創新型走馬燈的設計與實現

魏司琪 馬川月 姜成果 李艷梅 宋羽洹

摘? ?要：走馬燈在我國古代很受人們歡迎，特別是在春節、元宵節等重要節日里，在房屋外邊和城市的街道上都能看到。在古代走馬燈的基礎上，增添了磁場、線圈、小燈泡等部件，設計制作了創新型走馬燈，在制作過程中，注重培養學生的觀察能力、動手能力、協調能力、發現問題能力、分析問題能力、解決問題能力和創新能力。在走馬燈周圍裝飾上古代經典故事、美麗傳說和物理學家的精彩實驗圖案，激發學生想象力，喚起學生的情感意識和價值取向。這種實驗教學模式打破了傳統物理實驗教學由教師主宰課堂，學生按部就班操作的教學模式，在物理實驗教學中取得了較好的效果。

關鍵詞：創新型? 走馬燈? 綜合實驗能力

日常生活中有許許多多有趣的科學實驗，不斷豐富著人們的生活，引發人們的無限想象，喚起人們的情感意識，激勵人們不斷進取。例如早在北宋時期，祖先們就制作了走馬燈，在中秋節、春節和元宵節等重大節日中懸掛在房室外邊或城市的主要街道上，以渲染著節日氣氛。在走馬燈轉動裝置上裝飾上古代經典故事、美麗傳說和科學家的精彩實驗圖案，傳播著古代文化，激發人們的想象力，催人奮進，喚起人們的情感意識和價值取向，所以走馬燈是古代重大節日里最具代表性的燈具之一。

1? 創新型走馬燈的內涵

古代的走馬燈如圖1所示，由用白紙或彩紙糊裱上的木制或竹制框架、點燃的熱源、紙剪的各種姿態的馬、轉軸和葉片等構成的。將上述這些部件有機地、合理地組合起來就是我們常見古代走馬燈。

創新型走馬燈是在古代的走馬燈基礎上構建起來的。從原理上增添磁場和電場，從理念上在走馬燈轉動裝飾上增添了中國的一些古代經典故事、古代物理學家的著名的物理實驗等等，從結構上增添了磁鐵、線圈和燈泡等等，將這些增添部件有機地、合理地添加到古代的走馬燈上就構成了創新型走馬燈[1-2]。

2? 創新型走馬燈的結構

創新型走馬燈是由燃燒室、高溫熱源、轉軸、葉片、線圈、磁鐵、轉動裝飾（轉筒）、彩色小燈泡等構成的。

3? 創新型走馬燈的工作原理

燃料在燃燒室內燃燒，使燃燒室內空氣加熱，熱空氣膨脹向上流動吹到葉片上，帶動轉軸轉動，轉軸轉動帶動轉筒上裝飾物（走馬、中國傳統故事、戰爭中的英雄人物、物理學家的著名物理實驗等）轉動。依據法拉第電磁感應定律E=或E=，在葉片上布置好用漆包線制成的相應匝數的線圈，在線圈兩端接上彩色小燈泡，在線圈的上下表面加上強磁鐵，使磁力線垂直穿過線圈，隨著葉片的轉動使線圈內的磁通量發生變化，從而在線圈內產生電流，使小燈泡發光。在框架的玻璃紙上用黑色筆畫出多條細小的陜縫，光通過挾縫會產生干涉和衍射現象。

4? 走馬燈的制作與探究

4.1 熱源和燃燒室框架的制作

如圖2所示，找些重量較輕的木方或鋁合金長條，釘成或粘成長為42cm，寬為42cm，高為50cm的四方體，在下方底座對角線上對稱放置8支蠟燭，底座中間放一個小玻璃瓶或其他較光滑的東西，轉軸放在上面容易旋轉。框架四周貼上玻璃紙。上方（頂座）拴一根繩子可提、可掛。頂座對角線的交點上打孔，轉軸的一端穿過此孔，一端落在底座較光滑的東西上，這樣一個燃燒室就做成了[3-4]。

4.2 轉子和轉軸的制作

如圖3所示，找一塊較輕稍硬的紙板，裁出一個直徑為40cm的圓，圓心處留一個可供一根長硬塑桿穿過的孔，將圓周分為16等份，每等份圓心角為22.5°。并畫線做上記號，然后用刀沿線切出對稱的8個小口，并向外稍微析出，熱空氣就從此通過。在轉子上對稱分布三個多匝數的線圈，分別連接著不同顏色的小燈泡，線圈正下方安裝著強磁鐵[5-6]。

