物理自制教具设计与制作

朱国庆

摘 要： 随着物理新课程标准的贯彻实施，现代化教育装备的到位，物理实验仪器设备的配备还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许多活动，而且苏科版物理教材变化较快，导致物理实验室的仪器配备有明显的滞后性，有的仪器不能满足教学的需要或教学效果不显著，有的仪器不切合实际或使用不便。因此设计与制作操作简便、教学效果更显著的自制教具已成为填补这一空白的重要手段。

关键词： 物理 自制教具 设计 制作

初中物理自制教具设计与制作对物理教学有巨大的推动作用。可以促进教学内容和教学方法的改革，支持新课程的实验和推广，进一步推进素质教育的实施；可以发挥探究性实验的积极性与创造性，充分激发物理教师的想象力和创造力，培养学生的创新精神和实践能力；可以有效化解物理教学中的重点和难点，提高课堂教学效率，优化课堂教学效果，激发学生的学习兴趣和动力。

一、物理自制教具的设计要求

（一）科学性

物理自制教具应该有正确的物理学思想，科学性要高。给学生以准确的物理学知识，并且在基本知识到位的基础上，在内容方面力求新颖；给学生以智慧和启迪，注重启发学生的思维，激发学生的创造精神；给学生以方法，努力让学生从死记硬背、应试教育的模式中挣脱出来，受到思维训练和科学方法的熏陶；培养学生积极的进取精神，提倡献身科学的精神，勇于探索，不怕挫折，锲而不舍。

（二）直观性

物理自制教具是用来更好地演示物理现象、物理规律的，目的是要让全班学生都能清楚地观察到物理数据、规律、现象的变化，能见度要高，因此自制教具的尺寸要大些，结构要简单明了，重点是能突出要演示的现象。如果自制教具比课本上安排的还要复杂，学生观看了实验却一头雾水，不能理解实验目的、实验原理，收获很少，那么自制教具的设计就是不成功的。物理自制教具要力求让学生较容易地看懂教具要演示的物理知识，能让学生在原有的知识基础上产生迁移，从而更好地理解新的物理知识。

（三）趣味性

物理自制教具在演示过程中要适当带点趣味性与娱乐性。就像玩魔术那样，让学生观察到意想不到的现象，那样就能大大激发学生的好奇心，发挥学生的想象力与创造力，最终透彻地搞清物理原理，就可以使学生对物理学产生浓厚兴趣，也就可以使学生养成积极主动学习的习惯。

（四）安全性

自制教具在使用时必须有良好的安全性与稳定性。在演示过程中不能产生有毒、有害的气体，不能发生爆炸、爆裂现象。自制教具本身不能有锋利边角，电学上的自制教具不能直接使用高压电，要选用低于安全电压的低压电源。要有良好的自我保护意识，同时要保护好讲台下仔细观察的学生，防止意外事件的发生。

二、物理自制教具的制作要求

（一）自制教具时要紧贴物理教材，不能脱离物理教学大纲、新课程标准的要求，要遵循一定的认知规律，也要有一定的创新、创造。

（二）自制教具时要抓住点滴进行改进。教材上安排的实验，我们要肯定它，不能完全否定，要在教材原有的实验基础上进行改进，起到画龙点睛的作用。

（三）自制教具时要从实际出发量力而行。在教材原有的实验基础上，根据自己的能力、财力、精力进行自制教具的制作，不能因为自制教具而影响正常的教学工作。

（四）自制教具的材料应该是日常生活中常见、熟悉的废旧材料、废旧物品，要做到少花钱或不花钱，提倡“坛坛罐罐制教具，拼拼凑凑做实验”。这样的自制教具既成本低，又贴近学生日常生活，让学生一眼就能看到材料的来源，在熟悉材料的基础上充分发挥学生想象力，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）讲台的形变

