制個性教具 建物理概念 練深度思維

徐志紅

[摘 ? 要]配套的實驗器材比較統一，缺少變化，跟不上現行課堂的變化。制作個性化的教具能活躍課堂氣氛，化抽象為直觀，有利于突破概念的難點，思維的痛點，從而優化課堂教學，提升教學實效。文章以自制“超級滑動變阻器”，讓思維“可視化”和自制“超級馬蹄形磁體”，讓磁感線“可視化”為例，談自制過程及其在教學中的應用。

[關鍵詞]自制教具;物理概念;深度思維

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0043-02

自制教具就是根據教學實際需要，利用身邊的材料制作的用于物理教學的器具，是在科學技術與教學經驗的基礎上產生的，是一條補充實驗器材的有效途徑。優秀的個性化教具能活躍課堂氣氛，使某些抽象的教學內容變得直觀形象，有利于突破概念教學的難點及學生思維的痛點，從而提升課堂教學效果。

一、自制教具的原則

自制教具要為課堂教學服務，故而要遵循一定的原則：（1）教學性：圍繞教學核心任務，結合教學經驗，解決思維難點，發展科學思維，培養核心素養。（2）科學性：物理是一門理性學科，制作教具要有理論基礎，不能有科學性錯誤。（3）簡潔美：教具結構合理，制作簡單，演示操作簡便。（4）個性化：通過特殊手段揭示物理核心知識、原理，使抽象原理形象化，如“可視化”“放大化”“形象化”等。（5）安全性：有的材料比較危險，不能直接作為教具材料，比如，放射性材料、水銀等。如何圍繞核心任務彰顯自制教具的“個性化”？下面以制作“超級滑動變阻器”和“超級馬蹄形磁體”為例，談談教具的制作與應用。

二、自制“超級滑動變阻器”，讓思維“可視化”

《滑動變阻器》教學的核心任務是讓學生理解滑動變阻器的原理——改變接入電路中電阻線的長度，進而改變電阻。其概念的關鍵及思維難點是：滑動變阻器的哪段電阻線是接入電路中的電阻線？為此用發光的LED燈帶繞制“超級滑動變阻器”，讓“接入電路中的電阻線”發光，增加視覺體驗，促進學生抽象思維的發展。

材料：長約60厘米、直徑11厘米的絕緣體PVC管、直徑約1 cm 的304不銹鋼管、額定電壓12 V的10米LED燈帶、12 V可充電電源、子母線接頭、開關、不銹鋼支架2個、不銹鋼滑片P、螺絲螺帽若干。

（一）教具制作

1. PVC管處理：在絕緣體PVC管的兩端用鋸子開兩條寬約0.6 cm、長約5 cm的槽。兩槽幾乎在同一直徑上（如圖1）。作用是當燈帶繞制在PVC管上后，燈帶兩端各自的母線接頭卡在槽中，便于實驗時接線。

2.定制支架：支架要到鋁合金制作店私人定制。支架間的大圈是固定PVC管的，直徑大約11.5厘米。上面小孔是穿金屬棒的，直徑大約1.2厘米（如圖2）。然后將PVC管穿入大圈中選擇對應的位置鉆孔，便于用螺絲把PVC管固定在支架上。

3.滑片P的制作：也要私人定制（如圖3）。上端小孔是穿金屬棒的，故而直徑比金屬棒略大即可。兩邊要用有彈性的略帶弧形的薄鋼片作為滑片P，便于和燈帶上的金屬觸點接觸。

4. LED燈帶的處理：用LED燈帶繞在PVC管模擬電阻線，讓學生能夠直觀地看到接入電路中的電阻線。LED燈帶的特點是有固定的正負極接線，接反了是不發光的，并且燈和燈之間是并聯的，只要接上電源，整條燈帶全部發光（如圖4）。這不是我們想要的效果，我們想要的效果是滑片P滑到某處時，只有部分LED燈接入電路，并且發光，另外部分LED燈是不發光的，只有這樣才能讓學生理解“哪一段才是接入電路中的電阻線”。

需要在燈帶的負極線路的中間某處用剪刀剪斷導線（如圖5）。在對應的正極線路處用電烙鐵焊上較大的銅塊與滑片P接觸端，并在A和B兩端接上母接線柱便于接線。

然后測試，把燈帶A端接電源負極，銅塊接電源正極（如圖6）。如果燈左段部分發光，而右段部分不發光，說明改接成功。還可以把B端接入電源負極，將會看到右段部分發光。

5.繞制：要求繞制完成后滑片P與燈帶上的金屬塊觸點能夠相互接觸?？深A先把滑片P穿入金屬棒并安裝在支架上，找到P與管接觸的位置并做好記號，繞制的時候要讓燈帶上的金屬塊觸點剛好在此處，以保證滑片P與燈帶上的金屬觸點接觸。把改裝好的LED燈帶繞在PVC管上，圈與圈之間的距離均勻，最后把兩端的母接線卡在PVC管兩頭的槽中（如圖7）。

