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、紙團等看似非常普通的物體來制作教具，向學生演示超重失重、布朗運動、自由落體等物理現象，使得物理課堂變得活潑生動。

【關鍵詞】物理教學 自制教具 演示實驗

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）05B-0136-02

高中階段的學生，其思維方式處在由感性認知向理性認知轉變的過程，在高中物理課堂上，相關知識點經過感性化的演化后，便更易于學生去接受，物理實驗的重要意義便在于此。但是，實驗教室與平時授課的教室是分開的，并且實驗課需要進行大量的課前準備。為此，在普通課堂上，物理老師可以通過自制教具的方法，讓抽象的知識在自制教具的幫助變得形象化，更方便學生理解和掌握，且培養學生的創新思維。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工具。通過使用水、氣球、花粉、墨汁、紙團等看似非常普通的物體，可向學生演示超重、失重、布朗運動、自由落體等物理現象，使得物理課堂也變得“搖曳多姿”。

一、水瓶氣球，演示超重失重

超重和失重現象是在特定的生活環境下才可能發生，并且學生對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，使其達到教學目標，那么這時，自制教具便可發揮巨大的作用。

在人教版高中物理必修1《超重與失重》一課中，詳細地講解了超重與失重的定義，但是對超重與失重的現象并未有詳細的實驗演示，只是告訴學生當物體的壓力大于物體所受重力時，其處于超重狀態；而壓力小于其重力時，物體處于失重狀態。這時老師可以借助日常生活中的常見物體：氣球和水，來設計一個演示超重與失重現象的簡易演示裝置。這樣的實驗器材非常簡單，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，在礦泉水瓶內灌入半瓶水。至此，演示實驗的準備工作結束，開始進行演示。老師手提水瓶加速上升，學生可以觀察到瓶口的氣球會突然增大，如果加速比較快的情況下，氣球還有可能發生爆裂的現象。這時，老師帶領學生去分析，在第一種情況下，水對氣球的作用力增大，具有向上的加速度，此時就是超重現象。接下來，老師手握水瓶，讓其做自由落體運動，此時學生可以看到氣球體積明顯縮小，水對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，就是失重現象。然后，分析兩種狀態下的受力情況，這樣學生便可以很好地理解超重和失重的概念。

用這個裝置來演示超重和失重現象，所用器材簡單、演示的效果明顯，學生可以非常迅速地理解超重與失重，如此簡單的演示實驗卻能提高物理課堂的效率。

二、花粉墨汁，模擬布朗運動

布朗運動指微觀粒子的無規律運動，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動的不二選擇。人教版高中物理選修1-2《第一章分子動理論 熱運動》中，小粒子之間的無規則運動稱之為布朗運動。布朗運動屬于微觀世界的現象，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，學生并沒有對布朗運動有感性的認識。因此，在課堂上老師可以使用花粉、墨汁、顯微鏡等簡易的設備來幫助學生去理解布朗運動。首先，老師將新鮮的花粉放置在顯微鏡的載玻片上，用 45×15 的高倍顯微鏡進行觀察，可以仔細地觀察到每顆花粉的藍綠色的顆粒在做無規則的運動，顆粒均勻、色澤鮮艷，這些運動就是布朗運動。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動。這樣，學生在老師安裝好的顯微鏡設備中親自觀察到布朗運動，便可以自己總結出布朗運動的規律：小粒子、無規律運動。這樣，更加容易地認識和理解布朗運動。

一瓣花瓣、一滴墨水，里面蘊藏著布朗運動的內涵。老師自制的載玻片幫助學生打開了學習微觀世界的一扇大門，讓學生在物理課堂上帶著好奇的心去了解未知的世界。

三、紙團落下，揭示自由落體

關于自由落體運動的研究，從亞里士多德到伽利略，已經展開了許多形式多樣的驗證實驗。課本上所呈現出來的驗證實驗在絕大多數的情況下學生只能當作是故事，而不能掌握其中的精髓。如果老師將歷史場景在課堂上呈現，便可以增大學生的興趣。

在人教版高中物理必修1《第二章勻變速直線運動的研究》一文中，對自由落體運動的歷史研究進程進行詳細講解，其目的是幫助學生理解和自由落體有關的各個物理量之間的關系。其實，老師用一張紙便可以向學生解釋自由落體的相關參數。這個演示實驗分為以下三個過程：

（1）石頭與紙片從同一高度靜止落下，觀察到的現象，說明什么問題？

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

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

分析問題（1），我們可以觀察到石頭比紙片下落的要快很多，這樣的結論與兩千多年前亞里士多德觀察到的現象以及結論是相同的，即物體越重，下落越快。而對于問題（2），觀察的最終結論是半張紙比一張紙下落的要快很多，在這個演示中，輕的物體下落得要快。對于問題（3），相同質量的紙，紙團比紙片下落得更快。根據這三個對比演示實驗的最終結果，學生在課堂上可以得出，自由落體下落時間與物體的重量無關，而下落快慢的區別是與空氣阻力的作用有很大的關系。

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

四、利用簡單裝置，制作測微器

學習的最終目的是為了應用。在高中物理階段，有很多的物理定律是可以應用到實際當中的。學生在運用知識的過程中，一方面可以更好地理解和掌握所學知識，另一方面可以極大地提高學生綜合分析問題的能力。

在人教版高中物理必修1學習結束時，學生已經將力學方面的知識進行了全面的掌握。這個時候，老師可以給學生提供思路，鼓勵學生去進行自我創新。其中，有同學便制作了物體微小形變演示儀，這個形變演示儀也是從老式的桿秤中得到啟發。學生利用杠桿原理，將重物懸掛在一個水平方向的橫梁上，此時橫梁發生了一個微小的形變，而這個形變用肉眼是無法觀察到的。這時可以制作測微器，借助杠桿裝置對微小的形變進行機械式的放大，將放大過后的形變傳遞給指針式儀表，這時儀表盤上的指針偏轉便是形變，而指針偏轉角度的大小是與形變的大小有關。學生有這樣的創新想法，筆者便跟他們一塊兒完成設計與制作。進行形變演示后，筆者還鼓勵學生對其進行改進，制作“二代測力計”，這樣，通過指示針的讀數，學生便可以通過讀數來知道橫梁端部重物的質量。這種鼓勵創新的課堂教具發明，不僅能更好地幫助學生掌握知識，而且能極大地激發學生學習物理的興趣，為接下來的課程學習打下了很好的基礎。

自制教具不僅能幫助老師更好地講解物理知識，而且能激發學生應用物理知識解決問題的意識，提高學生應用知識的能力，形成綜合運用知識的好習慣。

在物理課堂上充分地運用自制教具，讓學生在自制教具的指引下去更形象地理解知識，在感性認識和理性認識之間架起一道容易跨越的橋梁。這既幫助了學生，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】

[1]邱海燕.淺談自制教具與高中物理實驗教學[J].中國科技教育，2013（1）

[2]李安發.自制教育在物理教學中的有效應用[J].中學物理，2012（16）

[3]張立娜.自制教具在高中物理教學中的作用[J].中國教育技術裝備，2012（22）

（責編 盧建龍）