4.3 轉筒的制作

用材質比較輕而結實的紙，做成圓筒，和轉輪完好粘貼。在轉筒上裝飾上彩色走馬、我國古代的經典故事、物理學家的著名實驗、民族英雄人物、古代傳說等內容[7]。

將熱源、燃燒室、轉子、轉軸、轉筒等合理地組裝起來，就構成了創新型走馬燈。

5? 用途

5.1 做成玩具，激發孩子的好奇心

創新型走馬燈制作完成后，轉筒上各式各樣的圖案，不同顏色的效果，轉子上不同顏色的光源，框架玻璃紙上做成的陜縫引起的干涉和衍射現象，可以激起小孩子的好奇心，吸引小孩子的興趣，同時也起到了早教的作用，鑿壁偷光告訴小朋友們貧寒可以勵志，艱苦的生活可以鍛煉人的毅力和勇氣，只有奮發圖強，才能使人登上成功之巔;民族英雄黃繼光的故事展現了高度的愛國主義精神，告訴小朋友們應該努力學習，不斷提高自身素養，將來成為對國家有用的人才，使祖國更加繁榮富強，為祖國添磚加瓦;物理學家牛頓的故事告訴我們在生活中要做到細心觀察，善于思考，勇于發現問題，勇于實踐[8]。

5.2 作為課堂實驗，培養學生的創新能力

將創新型走馬燈制作作為物理實驗，能夠收到非常好的教學效果。創新型走馬燈的各個部分均可拆卸，學生們在課堂上可以自行組裝，為教師講解新課標中各種能量相互轉化的課程起到了很好的輔助作用，便于學生觀察實驗現象與理解本節課程內容。同時也鍛煉了學生的觀察能力、動手能力、實際操作能力、分析問題等能力[9]。通過對走馬燈各個部分的組裝，可以培養學生的發散性思維，學生親力親為，聯系生活實際，這種實驗教學模式打破了傳統物理實驗教學由教師主宰課堂，學生按部就班操作的教學模式，很好地體現了教師主導、學生主體的雙主教學模式[10]。

5.3 渲染節日氣氛，喚醒人們的情感意識和價值取向

創新型走馬燈制作完成后，在中秋節、春節和元宵節等節日中掛在房室外邊或城市的主要街道上，渲染著節日氣氛，為佳節昔日增光添彩。在走馬燈轉動裝置上裝飾古代經典故事、美麗傳說和科學家的精彩實驗圖案，傳播著古代文化，激發人們的想象力，喚起人們的情感意識和價值取向。

6? 結語

傳統與現代，經典與時尚相融合，充分理解古典的美學精華，賦予作品以獨特而又大氣統一的風格。方便人類生活同時重溫經典故事，積極發揚中華民族優秀傳統文化。

在走馬燈的制作過程中，培養學生的觀察能力、想象能力、發現問題能力、分析問題能力和解決問題的能力，有利于激發學生的創新思維，同時提高了學生學習物理的興趣。加強了學生的科學探究能力，自主學習能力，團隊協作能力等綜合能力。激發學生的學習熱情，引導學生從生活實際出發，善于留心生活中各種各樣的物理現象，學會觀察、探究、分析歸納和應用，同時強調了學生物理實驗的參與性和主動性，在學生掌握一般原理的基礎上進行實驗的創新，進行團隊合作，有利于培養學生的群體意識，形成強大的凝聚力，讓學生真正體會到自己不是單獨奮斗的個體，而是團隊中的一員。讓學生注重團隊合作，認真汲取每個人的意見，并且學會妥善處理與小組成員之間的沖突，尊重信任自己的伙伴，積極有效地進行溝通并交換彼此的意見和建議，彼此相互配合向組織的目標靠攏，不要一味強調自己的觀點并勇于接受完成自己在團隊中的任務，承擔自己的責任，努力提升團隊的凝聚力和創造力。

參考文獻

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[10]郭天太，趙軍，孔明，等.以實物制作為手段培養工科學生綜合實踐能力[J].實驗室研究與探索，2016，35（4）：198-200.