利用自制教具助力初中物理有效教學

(甘肅省張掖市高臺縣城關初級中學，甘肅 張掖 734300)

1 引言

《義務教育物理課程標準(2011年版)》指出:“科學探究既是學生的學習目標,又是重要的教學方式”。為了體現這一理念,現行初中物理教材增加了實驗的數量,尤其側重學生的實驗活動。要滿足這種需要,達成有效教學的目標,僅靠現有儀器往往是不夠的,改進實驗方法,研發自制教具,成了提升物理課堂教學有效性的重要措施。筆者結合具體案例，介紹利用自制教具促進初中物理有效教學的做法和體會,與同行分享。

2 自制教具在光學教學中的應用

在“光現象”的教學中,光源的性能直接影響實驗教學的效果。有一種高亮度激光筆可以作為理想的實驗光源,但不足的是：一般情況下我們只能看到一個亮斑,很難觀察到它的傳播路徑。受到光的色散實驗的啟發,筆者制作了“多功能組合實驗光源”，可清晰地顯示出光的傳播路徑。

2.1 制作方法

(1) 制作開關控制器。為了使紅、綠兩支激光筆同時發光,需要給筆桿套上略粗的塑料管,通過滑動塑料管可以控制開關。

(2) 制作擴束器。截取能緊套在筆桿上且長約3cm的PVC管一段,再截取2cm長的細玻璃棒一段,將其橫著插入PVC管的一端,就成了一個擴束器,給每支激光筆的前端套上擴束器,可以射出明亮的線條。

圖1

(3) 組裝成型。利用2mm厚的鐵條制作一個“丁”字形的手柄,將手柄和兩支激光筆組合起來,就做成了“多功能組合實驗光源”(如圖1)。

2.2 實際應用

(1) 演示鏡面反射和漫反射

鏡面反射和漫反射一般用光具盤來演示,但組裝麻煩且可見度不高,而利用該教具可以獲得理想的實驗效果。將一塊平面鏡和一塊凹凸不平的漫反射鏡同時吸附在黑板上,然后用該教具射出的平行光束分別照射它們,便得到了如圖2和圖3所示的實驗效果。有了這樣的實驗現象,兩種反射變得直觀形象,為形成概念奠定了基礎。

圖2

圖3

(2) 演示凸透鏡和凹透鏡對光線的作用

凸透鏡和凹透鏡對光線的作用,是初中物理教學的重點,做好相關實驗對學生能力的形成至關重要。將一塊凸透鏡和一塊凹透鏡同時吸附在黑板上,當分別用平行光束照射它們時,凸透鏡的會聚作用(如圖4)和凹透鏡的發散作用(如圖5)清晰可見。直觀的實驗現象激發了學生的學習興趣,給學生留下了深刻的印象,在此基礎上組織學生進行作圖訓練,與以往相比作圖的效率和正確率明顯提高。

圖4

圖5

利用“多功能組合實驗光源”進行教學,無論教師演示,還是學生探究,都能產生便捷高效、直觀形象的實驗效果,大大提高了課堂教學的有效性。

3 自制教具在力學教學中的應用

“浮力的產生原因”是“浮力”教學的難點,北師大版教材設計了如圖6所示的實驗。顯然,該實驗需要一種專門的裝置：雙膜探頭,可是一般的實驗室很少有這種裝置,教師只能靠動畫模擬或間接實驗來代替,真實性和說服力欠缺,從而影響教學效果,為此筆者自制了“浮力產生原因說明器”。

圖6

圖7

3.1 制作方法

(1) 制作探頭。購買一只橫截面較大的透明牙簽盒,取掉底和蓋,在側面打一個排氣孔,給兩端蒙上彈性良好的橡皮膜。

(2) 加裝排氣管。找一段20cm長的輸液管,將一端插入排氣孔并用膠粘接密封。

(3) 制作固定圈。從硬質易拉罐上裁剪寬為1.5cm的一段鐵皮,長度比牙簽盒圓周多出3cm,分別給兩端打上螺孔。接著,制作手柄。從裝修廢料中尋找20cm×1.5cm的鋁塑板兩條,用膠水粘合在一起,在一端打上螺孔。

(4) 組裝成型。利用固定圈將探頭和手柄組合在一起,螺桿松緊適度,能讓手柄旋轉90度,并把排氣管和手柄捆扎在一起。這樣,“浮力產生原因說明器”就做好了(如圖7)。

3.2 實際應用

學生實驗時,在方形水槽內裝上10cm深的水。如果將探頭調至與手柄垂直,將探頭水平放入水中較深的位置,則發現探頭兩端橡皮膜的凹陷程度相同(如圖8甲),即左、右表面所受壓力大小相同；如果將探頭調至與手柄平行,將探頭豎直放入水中較深的位置,則發現探頭兩端橡皮膜的凹陷程度不同(如圖8乙),即下表面所受的壓力大于上表面所受的壓力,這兩個力的合力產生了浮力。在該實驗中,由于實驗現象直觀明顯,所以只要教師稍作引導,學生就容易明白其中道理。

圖8

運用“浮力產生原因說明器”進行實驗,操作方便、現象直觀,對所研究的問題有較好的說服力,學生通過體驗感知,能輕松理解浮力產生的原因,提升了課堂教學的有效性。

4 自制教具在電學教學中的應用

在“不同物質的導電性能”一課的教學中,講到“人體、大地”是導體,但這些材料屬于弱導電性物質,靠常規儀器難以完成實驗,為此筆者制作了“物質導電性能實驗器”。

4.1 制作方法

(1) 設計電路。基于人體微弱導電、LED工作電流小和三極管具有放大功能等特點,筆者設計了如圖9所示的電路。

圖9

(2) 制作盒體。利用較粗的PVC管和高分子板等材料制作圓盒，在盒體側面

裝上螺桿作為電極。

(3) 組裝成型。在盒蓋中央打孔且裝上LED燈,根據電路圖將有關元件連接成電路并裝入盒中,蓋上盒底封閉內部電路。這樣,就做成了“物質導電性能實驗器”(如圖10)。

圖10

圖11

4.2 實際應用

找一塊手機電池,在正、負極分別焊接引線,并接于該裝置的電源端。然后,給另外兩個接線柱分別接上帶鱷魚夾的導線,以備接入待測物質。

(1) 若要探究常見普通材料的導電性能,只需要將實驗材料接在兩只鱷魚夾之間。例如,接入鐵絲時,LED發光,而接入塑料時,LED不發光,導體和絕緣體得到了明顯區分。

(2) 若要探究人體的導電性能,只需要用兩手抓住鱷魚夾即可,每當看到LED發光,學生便發出來“哇——”的贊嘆聲,體驗著成功的喜悅！若要探究大地的導電性能,可將飲料瓶剪去一半且裝上泥土,即代表大地,插入兩段金屬桿作為電極,當分別給兩個電極夾上鱷魚夾時,看到LED發光,說明大地是導體(如圖11)。

該裝置不僅能研究普通材料的導電性能,而且能有效解決用弱導電性物質難以實驗的問題,變演示為分組,給學生提供了更多體驗感知的機會,激發了興趣,教學的有效性大大增強。

5 結語

自制教具是對實驗教學的創新,將其運用于課堂教學,不僅能激發學生的學習興趣,還有利于增強物理教學的有效性。