自制教具在高中物理演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用探討

徐志闊

摘 ?要 演示實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中占據(jù)重要地位，其教學(xué)的特殊性尤為突出，可以有效幫助學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，提高動(dòng)手操作能力。基于此，以高中物理演示實(shí)驗(yàn)中的自制教具作為研究對(duì)象，分析演示實(shí)驗(yàn)中教師自制教具的特點(diǎn)，分別從仿制法、改造法以及組合法等角度闡述自制教具在演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞 高中物理;自制教具;演示實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）17-0116-02

1 前言

高中教學(xué)改革不斷推進(jìn)，自制教具與演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，符合教學(xué)改革的要求，滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的趣味需求。自制教具可以提高學(xué)生對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的興趣度，提升學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，幫助學(xué)生補(bǔ)充物理實(shí)驗(yàn)資源，提高高中物理教學(xué)的有效性。

2 高中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論闡述

高中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要有三種形式：

1）以教師作為課堂的主體，在與學(xué)生互動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示;

2）以學(xué)生作為課堂主體，教師引導(dǎo)學(xué)生分組展開實(shí)驗(yàn);

3）學(xué)生與教師前往室外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

演示實(shí)驗(yàn)是學(xué)生和教師當(dāng)前最喜愛的教學(xué)方式，學(xué)生認(rèn)為這樣可以充分發(fā)揮想象力，通過自己動(dòng)手操作加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。目前，教師進(jìn)行物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要有兩種類型[1]：

1）操作型演示實(shí)驗(yàn)，即教師使用實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，自己制作模型，或者使用生活中常見的物品為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作;

2）模擬型演示實(shí)驗(yàn)，即教師使用多媒體設(shè)備，以視頻、音頻等多媒體技術(shù)作為教學(xué)實(shí)踐載體，讓學(xué)生直觀觀看實(shí)驗(yàn)效果。

3 高中物理演示實(shí)驗(yàn)中自制教具的特點(diǎn)

在高中物理演示實(shí)驗(yàn)中，使用自制教具除了具有趣味性與教育性特點(diǎn)以外，還具有經(jīng)濟(jì)性、靈活性、直觀性等特點(diǎn)。

經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成本低廉 ?很多物理教師選擇自制教具是因?yàn)檫@樣做經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。高中物理教學(xué)與自制教具息息相關(guān)，學(xué)生需要通過實(shí)驗(yàn)看到知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)，將其化為自己的知識(shí)儲(chǔ)備。很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不齊全，教師自制教具可以彌補(bǔ)學(xué)校設(shè)備器材的空缺。很多自制教具來源于實(shí)際生活，一些生活用品甚至是生活廢舊物品都可以被用作自制教具。通過合理地改造，這些生活材料可以變廢為寶，成為學(xué)生掌握物理知識(shí)的法寶[2]。

操作方便，使用靈活 ?實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的自制教具操作方便，使用起來十分靈活，有利于實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)效果，提高學(xué)生的參與性。教師可以根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求設(shè)計(jì)教具，引導(dǎo)學(xué)生協(xié)助完成教具的制作，這種制作方式會(huì)讓物理教學(xué)設(shè)計(jì)更加充滿樂趣。自制教具既可以方便學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又能滿足學(xué)生的實(shí)際需要。教師可以任意改造自制教具，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐尋找演示實(shí)驗(yàn)中存在的漏洞，改進(jìn)自制教具的同時(shí)提高動(dòng)手能力，發(fā)揮自制教具的最大價(jià)值。

現(xiàn)象直觀，效果明顯 ?高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，自制教具是對(duì)已有的儀器設(shè)備或前人的研究成果進(jìn)行改造。在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用自制教具，可以讓學(xué)生直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。自制教具可以按照實(shí)驗(yàn)要求將原本模糊的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具體化、形象化，幫助教師突破教學(xué)重點(diǎn)，解決物理難點(diǎn)，直觀演示物理概念。

