高中物理自制教具的实践和研究

高中物理自制教具的实践和研究　温州市龙湾区永强中学课题组　（龙湾永强中学，浙江温州　３２５０２４）　摘要：一个教研组团队，十多年坚持不懈的研究，通过模仿、改进、创新，探索形成了“教学需要什么，就　开发制作什么”、“充分利用新材料、新技术，利用生产生活中的各种物品、闲置废旧物品”等自制教具　的开发和研究方法。　关键词：高中物理；自制教具　教具是教育教学中不可缺少的物质手段，作为　高中物理教师，自制教具应当是一项基本功。但目　前，我国高中物理自制教具的研究仍处于较低层次，　一合本校的实际，课题组仿制了大量教具。通过仿制，　让老师们体验教具的研制和制作过程。学习他人的　设计思路和方法。能较快地提高教师自制教具的能　力和水平。　我们体会到，教研组自制教具的重要途径和基　础是学习模仿。仿制教具时间投入少，制作方便，对　教学的帮助作用大，是中学物理教师开展自制教具　活动不可缺少的重要环节和捷径。　２．改进中创新　般高中教师缺乏开发能力，而专业厂家则不了解　教学中有效的需求。本课题组成员十几年来，结合教　学中的需求，坚持致力于高中物理实验创新与自制　教具研究活动。至今，学校物理实验室有自制实验仪　器上百件，其中获国家专利８件，在全国、省、市仪器　制作评比中获奖３０多件。此外，在全国性专业刊物　上发表近２０篇有关自制教具的文章，编著并正式出　自２００１年开始。随着省、市物理教研部门一年　一版了约２０万字的《高中物理实验创新与自制教具》　一度“高中物理实验和创新评比活动”的正常开展，　书　一随着我们自制教具水平的逐渐提高，我校的自制教　具研究活动也逐渐从单纯的模仿阶段发展到既有模　、研究与实践过程　仿又有改进和创新的阶段。　“教学需要，从问题开始．不是凭空想象、靠灵感　得来的”、“需要什么，做什么，当作教学的一种补　充”、“充分利用集体的力量，进行自制教具的开发和　研究”。是本研究的重要原则和做法。　课题组的每一项创新成果，几乎都是同事间合　作的结晶。“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”，每当某位老师　在设计和制作教具遇到困难时，教研组全体成员就　这项“草根教研”活动，参与研究的人员都是本　校物理教研组的一线教师和实验员，研究的内容来　源于课堂教学的实际需要，研究的成果也服务于课　堂、检验于课堂。自制教具研究活动，大体经历了以　下三个阶段：　１．模仿中自制　１９９９年．学校物理组申报了市教科规划课题《高　中物理随堂实验教学的实践与研究》。在该课题研究　中采用向他人学习、模仿的方法，制作了一部分实验　室没有的实验教具。　会自觉集中一起，指缺点、提建议、出计谋，往往能创　造性地解决问题，并体验合作的乐趣和收获，教研组　也因此更具凝聚力。　３．提升中推广　了解学习他人的研究成果，参观科技馆、仪器订　货会、各级各类的自制教具评比和展示活动，是我校　为了总结经验、推广成果，自２００７年始，我们在　坚持自制教具开发研究的同时，试图探索归纳自制　物理教研组活动的经常性内容。通过学习参观，再结　课题组成员：朱成巧、王健浩、王浙伟、孔兴隆、王良志等。　，２２　墨圈四　｝ｚ去　弱￡　曼　教具的一些策略，开展了《新课程背景下高中物理自　制教具的研究》课题研究，于２００８年结题并荣获浙江　省教育装备优秀课题成果二等奖。在课题研究的基础　上，进一步将我们的所学、所做、所思整理成约２０万字　的《高中物理实验创新与自制教具》一书出版。　二、主要内容　１．开发研制了大量有利于高中物理教学的创新　作品　例１：牛顿第二定律演示实验的改进　我们对该实验的改制装置如图所示。取学生实　验用的Ｊ２１８３型轨道　小车两套，取其中的轨　道一条．将原安装于轨　道一侧的定滑轮合并　安装在同一条轨道的　两端。在两小车车体的　图１　前后各开一个ｆｌ，￣Ｌ。让拉小车的细线从小车中相互　穿过。