具要有理論基礎(chǔ)，不能有科學(xué)性錯(cuò)誤。（3）簡潔美：教具結(jié)構(gòu)合理，制作簡單，演示操作簡便。（4）個(gè)性化：通過特殊手段揭示物理核心知識、原理，使抽象原理形象化，如“可視化”“放大化”“形象化”等。（5）安全性：有的材料比較危險(xiǎn)，不能直接作為教具材料，比如，放射性材料、水銀等。如何圍繞核心任務(wù)彰顯自制教具的“個(gè)性化”？下面以制作“超級滑動(dòng)變阻器”和“超級馬蹄形磁體”為例，談?wù)劷叹叩闹谱髋c應(yīng)用。

二、自制“超級滑動(dòng)變阻器”，讓思維“可視化”

《滑動(dòng)變阻器》教學(xué)的核心任務(wù)是讓學(xué)生理解滑動(dòng)變阻器的原理——改變接入電路中電阻線的長度，進(jìn)而改變電阻。其概念的關(guān)鍵及思維難點(diǎn)是：滑動(dòng)變阻器的哪段電阻線是接入電路中的電阻線？為此用發(fā)光的LED燈帶繞制“超級滑動(dòng)變阻器”，讓“接入電路中的電阻線”發(fā)光，增加視覺體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生抽象思維的發(fā)展。

材料：長約60厘米、直徑11厘米的絕緣體PVC管、直徑約1 cm 的304不銹鋼管、額定電壓12 V的10米LED燈帶、12 V可充電電源、子母線接頭、開關(guān)、不銹鋼支架2個(gè)、不銹鋼滑片P、螺絲螺帽若干。

（一）教具制作

1. PVC管處理：在絕緣體PVC管的兩端用鋸子開兩條寬約0.6 cm、長約5 cm的槽。兩槽幾乎在同一直徑上（如圖1）。作用是當(dāng)燈帶繞制在PVC管上后，燈帶兩端各自的母線接頭卡在槽中，便于實(shí)驗(yàn)時(shí)接線。

2.定制支架：支架要到鋁合金制作店私人定制。支架間的大圈是固定PVC管的，直徑大約11.5厘米。上面小孔是穿金屬棒的，直徑大約1.2厘米（如圖2）。然后將PVC管穿入大圈中選擇對應(yīng)的位置鉆孔，便于用螺絲把PVC管固定在支架上。

3.滑片P的制作：也要私人定制（如圖3）。上端小孔是穿金屬棒的，故而直徑比金屬棒略大即可。兩邊要用有彈性的略帶弧形的薄鋼片作為滑片P，便于和燈帶上的金屬觸點(diǎn)接觸。

4. LED燈帶的處理：用LED燈帶繞在PVC管模擬電阻線，讓學(xué)生能夠直觀地看到接入電路中的電阻線。LED燈帶的特點(diǎn)是有固定的正負(fù)極接線，接反了是不發(fā)光的，并且燈和燈之間是并聯(lián)的，只要接上電源，整條燈帶全部發(fā)光（如圖4）。這不是我們想要的效果，我們想要的效果是滑片P滑到某處時(shí)，只有部分LED燈接入電路，并且發(fā)光，另外部分LED燈是不發(fā)光的，只有這樣才能讓學(xué)生理解“哪一段才是接入電路中的電阻線”。

需要在燈帶的負(fù)極線路的中間某處用剪刀剪斷導(dǎo)線（如圖5）。在對應(yīng)的正極線路處用電烙鐵焊上較大的銅塊與滑片P接觸端，并在A和B兩端接上母接線柱便于接線。

然后測試，把燈帶A端接電源負(fù)極，銅塊接電源正極（如圖6）。如果燈左段部分發(fā)光，而右段部分不發(fā)光，說明改接成功。還可以把B端接入電源負(fù)極，將會看到右段部分發(fā)光。

5.繞制：要求繞制完成后滑片P與燈帶上的金屬塊觸點(diǎn)能夠相互接觸?？深A(yù)先把滑片P穿入金屬棒并安裝在支架上，找到P與管接觸的位置并做好記號，繞制的時(shí)候要讓燈帶上的金屬塊觸點(diǎn)剛好在此處，以保證滑片P與燈帶上的金屬觸點(diǎn)接觸。把改裝好的LED燈帶繞在PVC管上，圈與圈之間的距離均勻，最后把兩端的母接線卡在PVC管兩頭的槽中（如圖7）。

（二）教學(xué)應(yīng)用

如何讓學(xué)生理解滑動(dòng)變阻器的原理？主要是理解“哪段電阻線才是接入電路中的電阻線”，使物理觀念由“書本知識”轉(zhuǎn)變成“個(gè)人知識”，并能自覺運(yùn)用知識解決實(shí)際問題，形成物理觀念。