設(shè)計(jì)科學(xué)，性能可靠 ?從另一角度來說，自制教具是高中物理演示實(shí)驗(yàn)的輔助工具，無論是教具的設(shè)計(jì)還是制作，都要堅(jiān)持教具的科學(xué)性。應(yīng)用在演示實(shí)驗(yàn)中的自制教具必須保證嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，這樣才能夠確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確，才能讓自制教具發(fā)揮實(shí)用價(jià)值。此外，自制教具必須保證使用時(shí)安全可靠，不能在應(yīng)用時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。

4 自制教具在高中物理演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)踐

仿制法 ?高中物理演示實(shí)驗(yàn)自制教具以模仿為基礎(chǔ)。教師為學(xué)生仿制教學(xué)用具，有效節(jié)省備課時(shí)間，制作起來十分方便，對(duì)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幫助較大。自制教具是教師展開物理教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，自制教具的對(duì)象由教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定，教師也可以從網(wǎng)絡(luò)中尋找自制教具的方法。通過仿制教具，教師能夠更好地體驗(yàn)自制教具的研制步驟，感受演示實(shí)驗(yàn)的各個(gè)步驟，有利于提高對(duì)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課程的認(rèn)識(shí)。仿制教具不是照搬照抄原有的物品，教師可以改造原有的設(shè)備儀器，但是不能改變它的原理。教師還可以充分利用身邊的設(shè)備與儀器，將閑置物品和廢舊物品用在高中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)原儀器設(shè)備的二次加工[3]。

某教師為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，節(jié)約資金，選擇的教具原材料都是廢棄材料，部分特殊材料是利用業(yè)余時(shí)間在二手電子市場(chǎng)低價(jià)購置。該教師用一把廢羽毛球拍、幾根鐵架等材料制成一臺(tái)電磁感應(yīng)器。這臺(tái)成本接近于零的儀器，為學(xué)生成功演示了電磁原理，實(shí)驗(yàn)的生動(dòng)逼真程度竟然超過學(xué)校配發(fā)的儀器。此外，他用一根細(xì)線、一段泡沫塑料、一枚針制作了電荷發(fā)生器，并在課堂演示實(shí)驗(yàn)中演示摩擦起電和電的基本原理，即使坐在教室后排的學(xué)生也可以看得清清楚楚。除此之外，該教師還自行設(shè)計(jì)了物理教具如電磁波發(fā)射與接收演示器、聲波雷達(dá)、脈沖高壓發(fā)生器、失重現(xiàn)象演示儀、電磁阻尼演示器、空氣對(duì)流演示器、觸電演示器等，將高中物理課堂中抽象而枯燥的知識(shí)變得生動(dòng)形象，引導(dǎo)學(xué)生清晰地看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高學(xué)習(xí)成績(jī)，鞏固理論知識(shí)。

改造法 ?物理實(shí)驗(yàn)室中已有的儀器可以呈現(xiàn)出相應(yīng)的物理現(xiàn)象，但是有的物理現(xiàn)象不易顯現(xiàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)無法對(duì)其具體分析。教師可以對(duì)這些儀器進(jìn)行科學(xué)化改造，提高儀器設(shè)備的可見度，通過加大自制教具的尺寸，將長度變化改為角度變化，也可以在儀器上安裝聲音裝置，幫助學(xué)生更加直觀地觀察實(shí)驗(yàn)效果。

某教師為了幫助學(xué)生鞏固物理平拋運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)，加深對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)的理解，使用演示實(shí)驗(yàn)和頻閃照片等方式探尋物體平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。但是這樣做，學(xué)生依舊無法直觀看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)物體平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律無法進(jìn)一步深入理解。于是，教師考慮能否制作出一個(gè)自制教具，讓該教具可以持續(xù)進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)。學(xué)生猜想到水流，讓水流在持續(xù)的前提下水平噴出，并提出問題：如何保證水流實(shí)現(xiàn)持續(xù)噴出的效果？教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，想想自己生病的時(shí)候掛點(diǎn)滴的吊瓶，里面的水滴落的速度就是均勻的，于是引出本次演示實(shí)驗(yàn)的教具。具體演示實(shí)驗(yàn)操作如下。