（二）教學應用

如何讓學生理解滑動變阻器的原理？主要是理解“哪段電阻線才是接入電路中的電阻線”，使物理觀念由“書本知識”轉變成“個人知識”，并能自覺運用知識解決實際問題，形成物理觀念。

思維難點一：當接上AP接線柱時，接入電路的電阻線是AP段嗎？

演示一：當接入AP接線柱時，發現AP段LED燈帶發光（如圖8），以“可視化”效果證明接入的電阻線確實是AP段。

思維難點二：電阻線是一圈一圈地緊密繞制的，電流會不會直接從A流到B？是否真的是一圈一圈流經很長的電阻線呢？

演示二：拆卸一端的支架，取出A端的接線柱，然后把LED燈一圈一圈地拉出來。此時學生看到電流流經的電阻線真的是那么長。

在思維難點上搭建必要的階梯，積累大量的感性認識，促使學生的形象思維向抽象思維過渡。

三、自制“超級馬蹄形磁體”，讓磁感線“可視化”

《電磁感應現象》核心知識是通過實驗，探究導體在磁場中運動時產生感應電流的條件，其思維難點是“理解怎樣的運動才是切割磁感線運動”，為此制作“超級馬蹄形磁體”，用激光筆的激光模擬磁感線（如圖10），增加“切割磁感線”的視覺體驗，促進學生深度思維的發展。

材料：兩塊強磁體、六支激光筆和分光器、噴霧器、兩片U形塑料板、若干小隔板。

（一）教具制作

1.框架的制作：按照要求設計馬蹄形磁體框架圖，比如“馬蹄形”總長50 cm，寬35 cm，U形兩邊的寬度約10 cm，同時設計一些長約8 cm，寬約2 cm的隔片（可到塑料電子切割制作店定制），然后把兩個U形塑料片合成馬蹄形磁體框架，中間用塑料膠水粘住隔片，注意隔片的位置要和后面的激光筆、強磁體和噴霧器的位置對應，這樣厚度約8 cm的磁體框架就完成了。

2.強磁體的安裝：強磁磁性很強，使用時要小心，防止由于強力吸引產生撞擊，導致強磁體被撞斷。要先判斷異名磁極，然后固定在對應的隔片上，注意在安裝的時候將兩極對應朝內，以保證“超級馬蹄形磁體”一端是“N”極，另一端是“S”極。

3.激光筆的安裝：購買帶有分光器的激光筆，但是要拔去里面的分光玻璃柱，因為不需要分光，只需激光模擬磁感線。把分光器均勻粘在塑料片上，然后穿入激光筆（如圖11），可看到6束平行激光射出即可，最后用隔片設計制作卡槽，把激光板插入卡槽中（如圖12），激光筆安裝完成。

4.噴霧器的安裝：在磁體框架的適當位置用隔片粘制噴霧器框架，使噴霧器的噴嘴在上，并且與磁感線上端接近，這樣噴霧的時候霧水由于重力向下飄，正好能夠顯示所有激光的路徑（如圖13）。

《電磁感應》教學的目的不是讓學生記住產生感應電流的條件，而是要讓學生理解“怎樣的運動才是切割磁感線運動”，通過制作“超級馬蹄形磁體”教具，讓磁感線“可視化”，為學生搭建思維的階梯。

（二）教學應用

演示：連接電路，閉合開關，打開激光筆，用激光模擬磁感線，然后讓閉合回路的部分導體在磁場中做左右、上下和前后運動，當導線做切割磁感線運動時（切割激光），發現靈敏電流計指針偏轉，說明產生了感應電流。強化學生對切割磁感線運動的體驗，幫助學生理解電磁感應現象產生的條件——導體做切割磁感線運動。

連接學生思維“痛點”，完成概念的建立，并不是要讓學生重走科學家發現規律的每一步，而是引導學生像科學家一樣思考問題，帶領學生經歷發現規律的關鍵步子，所以教具模型不一定就是真實的物理教具，比如：“超級滑動變阻器”其實不是真實的滑動變阻器，但是它可以幫助學生理解“滑動變阻器原理”。“超級馬蹄形磁體”中激光筆也不是真實的磁感線，但是它可以幫助學生理解“怎樣的運動才是切割磁感線運動”，從而鍛煉學生的深度思維。自制并合理利用“有個性”的教具，以激發學生的學習興趣、培養學生的創新意識和創新能力，鍛煉學生的科學思維。

（責任編輯 易志毅）