实验时，将装置放在演示平台上．调节轨道使　之水平，将两小车分别置于水平轨道的两端，右端小　车（Ａ车）受细尼龙线向左的拉力，左端小车ｆＢ车）受细　尼龙线向右的拉力，可使它们相向运动。　实验前．用粘泥将两辆小车的质量调整成完全　相同并取整数（１８０ｇ）。在两边挂上一定质量的钩码　后，用手让两小车同时放置于轨道的两端，然后同时　释放双手，可让两小车同时运动。　实验装置具有以下四大优点：一是两车的启动　由两手控制。教师训练几次便可做到让两车几乎同　时释放，操作方便且实验误差小：二是取两车相互碰　撞的时刻为停止时刻，这应该是绝对同时的，没有误　差；三是取消了小车后面的细线后，使两小车运动中　的滑动摩擦力变得很小且容易平衡摩擦力，只要在　两边的钩码上添加挂上适当的小螺帽便可。四是利　用事先设计好制作的大色块标尺来显示小车运动过　程中的位移，前后排的学生都能明显看到，实验结果　不用计算便可看出，一目了然。　该实验的改制取材容易，改制方法简单。经我们　多次实验表明，该实验操作较原先的实验更加方便　快捷，实验的准确度和成功率比原先的实验有了很　大的提高。　例２：光的干涉、衍射演示实验装置的设计与制　作（节选）　要想成功在课堂中大尺寸演示有关光的干涉、　衍射现象，必须解决三大问题。一是光源问题，二是　单缝、双缝、小孔、圆屏的制作问题，三是光屏材料的　选择及光屏位置的摆放问题。我们所设计制作的实　验装置．正是因为成功地解决了以上三大难题，才使　有关光的干涉、衍射课堂演示实验取得好的效果。在　２００４年浙江省“高中物理实验制作评比”中演示了此　系列实验，在无视频放大、会场灯光不关闭的情况　下．场内的一百多名教师都能清楚地看到了各种衍　射及干涉条纹，效果极佳。　图２　本实验设计的最成功之处是巧妙地利用了电脑　制图技术和印刷制版技术。先在电脑中用诸如ＣＤＲ　等软件制作好相应规格的单缝、小孔、圆屏、双缝。然　后通过制版制作成同等大小的菲林片，制作成的实　物图片（如图２所示）。用该法制作的菲林片上的单　缝、小孔、圆屏、双缝精度高，轮廓清晰分明，黑色部　分的阻光效果、透明部分的透光作用均较好，而且更　难得的是可以把双缝、单缝、小孔、圆屏的宽度或直　径精确制作成我们所需要的任意规格，从而让学生　观察到当双缝、单缝、小孔、圆屏的宽度或直径变化　时。相应的干涉、衍射图样的变化情况，这是以往此　类实验中较难做到的。　该实验设计曾获２００４年浙江省“高中物理实验　制作评比”一等奖，获国家实用新型发明专利。　２．发表了２０多篇有关自制教具的文章，获得了　８件国家实用新型专利　例３：“两只灯泡串联实验”给我们带来的反思　图３　图４　【实验１】将两只额定电压都是２２０￣，额定功率　分别为１００Ｗ和６０Ｗ的白炽灯泡串联接在电压为　２２０Ｖ的电路中，试判断哪只灯泡亮一些？　实验中，先将两只灯泡并联连接在２２０Ｖ的电源　上。让学生观察两只灯的亮暗情况．学生观察和确认　ＩＯＯＷ灯泡比６０Ｗ的亮。再将两只灯泡串联。先让学　生猜测哪只灯泡亮些？部分学生易凭直觉判断ＩＯＯＷ　ｔｔ矢　二而毫　西目四２３／　亮些。然后教师将两灯泡串联在电源上．演示两灯的　亮暗情况，结果却是６０Ｗ的亮些，然后再让学生用所　学理论，找到原因，纠正错觉。　【实验２】将上述实验中６０Ｗ灯泡换成２５Ｗ灯泡，　即将额定功率分别为１００Ｗ和２５Ｗ的白炽灯泡串联　接在电压为２２０Ｖ的电路中，试判断哪只灯泡亮一些？　有了实验１的结果，学生很容易就得出２５Ｗ灯　泡亮１００Ｗ灯泡暗的结论，而且个别学生还会采用对　比的方法说明，此时的２５Ｗ灯泡会比实验ｌ中６０Ｗ　更亮，而１００Ｗ灯泡则更暗。这时教师再把两灯串联　后接入电路，结果会令学生感到十分意外。这时　１００Ｗ的灯泡根本不亮！此时再让学生分析说明原　因，就会恍然大悟，原来电压不够时灯泡不一定变　暗．还有可能不亮！这一实验结果往往会让学生感到　十分意外和过目难忘．