例談自制實驗器材應注意的問題

范登河

實驗在物理教學中發揮著獨特的作用.為了搞好實驗教學，許多教師聯系教學實際，著力進行實驗器材的開發、設計和制做.實際上教師設計、制做實驗器材是教師發明創造的體現，是深化教學研究和開發課程資源的體現.經歷這一過程，教師在專業素養和實踐技能上都會有相應提高.如何搞好實驗器材的設計制做，更好地服務于物理教學，本文結合具體案例，談談筆者的看法.

1直觀性要強

物理現象清晰直觀是對實驗的基本要求.無論我們借助實驗闡述物理原理、物理過程，還是利用實驗突破重點、難點，或將某些抽象的問題形象化，都要求實驗所呈現的現象真實、清晰、直觀.

案例一：“豎直”、“垂直”關系演示儀

說明與分析：在講授重力的方向時，初學者往往分不清“豎直”和“垂直”，導致頭腦混亂，解答問題出錯.圖1所示的器材就是為解決這一問題而設計制做的.在兩個木板的一端安裝可轉折的裝置，上面的木板上固定一木塊.木塊上的細線即為鉛垂線，金屬棒為垂直于木板的垂線.當木板水平時，兩線重合.將楔形木塊放入兩板間，逐漸改變木板的傾斜程度，兩條線不再重合，而是彼此分開.該設計不僅演示重力的方向總是豎直向下的，而且巧妙地將“豎直”和“垂直”形象直觀地呈現出來，突出了實驗的直觀性.

2可視性要好

演示實驗要有足夠的可見度，保證全體學生都能看到.制做實驗器材時，也要充分注意到這一點.

案例二磁吸附電學元件

說明與分析選取質量上好的小燈座、開關等電學元件，將文字磁貼（圖2）剪切適當大小，用雙面膠把兩者粘在一起，元件就做好了.這些元件可以被吸附在鐵制黑板上，可任意擺放，自由移動，隨意組合.經筆者試驗，電池盒（連同電池）、定值電阻、電流表、電壓表、滑動變阻器（J2354型）均可實現磁吸附.利用上述元件可以完成“組成串、并電路”、“探究通過導體的電流與導體兩端電壓、導體的電阻的關系”、“測量小燈泡的電功率”等電學實驗.

能夠在黑板上做實驗，這樣多方便.隨著鐵制黑板的普及，多數學校都可以實現這一做法.方便、靈活自不必說，重要的是在黑板上做實驗大大提高了實驗的可見度.

3結構要簡單

初中的實驗器材，結構越簡單越好.麥克斯韋曾說“演示實驗的教育價值常常與儀器的復雜程度成反比”.自制的實驗器材要力戒復雜，能簡單，則簡單.

案例三電磁繼電器

說明與分析：目前教師演示多用J2413-A型電磁繼電器.該繼電器從產品性能角度講無可挑剔，但對于初中學生來說，結構就顯得復雜.較多的彈簧片、較多的觸點，讓學生看得眼花繚亂.盡管設計上采用了開放式的結構，但學生還是難以一看就懂的.圖3是利用廢舊材料制成的繼電器，部件少，觸點間距寬，元件分布面積大.此設計不僅保證了觸點動作穩定可靠，而且結構簡單明了、工作過程清晰可見.

4操作要方便

操作簡捷、方便是對自制實驗裝置的又一項要求，如果實驗器材在使用過程中需要顧及的因素過多，無疑對實驗的效果產生影響.

案例四： 滑輪演示板

說明與分析： 測量重物移動的距離與繩子自由端移動的距離，這在講授滑輪、滑輪組以及測量滑輪組的機械效率中都要涉及到.通常這樣的實驗我們是使用鐵架臺、刻度尺來進行的.但這樣的實驗存在明顯的弊端：一是重物和繩自由端的初始位置、終止位置無法標記；二是重物移動的距離和自由端移動的距離難以準確測量.這給師生的操作帶來難度，如果學生實驗技能弱，就有完不成實驗的可能.如圖4所示的示教板有效地克服了這兩個弊端，一組平行線作為“參照物”，可標記重物和繩自由端的位置；板上標注的刻度相當于刻度尺，重物和繩自由端移動的距離可以在板上直接讀出.使用時向上提重物就可以了，極大地方便了實驗的操作.

5設計要新穎

一件好的實驗器材一定集實用性、科學性于一體，蘊涵著想像力和創造力. 我們講究設計新穎就是要在堅持簡單、實用原則的基礎上，力求有所突破、有所創新. 這是因為獨特的創意、巧妙的設計會使實驗器材的結構和工作過程更加科學合理，性能得到優化，實驗的效果得到增強. 同時也會使“作品”好用、好看、好玩，凸顯科技美. 查閱相關資料，我們看到好多教師研制的實驗器材既傳承了傳統實驗的優點又極富時代氣息，有的還將傳感器和數據處理系統結合起來，把實驗器材的研制推向更高的層次.

案例五： 小小火力發電機

說明與分析如圖5是一名教師在參加全國優質課競賽時設計制做的徽型火力發電機.該實驗裝置由熱機和發電機兩部分構成，熱源來自于酒精燈，產生的電流由發光二極管顯示.該設計的新穎之處集中在熱機部分：材料使用了常見的大試管、注射器、玩具轉輪，讓人感覺到科學就在身邊；結構簡單、緊湊，組合巧妙，較少部件的簡單組合，就把熱機的原理及工作的過程清晰準確地展現出來；熱機的工作物質不是蒸氣、不是燃氣，而是使用了空氣，這就大大減化了設計，降低了器材的復雜程度.該器材性能優良、制做精細，設計獨具匠心，可謂自制器材中的上品.