1）準(zhǔn)備一個(gè)儲(chǔ)水瓶，將瓶子的管口朝向調(diào)整好，把瓶口夾子取下來，讓水流可以從畫好的坐標(biāo)系O點(diǎn)噴出，學(xué)生觀察水柱水平方向噴出時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2）教師邀請(qǐng)一位學(xué)生來到講臺(tái)前描繪水柱運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)該名學(xué)生的描繪，其他人進(jìn)行記錄與分析，及時(shí)提出問題。

3）教師重新夾上夾子，對(duì)有機(jī)玻璃板上水柱平拋運(yùn)動(dòng)軌跡做出定量分析，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)軌跡現(xiàn)象得到水柱平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律情況，并在坐標(biāo)系中計(jì)算出水柱噴出的初速度。

總結(jié)本次物理演示實(shí)驗(yàn)中自制教具的功能，該教具成功解決了教材中教具的不足，利用醫(yī)院里點(diǎn)滴的原理，讓水柱噴出后水流速度不變，并形成穩(wěn)定的水柱為學(xué)生展示平拋運(yùn)動(dòng)。學(xué)生根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡將坐標(biāo)在有機(jī)玻璃板上記錄，得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且真實(shí)。有的坐標(biāo)軌跡可以與頻閃照片媲美，學(xué)生可以對(duì)記錄下來的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行探討與分析，研究物體平拋運(yùn)動(dòng)在水平或垂直方向的特點(diǎn)，最終總結(jié)出平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而提高學(xué)生解決問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考與判斷能力，進(jìn)一步養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。

組合法 ?使用組合法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，就是將各種自制教具進(jìn)行組合，根據(jù)自制教具的不同用途設(shè)計(jì)出新的自制教具。組合法的優(yōu)勢(shì)在于將自制教具的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮。教師不應(yīng)該將自制教具變得復(fù)雜化，保持演示實(shí)驗(yàn)原理的具體化、形象化，從而對(duì)高中物理演示實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生正面的影響。

某教師在進(jìn)行向心力演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，想要教授學(xué)生關(guān)于向心力與質(zhì)量、角速度與半徑的關(guān)系，但是向心力演示器屬于廠制儀器，該學(xué)校沒有配備。于是，該教師引導(dǎo)學(xué)生利用機(jī)械守恒公式，將速度大小的測(cè)量變?yōu)楦叨却笮〉臏y(cè)量。教師拿出教具，將其放在水平桌面上，對(duì)儀器調(diào)零校準(zhǔn)后提出問題：探究四個(gè)物理量之間的關(guān)系。

首先，保持?jǐn)[球質(zhì)量和擺線長度不變，將擺球移動(dòng)到高度h，擺球從靜止開始下擺，當(dāng)擺動(dòng)到最低點(diǎn)的時(shí)候，讀取測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)，也就是向心力F的大小，將最大示數(shù)記錄下來。再記錄小球的質(zhì)量m和圓周運(yùn)動(dòng)半徑r。重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)三次，改變h的大小后再重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)，并記錄測(cè)力計(jì)中的讀數(shù)。

其次，保持m和初始高度h不變，改變擺線長度，再進(jìn)行試驗(yàn)，記錄F大小。

最后，保持小球運(yùn)動(dòng)半徑r與下落初始高度h不變，改變質(zhì)量m的大小，再測(cè)量并記錄F的大小。

實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生們對(duì)F的大小進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)m與r相等時(shí)，F(xiàn)與h成正比;m與h相等時(shí)，F(xiàn)與r成反比;r與h相等時(shí)，F(xiàn)與m成正比。最終得出結(jié)論：誤差允許范圍內(nèi)，向心力大小表達(dá)式為。

5 結(jié)語

總而言之，隨著教學(xué)改革的持續(xù)推進(jìn)，學(xué)生成為高中物理教學(xué)的主體，自制教具對(duì)學(xué)生掌握物理知識(shí)具有積極作用。物理實(shí)驗(yàn)自制教具的開發(fā)和利用提高了高中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)效性，在自制教具的幫助下，提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解能力，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的溝通，營造良好的教學(xué)氛圍。

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