中学物理自制教具设计制作的研究与实践，本文主要内容关键词为：教具论文,设计制作论文,中学物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中学物理实验教学的目的，一是通过实验建立学生对课堂讲授内容的感性认识，加深对学习内容的理解和记忆，以提高教学效果；另一是开发学生智力，训练学生的实验技能，培养学生独立分析、解决问题的能力与创新的初步能力。在实验教学的改革实践中，我们体会到根据物理学科的特点，设计和制作直观具体、形象生动的教具，很好地突破教学的重、难点，从而达到从感情到理性，从具体到抽象，从简单到复杂的教学目的，是教学成败的关键，下面从几个方面阐述如何设计和制作物理教具，促进学生的学习与认识。
1 概念、规律引入的实验教具设计
爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师”，怎样使学生在学习新课之前对问题产生疑问、好奇，直至发生兴趣，激发求知欲望呢？其中一条途径就是设计趣味实验引入课题。例如在讲解压强概念之前，我们设计了这样一个实验：在一个无底无盖的木箱上面蒙一张白纸，如图1所示。纸面要张紧，将五块砖分别轻轻地平放在白纸上，观察到纸面下凹但没有破裂，若将一块砖轻轻坚直放在白纸面上，只听到“叭”的一声白纸破裂了。学生对手指一擢就破了白纸能平放五块砖感到吃惊，而对砖块的平放和竖放产生效果如此不一样更感到不可思议。在学生积极思维的基础上，教师引导学生很自然地认识了压强概念，并对压力与压强概念有了较清楚的认识。
又如在焦耳定律这一课题教学中，设计了下述实验。取150W和1000W的电炉丝各一段（长约20cm）每段上面各用凡士林粘上若干根火柴梗，并沾上一些煤油，先把它们串联后接在电源两端，如图2所示。接通电路几十秒后看到150W（电阻大的）那条电炉丝上的火柴梗掉落下来。若将它们并联起来接在电源两端，接通电路可以看到1000W （电阻小的）那条电炉丝上的火柴梗先掉下来，教师让学生观察实验现象后。讨论分析现象产生的原因。总结得出：串联电路电流相等，通电时间相同时，产生的热量与电阻大小有关，电阻越大，所产生的热量越多。并联电路，电压相等通电时间相同时，所产生的热量与电阻大小有关，电阻越小，电流越大，所产生的热量越多。使学生对焦耳定律的理解也更深刻了。
引入实验设计的好坏，直接影响学生对本节课所研究的课题的兴趣，影响学生考虑问题的线索。因此设计此类型实验应以“趣”、“疑”、“难”为诱因，趣中涉疑，发掘问题；疑中涉难，造成一个向未知境界不断探索的学习环境。通过简短精彩的表演就能为后面教学进程开路，达到良好的教学效果。
2 建立概念和规律的实验教具设计
中学物理中许多规律是通过实验总结出来的，实验效果的好坏直接影响学生对概念、规律的建立的理解和掌握。我们在设计此类型实验时考虑到它是为探索概念与规律，提供感性材料，藉以形成概念，建立规律。因此在设计制作这些教具时力求做到：实验条件明确，观察对象突出，演示层次分明，易使学生抓住现象的本质。
例如在初二物理“光的直线传播”一节，由于光的折射知识学生不具备，为了让学生直观认识光在不均匀介质中传播路径是弯曲的，设计制作的光路传播演示仪，如图3所示。通过A 孔往有机玻璃容器中注入1/3高度的甘油，再注入1/3高度的水，经过24小时， 两部分液体相互扩散会形成一个密度变化的液体介质，用激光笔从图示侧面空气中射入该液体，即可在液体内很清楚地观察到光路径发生了偏折现象。这一实验的成功，使学生对光的直线传播的条件有了充分的认识，学生在兴奋之余很好地解释了清晨为什么太阳还在地平线以下时，我们就能看到太阳的现象。
又如在“光的折射”一节中，为了探索光的折射的大致规律，设计制作了光的折射定律演示仪，如图4所示。 在一方形带有刻度的面板上装着上半部是空气下半部是水的圆形容器，在容器上配着一个可连续沿圆周转动光源，教师利用此仪器研究：（1）光从空气中射入水中， 当入射角增大时折射角如何变化？入射角变小时，折射角如何变化？入射角为0°时，折射角又为多少？（2）光从水中射入空气中的折射角与入射角之间的关系。
通过演示实验的改进，很好地展示了物理现象和变化的过程，有助于提高学生的观察思维能力与实验能力，使学生获得丰富的感性知识，形成鲜明的表象，为学生建立正确的概念、认识规律奠定了基础。
3 巩固概念和规律的实验设计
