自制教具在高中物理演示實驗中的應(yīng)用探討

徐志闊

摘 ?要 演示實驗在高中物理教學(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)生觀察實驗特點，提高動手操作能力。基于此，以高中物理演示實驗中的自制教具作為研究對象，分析演示實驗中教師自制教具的特點，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驗中的應(yīng)用實踐。

關(guān)鍵詞 高中物理;自制教具;演示實驗;實驗室

中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0116-02

1 前言

高中教學(xué)改革不斷推進，自制教具與演示實驗相結(jié)合，符合教學(xué)改革的要求，滿足學(xué)生對知識點的趣味需求。自制教具可以提高學(xué)生對演示實驗的興趣度，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)生補充物理實驗資源，提高高中物理教學(xué)的有效性。

2 高中物理演示實驗教學(xué)理論闡述

高中物理演示實驗教學(xué)主要有三種形式：

1）以教師作為課堂的主體，在與學(xué)生互動的同時進行實驗演示;

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

3）學(xué)生與教師前往室外進行實驗，要求學(xué)生獨立完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

演示實驗是學(xué)生和教師當前最喜愛的教學(xué)方式，學(xué)生認為這樣可以充分發(fā)揮想象力，通過自己動手操作加深對知識點的理解。目前，教師進行物理演示實驗教學(xué)主要有兩種類型[1]：

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

2）模擬型演示實驗，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)實踐載體，讓學(xué)生直觀觀看實驗效果。

3 高中物理演示實驗中自制教具的特點

在高中物理演示實驗中，使用自制教具除了具有趣味性與教育性特點以外，還具有經(jīng)濟性、靈活性、直觀性等特點。

經(jīng)濟實用，成本低廉 ?很多物理教師選擇自制教具是因為這樣做經(jīng)濟又實用。高中物理教學(xué)與自制教具息息相關(guān)，學(xué)生需要通過實驗看到知識點的本質(zhì)，將其化為自己的知識儲備。很多學(xué)校實驗室設(shè)備不齊全，教師自制教具可以彌補學(xué)校設(shè)備器材的空缺。很多自制教具來源于實際生活，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)生掌握物理知識的法寶[2]。

操作方便，使用靈活 ?實驗教學(xué)中的自制教具操作方便，使用起來十分靈活，有利于實現(xiàn)物理實驗效果，提高學(xué)生的參與性。教師可以根據(jù)演示實驗的實際需求設(shè)計教具，引導(dǎo)學(xué)生協(xié)助完成教具的制作，這種制作方式會讓物理教學(xué)設(shè)計更加充滿樂趣。自制教具既可以方便學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，又能滿足學(xué)生的實際需要。教師可以任意改造自制教具，根據(jù)教學(xué)實踐尋找演示實驗中存在的漏洞，改進自制教具的同時提高動手能力，發(fā)揮自制教具的最大價值。

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

設(shè)計科學(xué)，性能可靠 ?從另一角度來說，自制教具是高中物理演示實驗的輔助工具，無論是教具的設(shè)計還是制作，都要堅持教具的科學(xué)性。應(yīng)用在演示實驗中的自制教具必須保證嚴謹性與科學(xué)性，這樣才能夠確保實驗結(jié)果的真實準確，才能讓自制教具發(fā)揮實用價值。此外，自制教具必須保證使用時安全可靠，不能在應(yīng)用時發(fā)生危險。

4 自制教具在高中物理演示實驗中的應(yīng)用實踐

仿制法 ?高中物理演示實驗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)省備課時間，制作起來十分方便，對演示實驗教學(xué)的幫助較大。自制教具是教師展開物理教學(xué)活動的重要環(huán)節(jié)，自制教具的對象由教材實驗內(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自制教具的研制步驟，感受演示實驗的各個步驟，有利于提高對本節(jié)實驗課程的認識。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驗教學(xué)中，實現(xiàn)原儀器設(shè)備的二次加工[3]。