也让学生体会到理论与实际　的差异，体会到做一做实验在学习中的重要性。　在实际教学中，一些看似简单，可做可不做的简　易小实验（如本文所举案例），很多老师往往会根据　自己的主观判断．认为没必要、没效果且浪费时间，　不愿意付诸实施，仍会习惯于选择在黑板上讲实验　方式。事实上，这些实验不一定需要多么复杂和高级　的物理仪器，举手之劳便可制作完成，如果教师能引　导学生认真的去做一次，去经历和体验一次。往往会　得到许多意想不到的结果和收获。　３．系统归纳总结了高中教师开展自制教具的策略　多年的坚持不懈学习、研究和实践探索。使我们　对自制教具的研究逐步从外行走入门道，学校教具　创新和制作水平也越来越成熟，队伍一天比一天壮　大。为了使我们的研究成果系统化、理论化，我们用　了三年多的时间，编著了《高中物理实验创新与自制　教具》一书。全书约２０万字，结合６０多个自制教具　案例，主要通过以下八个方面的阐述，对高中物理教　师开展自制教具活动的策略进行了概括和指导。　第一章主要介绍自制教具的历史、现状及其在　教学中的作用，结合附录介绍了“２６个历史上最美的　物理学实验”及近年来我国在自制教具方面取得的　主要成果，以开阔读者的视野。　第二章介绍了现行学校物理实验室硬件建设标　准要求．传统实验室和数字化实验室的具体装备及　各种仪器的性能，实验室现有器材在使用中存在的　常见问题、闲置情况及闲置器材的再利用。设置这一　章的目的，主要是引导教师走进实验室，对学校实验　室有一个全面深入的了解．避免自制教具中出现重　复和无效劳动，学习现成仪器设备中一些优秀的设　，２４　匝圈四坳ｆＺ矢　二而￡　计思路和制作方法．充分利用实验室现成器材为今　后的自制教具服务。　第三章、第四章、第五章、第六章，作者结合自身　的实践经验和国内外自制教具的优秀成果和案例。　试图从多个角度和多个方面，阐述自制教具的一些　方法和策略。书中指出，教师从事自制教具活动，必　须从模仿开始，模仿、改进、创新是教师从事自制教　具活动的基本步骤。制作各种物理模型、制作各种物　理测量仪器、演示各种物理现象、探究验证各种物理　规律、演示一些和高中物理知识相关的电器仪器的　结构和工作原理、演示习题中的实验等等，是自制教　具的主要内容。“以现有的器材、元器件为中心，见物　思理，一物多用，开发多种实验”“围绕同一实验目　的，因地制宜，开发出多种实验方法”“围绕同一实验　目的，开发多侧面的实验，实现从更普遍的现象中总　结出一般的规律”“用新材料新技术替代改进传统实　验器材”等是实验开发和创新的常用思想和做法。缺　点列举法、逆向思维法、放大法、模拟法、组合法、转　换法……等是实验改进和创新的常用思维方法等。　第七章主要介绍了自制教具常用到的材料、工　具及加工技术。教师要提高自制教具的能力和水平，　必须提高动手能力和社会阅历，具备制作教具、修理　教具、美化教具的工艺技术和技能。会简单钳工工　艺、金工工艺、木工工艺、电工工艺、漆工工艺，会使　用ＣＤＲ９．０、ＣＡＤ等平面设计方面的软件，懂电脉冲、　线切割、车球、电焊、电镀、广告标识工艺等外加工技　术．并善于利用这些外加工技术为自制教具服务。　第八章主要结合实例介绍如何把自己的发明创　造申报专利的基本步骤和过程。　４．提升了教师的教学水平和研究能力，树立了　学校特色品牌　通过高中物理实验教学与实验创新的实践研　究。提高了我校参研教师驾驭实验教学能力和“自主　建模”的能力，学生的物理学习能力和效果也得到极　大的提高。学生在物理学科竞赛、科技制作及小发　明、研究性学习方面成果显著。学校物理组成为远近　闻名、特色鲜明的品牌教研组，组内多位教师被评为　省、市先进和各类名师。温州市教研院近年来先后４　次在本校召开全市高中物理自制教具展示活动，推　广我校物理组自制教具的成果和经验。学校物理实　验室被评为浙江省“示范实验室”，被聘为温州大学　“学生物理实验基地”。　（责任编辑：梁旭）