在课堂教学中用实验进一步巩固新课中所讲解的物理概念和规律，可以消除学生对概念规律认识的疑惑与错误，加深理解，强化记忆。例如在初中物理“压力”和高中物理“力的分析”这两部分教学中分别存在两个难点：一是认识物理对斜面的压力与重力的关系；二是认识在斜面上物体的重力所产生的两个效果，即使物体压紧斜面和使物体沿斜面下滑。若教师在板书上分析，抽象且不易理解。因此我们研制了“斜面压力演示仪”，如图5所示。通过压力传感器和发光二极管，将力信号转化为电信号，简捷、直观地表现出物体对斜面的压力，物体所受重力产生的效果，以及斜面倾角变化时压力变化情况与重力沿斜面使物体下滑的分力变化情况。有效地解决了中学物理教学中的难点。
又如为了解决学生在初中物理“液体压强”学习中容易混淆的两个问题，认为：一是液体越重对容器的压力越大；二是液体重量一定时，容器形状变化，压力不变。我们设计制作了“液体对底部压力演示仪”，如图6所示。一个装有两侧面可活动侧板的有机玻璃容器， 其底部压在一个与指示针相连的弹簧上，演示时在活动侧板内套上一个较大透明的塑料袋做成的容器内胆，塑料袋里装上水，改变活动侧板即可改变容器形状，此时指针所指示的液体对容器底部的压力也随之变化，从而直观地说明液体重量一定时，底部所受的压力是随液体深度的变化而变化。改变容器内的水量使它在不同形状时有相同的深度，可发现指针所指示的压力大小不变，即可得出压力的大小与液体的重量无关。通过演示把原来一直困扰学生的抽象问题通过实验变得直观，容易理解。
根据教学内容的需要，选择和设计一些实验仪器向学生展示反映物理规律的现象，使学生在灵活应用所学知识进行分析判断的过程中找到解决问题的线索，促进问题的解决，并产生深刻的印象。因此实验在巩固知识的过程中有着不可替代的作用。
4 课外小实验的设计
为了有效地完成中学物理教学任务，培养学生的实验技能和训练科学方法，必须把课内的教学活动和课外活动有机地结合起来，在老师的指导下学生还可以把学到的物理知识主动应用于课外实践，从而深化与活化掌握的知识。课外小实验的特点是小型、灵活、生动、多样，它吸引着不同程度、不同个性、不同兴趣的学生，有利于因材施教，调动全体学生的学习积极性和自觉性，有利于学生的个性发展和智力开发，对培养学生的创新意识起着积极的作用。例如采用身边的简易材料，设计的用钢笔做实验系列：
（1）惯性实验。a.如图7，将一刻度尺用笔插固定在笔套外侧，在笔套顶上放一厚纸片，再在纸片上放一小物体，利用它可以做静止的物体是否有惯性这一实验。b.如图8，取一本厚书本，系上细绳，书本上立一只钢笔套，用手水平拉细绳。使书本沿桌面运动，当书本碰到障碍物时，笔套就向前倒下，这样就可以做运动的物体是否有惯性的实验。利用这一装置还可以补充让学生做汽车由静止突然开动情形的模拟实验。
（2）简易“潜水艇”模型。取一支普通的钢笔，拿掉它的外壳， 露出吸墨水的橡胶胆，使橡胶胆吸入适当量的水，然后把这支钢笔放入一个大水杯中，它将竖直浮在水面上，细心调节橡皮胆里的水量，可使它悬浮在水中的任何深度处，若用手再捏、放橡胶胆，再吸入一些水，它将沉入水底，把它取出并挤出适量的水再放进水里它又坚直地漂浮在水面上，以此让学生懂得潜水艇的构造原理。
（3）有关大气压实验。取一只笔套， 拿掉笔插用手指按住上端小孔。在笔套中装满水，用纸片把套口盖严，把笔套倒翻过来，纸片在大气压的作用下不会掉下来，将纸片朝各个方向。纸片都不会掉下说明大气压是朝各个方向的，为了消除学生认为纸片是被水沾在笔套口这一疑虑，只要将按住上端小孔的手指放开，水就马上连同纸片掉了下来。此外利用钢笔还可以做静电、压力和压强、摩擦生热、导体和绝缘体等许多实验。
又如我们制作的“燃气做功演示仪”，如图9所示。 选用质量较好的羽毛球筒一个，在距离上端5cm处锯掉15cm， 镶嵌透明的百事可乐罐，用透明胶布扎紧在距离筒下端15cm处钻一小孔以恰好可插入小鞭炮为宜，使用时将小鞭炮插入小孔中点燃小鞭炮，筒盖立即腾空而起，形象直观地表现燃气做功。
课外小实验有着很丰富的内容，与现代生活和科学技术有密切的联系，因此它能为学生课堂学习提供丰富的感性认识素材，从而为学生建立概念、认识规律奠定一定的基础，并且为他们巩固、深刻、灵活应用知识，创设学习的新阵地，而且能从各个领域开阔学生的知识面，使他们了解现代科学技术的新成就，从而使学生了解物理学的科学意义和社会意义，激发学生积极的学习动机。
实践证明在中学物理教学中应用实验手段，能取得很好的教学效果。我们将不断努力设计制作出更多更好的教学仪器。