物理教學中自制教具的作用

曾建斌

摘 要 物理是自然科學的重要分支，物理由理論和實驗組成。實驗是認識世界的重要活動。自制教具是學生實驗的組成部分，可以鞏固知識，培養興趣。

關鍵詞 物理 自制教具

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A

教具是物理實驗的工具。這些教具分為兩個類型。一類是專為證明課本某個原理而制作的，另一類是將所學理論開發出某種產品。無論這種產品是否過時，是否適用，這并不重要。重要是通過自制教具，體驗運用某種原理進行產品開放的創造過程。體驗其發明家們的探索精神。

例一，學習了液體加熱變成汽體的知識，運用于生產如蒸氣機的發明。遵循這一啟示，可以制作類似的產品，以培養學生的創造精神，如有位學習制作了蒸汽船。先用厚紙板制作一艘船，在船上安裝一個鋁皮制的密閉容器。接一根小鐵管通到船的尾部沒入水中。密閉容器下面放一盞油燈。點燃油燈，加熱容器里的水，水變成了蒸氣，順著鐵管由尾部排出，由汽體沖擊水的反作用力推動船前進。雖然蒸氣機不是這樣的，是推動密閉氣缸里的活塞做功，帶著機器輪轉動，機器輪帶動工作輪轉動工作。但這位學生的制作也算是利用蒸汽在做功。說明學生懂得了蒸汽做功的根本原理（是汽體的沖擊力）。有了這種創造精神，將來就可能發明有適用價值的產品，而且每個產品都是雛形不斷實驗改進而完善的。學生在制作教具的過程中，只要有所體驗就是收獲。

例二，“山澗發電站”示意裝置。在一個斜面上釘上兩根木條，形成一道山間水槽。表示將山澗常年流水集于所修的水槽之中，用作驅動發電機的動力。再制作一個木頭葉輪，葉輪的制作又是培養動腦動手的能力。動腦要去觀察實際的水輪機。然后進行仿制。由于所制教具只有一尺多長，制作就是細致工作。制作過程要涉及到工具，如鑿子、铇子、尺子、鉆子、鋸子。由于制作這件教具是一個任務，也是一件作品，胸中有了一個目標，就有一定要做成功的信心。這其中所運用的數學（計算），物理學（力學）。葉輪安裝在水槽之上，葉輪外又有一個輪子。輪子也帶動發電機轉動。安裝好后，只有從水槽上方接上水源如自來水，水沖擊葉輪轉動，葉輪轉動又帶動發電機轉動。這樣就能發電了。雖然這是原始的工作原理（現代實際的水力發電，對水的利用，使用的水輪機都是現代化了的），但就是這種原始的工作原理體現了對水力利用的基本原理。

例三，孔明燈的制作。孔明燈，每逢過年，超市里有的賣。只要20元錢就可以買一個，按照操作程序，點燃下面的燃具，張開上面的空間，里面的空氣烤熱了，孔明燈就升上天空了。但看來簡單的東西，由學生自己制作，就要遇到不少的問題。就是由老師制作也不是輕易能完成。因為要涉及到紙質、空間大小，燃具大小，裝置等。紙質要靭而輕，燃具的燃料所能發出的熱能的多少及能持續的時間，紙應剪成什么形狀，怎樣粘接，這些都是要遇到的問題，制好后，還要進行實驗，能否升入空中。孔明燈所證明的原理是空氣的熱脹冷縮。空氣受熱（火烤）膨脹，密度變小，比重變小而上升，這樣就把孔明燈帶上天空了。證明了空氣的熱脹上升，可以解釋很多自然現象。如風的形成，一處的熱空氣上升，周圍的冷空氣流來填補就形成了風等等。孔明燈的制作涉及到對各種力的考慮，如紙質厚重就會增加熱空氣上升的承重，不易升起來，空間過小，熱空氣的上浮力不足以提升孔明燈的重量。燃具小，火力不強，不足以烤熱空氣。燃料不足，不能在空中持續進行。這個過程也讓學生體驗到，發現了一種原理，要開發成產品，要經歷不短的過程，并非有了正確的原理，就能在新產品運用上一次成功。而是要不斷試驗不斷改進才能進入市場。愛迪生發明電燈泡，為了尋找耐燒的烏絲，經歷了上千次失敗才成功的。

例四，舌簧喇叭的教具制作。無論現代化高科技的喇叭是用怎樣的材料，用怎樣的結構方式，但其基本原理都是振動發聲。振動發聲在生活中常見的物體很多，如鑼鼓、盆瓢，各種樂器（管弦、打擊樂器），以及任何的物體只要敲擊振動就能發出聲音。這些用不著進行教具制作。但那些發音原理較隱蔽的就能引起學生的好奇心與探索欲。如舌簧喇叭就是其中之一。舌簧喇叭的制作要涉及的知識有電學中的電磁鐵，有振動發聲的共鳴箱及振動片。（1）電磁鐵的制作可以因 陋就簡，就地取材。如一顆鐵釘，兩尺漆包銅導線就可以繞成簡易電磁鐵。安裝在一個框架內，再制一個喇叭形的振動共鳴器（用富于韌性與彈性的高質紙制作），共鳴器的外部中心粘貼一個簿鐵圓片，大約一顆小扭扣大。把它安裝在挨著電磁鐵一端（有一絲縫隙，距離大了，磁力作用不強，完全挨著電磁鐵則沒有振動的空間余地）。這樣，將電磁鐵的兩個電極（正負極）接出兩根導淺，連接在一個坐機電話的送話器上。一人對著送話器說話，不同頻律的聲音振動送話器上的磁片，形成相同聲音頻律的電流傳到舌簧喇叭上。舌簧喇叭的電磁鐵的磁場發生相同頻律的變化。電磁鐵對共鳴器底部的簿鐵片的引力也發生相同頻律的變化。簿鐵片發生同頻律的振動牽動共鳴器也發生同頻律的振動。這時就能聽見與另一端說話的同樣的聲音。這個教具證明的原理有兩點：一是電磁鐵的原理，它的磁力大小隨電流強弱的變化而變化。電流的強弱又與聲音的振動大小有關。二是聲音由振動頻律相同，所以喇叭發出的聲音就與送話器那端說話的聲音相同。三是證明振動發聲的大小又與振動的幅度大小有關。

總之，通過教具的制作，能鍛煉學生的動手能力，鞏固知識的能力，體驗科學發明的過程，培養學習興趣和創造精神。