物理自制教具設計與制作

朱國慶

摘 要： 隨著物理新課程標準的貫徹實施，現代化教育裝備的到位，物理實驗儀器設備的配備還是和物理教材上的要求有一定差距。新的初中物理教材增添了許多活動，而且蘇科版物理教材變化較快，導致物理實驗室的儀器配備有明顯的滯后性，有的儀器不能滿足教學的需要或教學效果不顯著，有的儀器不切合實際或使用不便。因此設計與制作操作簡便、教學效果更顯著的自制教具已成為填補這一空白的重要手段。

關鍵詞： 物理 自制教具 設計 制作

初中物理自制教具設計與制作對物理教學有巨大的推動作用。可以促進教學內容和教學方法的改革，支持新課程的實驗和推廣，進一步推進素質教育的實施；可以發揮探究性實驗的積極性與創造性，充分激發物理教師的想象力和創造力，培養學生的創新精神和實踐能力；可以有效化解物理教學中的重點和難點，提高課堂教學效率，優化課堂教學效果，激發學生的學習興趣和動力。

一、物理自制教具的設計要求

（一）科學性

物理自制教具應該有正確的物理學思想，科學性要高。給學生以準確的物理學知識，并且在基本知識到位的基礎上，在內容方面力求新穎；給學生以智慧和啟迪，注重啟發學生的思維，激發學生的創造精神；給學生以方法，努力讓學生從死記硬背、應試教育的模式中掙脫出來，受到思維訓練和科學方法的熏陶；培養學生積極的進取精神，提倡獻身科學的精神，勇于探索，不怕挫折，鍥而不舍。

（二）直觀性

物理自制教具是用來更好地演示物理現象、物理規律的，目的是要讓全班學生都能清楚地觀察到物理數據、規律、現象的變化，能見度要高，因此自制教具的尺寸要大些，結構要簡單明了，重點是能突出要演示的現象。如果自制教具比課本上安排的還要復雜，學生觀看了實驗卻一頭霧水，不能理解實驗目的、實驗原理，收獲很少，那么自制教具的設計就是不成功的。物理自制教具要力求讓學生較容易地看懂教具要演示的物理知識，能讓學生在原有的知識基礎上產生遷移，從而更好地理解新的物理知識。

（三）趣味性

物理自制教具在演示過程中要適當帶點趣味性與娛樂性。就像玩魔術那樣，讓學生觀察到意想不到的現象，那樣就能大大激發學生的好奇心，發揮學生的想象力與創造力，最終透徹地搞清物理原理，就可以使學生對物理學產生濃厚興趣，也就可以使學生養成積極主動學習的習慣。

（四）安全性

自制教具在使用時必須有良好的安全性與穩定性。在演示過程中不能產生有毒、有害的氣體，不能發生爆炸、爆裂現象。自制教具本身不能有鋒利邊角，電學上的自制教具不能直接使用高壓電，要選用低于安全電壓的低壓電源。要有良好的自我保護意識，同時要保護好講臺下仔細觀察的學生，防止意外事件的發生。

二、物理自制教具的制作要求

（一）自制教具時要緊貼物理教材，不能脫離物理教學大綱、新課程標準的要求，要遵循一定的認知規律，也要有一定的創新、創造。

（二）自制教具時要抓住點滴進行改進。教材上安排的實驗，我們要肯定它，不能完全否定，要在教材原有的實驗基礎上進行改進，起到畫龍點睛的作用。

（三）自制教具時要從實際出發量力而行。在教材原有的實驗基礎上，根據自己的能力、財力、精力進行自制教具的制作，不能因為自制教具而影響正常的教學工作。

（四）自制教具的材料應該是日常生活中常見、熟悉的廢舊材料、廢舊物品，要做到少花錢或不花錢，提倡“壇壇罐罐制教具，拼拼湊湊做實驗”。這樣的自制教具既成本低，又貼近學生日常生活，讓學生一眼就能看到材料的來源，在熟悉材料的基礎上充分發揮學生想象力，有利于理解自制教具要演示的物理原理。

三、物理自制教具案例

（一）講臺的形變

實驗設計思路：八年級下冊物理教材上的“形變和彈力”這節內容中，氣球的形變、彈簧的形變、橡皮筋的形變很明顯直觀，但是較硬、較大的物體（如講臺、黑板、樓板等）受到力的作用是否也發生形變呢？這是學生非常感興趣的、十分想看到的、實際發生的形變。我們可以借用光發射時光斑發生位移放大微小的形變，這有利于學生理解物體受到力的作用會發生形變這個知識點。這個顯示微小形變的演示實驗裝置簡單易操作、效果顯著。