思維難點(diǎn)一：當(dāng)接上AP接線柱時(shí)，接入電路的電阻線是AP段嗎？

演示一：當(dāng)接入AP接線柱時(shí)，發(fā)現(xiàn)AP段LED燈帶發(fā)光（如圖8），以“可視化”效果證明接入的電阻線確實(shí)是AP段。

思維難點(diǎn)二：電阻線是一圈一圈地緊密繞制的，電流會不會直接從A流到B？是否真的是一圈一圈流經(jīng)很長的電阻線呢？

演示二：拆卸一端的支架，取出A端的接線柱，然后把LED燈一圈一圈地拉出來。此時(shí)學(xué)生看到電流流經(jīng)的電阻線真的是那么長。

在思維難點(diǎn)上搭建必要的階梯，積累大量的感性認(rèn)識，促使學(xué)生的形象思維向抽象思維過渡。

三、自制“超級馬蹄形磁體”，讓磁感線“可視化”

《電磁感應(yīng)現(xiàn)象》核心知識是通過實(shí)驗(yàn)，探究導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，其思維難點(diǎn)是“理解怎樣的運(yùn)動(dòng)才是切割磁感線運(yùn)動(dòng)”，為此制作“超級馬蹄形磁體”，用激光筆的激光模擬磁感線（如圖10），增加“切割磁感線”的視覺體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生深度思維的發(fā)展。

材料：兩塊強(qiáng)磁體、六支激光筆和分光器、噴霧器、兩片U形塑料板、若干小隔板。

（一）教具制作

1.框架的制作：按照要求設(shè)計(jì)馬蹄形磁體框架圖，比如“馬蹄形”總長50 cm，寬35 cm，U形兩邊的寬度約10 cm，同時(shí)設(shè)計(jì)一些長約8 cm，寬約2 cm的隔片（可到塑料電子切割制作店定制），然后把兩個(gè)U形塑料片合成馬蹄形磁體框架，中間用塑料膠水粘住隔片，注意隔片的位置要和后面的激光筆、強(qiáng)磁體和噴霧器的位置對應(yīng)，這樣厚度約8 cm的磁體框架就完成了。

2.強(qiáng)磁體的安裝：強(qiáng)磁磁性很強(qiáng)，使用時(shí)要小心，防止由于強(qiáng)力吸引產(chǎn)生撞擊，導(dǎo)致強(qiáng)磁體被撞斷。要先判斷異名磁極，然后固定在對應(yīng)的隔片上，注意在安裝的時(shí)候?qū)蓸O對應(yīng)朝內(nèi)，以保證“超級馬蹄形磁體”一端是“N”極，另一端是“S”極。

3.激光筆的安裝：購買帶有分光器的激光筆，但是要拔去里面的分光玻璃柱，因?yàn)椴恍枰止?，只需激光模擬磁感線。把分光器均勻粘在塑料片上，然后穿入激光筆（如圖11），可看到6束平行激光射出即可，最后用隔片設(shè)計(jì)制作卡槽，把激光板插入卡槽中（如圖12），激光筆安裝完成。

4.噴霧器的安裝：在磁體框架的適當(dāng)位置用隔片粘制噴霧器框架，使噴霧器的噴嘴在上，并且與磁感線上端接近，這樣噴霧的時(shí)候霧水由于重力向下飄，正好能夠顯示所有激光的路徑（如圖13）。

《電磁感應(yīng)》教學(xué)的目的不是讓學(xué)生記住產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，而是要讓學(xué)生理解“怎樣的運(yùn)動(dòng)才是切割磁感線運(yùn)動(dòng)”，通過制作“超級馬蹄形磁體”教具，讓磁感線“可視化”，為學(xué)生搭建思維的階梯。

（二）教學(xué)應(yīng)用

演示：連接電路，閉合開關(guān)，打開激光筆，用激光模擬磁感線，然后讓閉合回路的部分導(dǎo)體在磁場中做左右、上下和前后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)（切割激光），發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了感應(yīng)電流。強(qiáng)化學(xué)生對切割磁感線運(yùn)動(dòng)的體驗(yàn)，幫助學(xué)生理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件——導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。

連接學(xué)生思維“痛點(diǎn)”，完成概念的建立，并不是要讓學(xué)生重走科學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的每一步，而是引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問題，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)規(guī)律的關(guān)鍵步子，所以教具模型不一定就是真實(shí)的物理教具，比如：“超級滑動(dòng)變阻器”其實(shí)不是真實(shí)的滑動(dòng)變阻器，但是它可以幫助學(xué)生理解“滑動(dòng)變阻器原理”。“超級馬蹄形磁體”中激光筆也不是真實(shí)的磁感線，但是它可以幫助學(xué)生理解“怎樣的運(yùn)動(dòng)才是切割磁感線運(yùn)動(dòng)”，從而鍛煉學(xué)生的深度思維。自制并合理利用“有個(gè)性”的教具，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。

（責(zé)任編輯 易志毅）