某教師為了達到實驗效果，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)余時間在二手電子市場低價購置。該教師用一把廢羽毛球拍、幾根鐵架等材料制成一臺電磁感應(yīng)器。這臺成本接近于零的儀器，為學(xué)生成功演示了電磁原理，實驗的生動逼真程度竟然超過學(xué)校配發(fā)的儀器。此外，他用一根細線、一段泡沫塑料、一枚針制作了電荷發(fā)生器，并在課堂演示實驗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)計了物理教具如電磁波發(fā)射與接收演示器、聲波雷達、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變得生動形象，引導(dǎo)學(xué)生清晰地看到實驗結(jié)果，提高學(xué)習(xí)成績，鞏固理論知識。

改造法 ?物理實驗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)生觀察實驗結(jié)果時無法對其具體分析。教師可以對這些儀器進行科學(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驗效果。

某教師為了幫助學(xué)生鞏固物理平拋運動相關(guān)知識，加深對曲線運動的理解，使用演示實驗和頻閃照片等方式探尋物體平拋運動的基本規(guī)律。但是這樣做，學(xué)生依舊無法直觀看到實驗結(jié)果，對物體平拋運動規(guī)律無法進一步深入理解。于是，教師考慮能否制作出一個自制教具，讓該教具可以持續(xù)進行平拋運動。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：如何保證水流實現(xiàn)持續(xù)噴出的效果？教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實際，想想自己生病的時候掛點滴的吊瓶，里面的水滴落的速度就是均勻的，于是引出本次演示實驗的教具。具體演示實驗操作如下。

1）準備一個儲水瓶，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系O點噴出，學(xué)生觀察水柱水平方向噴出時的運動軌跡。

2）教師邀請一位學(xué)生來到講臺前描繪水柱運動軌跡，根據(jù)該名學(xué)生的描繪，其他人進行記錄與分析，及時提出問題。

3）教師重新夾上夾子，對有機玻璃板上水柱平拋運動軌跡做出定量分析，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)軌跡現(xiàn)象得到水柱平拋運動規(guī)律情況，并在坐標系中計算出水柱噴出的初速度。

總結(jié)本次物理演示實驗中自制教具的功能，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)生展示平拋運動。學(xué)生根據(jù)運動軌跡將坐標在有機玻璃板上記錄，得到的數(shù)據(jù)準確且真實。有的坐標軌跡可以與頻閃照片媲美，學(xué)生可以對記錄下來的運動軌跡進行探討與分析，研究物體平拋運動在水平或垂直方向的特點，最終總結(jié)出平拋運動規(guī)律，從而提高學(xué)生解決問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考與判斷能力，進一步養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。

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

某教師在進行向心力演示實驗的時候，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)生利用機械守恒公式，將速度大小的測量變?yōu)楦叨却笮〉臏y量。教師拿出教具，將其放在水平桌面上，對儀器調(diào)零校準后提出問題：探究四個物理量之間的關(guān)系。

首先，保持擺球質(zhì)量和擺線長度不變，將擺球移動到高度h，擺球從靜止開始下擺，當擺動到最低點的時候，讀取測力計上的讀數(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和圓周運動半徑r。重復(fù)以上實驗三次，改變h的大小后再重復(fù)三次實驗，并記錄測力計中的讀數(shù)。

其次，保持m和初始高度h不變，改變擺線長度，再進行試驗，記錄F大小。

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

實驗完成后，學(xué)生們對F的大小進行計算，發(fā)現(xiàn)m與r相等時，F(xiàn)與h成正比;m與h相等時，F(xiàn)與r成反比;r與h相等時，F(xiàn)與m成正比。最終得出結(jié)論：誤差允許范圍內(nèi)，向心力大小表達式為。

5 結(jié)語

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

參考文獻

[1]韋穎怡.高中物理電磁學(xué)部分自制教具的開發(fā)與應(yīng)用研究[D].山東：魯東大學(xué)，2018.

[2]揭夢昀.自制光學(xué)演示實驗教具在初中物理教學(xué)中的實踐研究[D].江西：贛南師范大學(xué)，2017.

[3]邵嬌美.高中物理自制教具的開發(fā)與利用[D].昆明：云南師范大學(xué)，2016.

[4]毛嚇梅.運用自制教具提高中學(xué)物理演示實驗有效性教學(xué)的研究[D].福州：福建師范大學(xué)，2017.