1.實驗器材：激光筆（玩具手槍上的激光瞄準器）、平面鏡、鐵架臺、雙面膠、學生用的透明膠帶。

2.實驗原理：利用激光筆形成的光線在平面鏡上反射后形成的光斑，通過光斑移動把微小的形變放大。

3.實驗操作過程：①把平面鏡放在講臺臺面中央，用雙面膠固定好鏡面，確保平面鏡和講臺臺面一起同步運動。②用學生透明膠帶把激光筆固定在鐵架臺上，置于另一張桌面上。③調節激光筆的高度和入射光線的角度，使激光筆發出的光線能在平面鏡上形成光的反射，而且反射后的光斑要成在學生都能觀察到的白墻上。④用力壓講臺臺面，學生通過觀察激光反射后形成的光斑發生的移動，說明講臺臺面發生微小的形變。

4.實驗結論：力可以使物體發生形變。

5.實驗的擴展：這個實驗還可以用于演示聲音是物體的振動產生的。

（二）探究影響電流熱效應的因素

1.教材簡介：物理教材上對這個實驗的安排幾年來都有變動。有用兩根電阻值不同的電阻線圈串聯后分別插上相同的火柴棒，通電后比較哪一根電阻線圈先點燃火柴，先點燃火柴的電阻線圈溫度升高得多，產生的熱量也就多；有在橡皮塞上插上兩個電極（銅絲）和細長玻璃管，電極下面接不同電阻值的電阻絲，橡皮塞塞緊燒瓶，調節細長玻璃管中的煤油液面等高，通電電阻絲加熱燒瓶中煤油，煤油溫度升高、體積膨脹，通過觀察煤油在細長玻璃管中上升情況比較電流產生熱量的多少；近幾年也是用電阻絲加熱煤油，只是把細長玻璃管改成溫度計了，直接通過觀察煤油的溫度升高情況比較電流產生熱量的多少。這些實驗在教師準備時、學生操作時較繁瑣，不利于學生觀察，特別是用于實驗演示。

2.對實驗的改進：把教材上出現過的幾個實驗綜合起來，取之優點，對現在九年級下冊教材上的“探究影響電流熱效應的因素”實驗演示加以如下改進：主體部分不改變，還是用現在教材上的燒瓶、橡皮塞、電阻絲加熱方法。把橡皮塞上的溫度計改為細長玻璃管，細玻璃管中吸入（高1～2厘米左右的）紅色液柱，因為溫度計中溫度變化能見度低，只限于溫度計附近的少量學生能看清，后面的大多數學生根本看不清溫度計的液面變化，而觀察細長玻璃管中的紅色液柱變化就容易多了，能見度也高了，在玻璃管后襯上有刻度的白屏觀察液柱升高情況效果更佳；把燒瓶中加熱煤油改為燒瓶中加熱空氣，因為空氣的比熱容比煤油的比熱容小，加熱時空氣吸熱升溫比煤油吸熱升溫快得多，更有利于節省寶貴的課堂教學時間，提高課堂教學效率。此實驗改進后，電阻絲通電發熱，瓶內空氣溫度迅速升高，空氣發生熱膨脹，使細玻璃管中的紅色液柱上升，這樣直觀明顯，見效快，教室內的學生都能觀察到，課堂教學效果大大增強。

3.實驗操作過程：①在加熱前要調節兩燒瓶細玻璃管中的紅色液柱高度相同，這樣便于觀察比較液柱升高快慢情況。橡皮塞要塞緊燒瓶口，預防漏氣而影響實驗。②保持電流大小相同，通電一段時間時，讓學生觀察比較兩細玻璃管中紅色液柱升高情況，比較兩只燒瓶中電流產生熱量的多少和電阻大小有關。③保持通電時間相同，調節劃動變阻器改變通過電阻絲的電流大小，觀察電流增大時，同一根細玻璃管中紅色液柱升高情況，比較同一只燒瓶中電流產生熱量的多少和電流的大小有關。④保持電流大小相同，延長通電時間，觀察同一根細玻璃管中紅色液柱升高情況，比較電流產生熱量的多少和通電時間有關。

4.實驗結論：電流通過電阻絲時產生的熱量與電阻絲本身的電阻，通過電阻絲的電流，以及通電時間

有關。早在1840年英國科學家焦耳通過實驗研究發現了上述規律：電流通過導體時產生的熱量，與電流的平方成正比，與導體的電阻成正比，與通電時間成正比，這就是焦耳定律。

總之，物理自制教具能填補新課程標準下物理教材的要求和實驗儀器配備的不足，能滿足物理教師日常的教學需要，能有效提高課堂教學效率，優化教學效果，進一步加深學生對物理知識的理解。自制教具有長遠的發展前景，物理教師要充分發揮自己的智慧，多動腦，多動手，創造出更多有利于學生學習的教具。