实验设计思路：八年级下册物理教材上的“形变和弹力”这节内容中，气球的形变、弹簧的形变、橡皮筋的形变很明显直观，但是较硬、较大的物体（如讲台、黑板、楼板等）受到力的作用是否也发生形变呢？这是学生非常感兴趣的、十分想看到的、实际发生的形变。我们可以借用光发射时光斑发生位移放大微小的形变，这有利于学生理解物体受到力的作用会发生形变这个知识点。这个显示微小形变的演示实验装置简单易操作、效果显著。

1.实验器材：激光笔（玩具手枪上的激光瞄准器）、平面镜、铁架台、双面胶、学生用的透明胶带。

2.实验原理：利用激光笔形成的光线在平面镜上反射后形成的光斑，通过光斑移动把微小的形变放大。

3.实验操作过程：①把平面镜放在讲台台面中央，用双面胶固定好镜面，确保平面镜和讲台台面一起同步运动。②用学生透明胶带把激光笔固定在铁架台上，置于另一张桌面上。③调节激光笔的高度和入射光线的角度，使激光笔发出的光线能在平面镜上形成光的反射，而且反射后的光斑要成在学生都能观察到的白墙上。④用力压讲台台面，学生通过观察激光反射后形成的光斑发生的移动，说明讲台台面发生微小的形变。

4.实验结论：力可以使物体发生形变。

5.实验的扩展：这个实验还可以用于演示声音是物体的振动产生的。

（二）探究影响电流热效应的因素

1.教材简介：物理教材上对这个实验的安排几年来都有变动。有用两根电阻值不同的电阻线圈串联后分别插上相同的火柴棒，通电后比较哪一根电阻线圈先点燃火柴，先点燃火柴的电阻线圈温度升高得多，产生的热量也就多；有在橡皮塞上插上两个电极（铜丝）和细长玻璃管，电极下面接不同电阻值的电阻丝，橡皮塞塞紧烧瓶，调节细长玻璃管中的煤油液面等高，通电电阻丝加热烧瓶中煤油，煤油温度升高、体积膨胀，通过观察煤油在细长玻璃管中上升情况比较电流产生热量的多少；近几年也是用电阻丝加热煤油，只是把细长玻璃管改成温度计了，直接通过观察煤油的温度升高情况比较电流产生热量的多少。这些实验在教师准备时、学生操作时较繁琐，不利于学生观察，特别是用于实验演示。

2.对实验的改进：把教材上出现过的几个实验综合起来，取之优点，对现在九年级下册教材上的“探究影响电流热效应的因素”实验演示加以如下改进：主体部分不改变，还是用现在教材上的烧瓶、橡皮塞、电阻丝加热方法。把橡皮塞上的温度计改为细长玻璃管，细玻璃管中吸入（高1～2厘米左右的）红色液柱，因为温度计中温度变化能见度低，只限于温度计附近的少量学生能看清，后面的大多数学生根本看不清温度计的液面变化，而观察细长玻璃管中的红色液柱变化就容易多了，能见度也高了，在玻璃管后衬上有刻度的白屏观察液柱升高情况效果更佳；把烧瓶中加热煤油改为烧瓶中加热空气，因为空气的比热容比煤油的比热容小，加热时空气吸热升温比煤油吸热升温快得多，更有利于节省宝贵的课堂教学时间，提高课堂教学效率。此实验改进后，电阻丝通电发热，瓶内空气温度迅速升高，空气发生热膨胀，使细玻璃管中的红色液柱上升，这样直观明显，见效快，教室内的学生都能观察到，课堂教学效果大大增强。

3.实验操作过程：①在加热前要调节两烧瓶细玻璃管中的红色液柱高度相同，这样便于观察比较液柱升高快慢情况。橡皮塞要塞紧烧瓶口，预防漏气而影响实验。②保持电流大小相同，通电一段时间时，让学生观察比较两细玻璃管中红色液柱升高情况，比较两只烧瓶中电流产生热量的多少和电阻大小有关。③保持通电时间相同，调节划动变阻器改变通过电阻丝的电流大小，观察电流增大时，同一根细玻璃管中红色液柱升高情况，比较同一只烧瓶中电流产生热量的多少和电流的大小有关。④保持电流大小相同，延长通电时间，观察同一根细玻璃管中红色液柱升高情况，比较电流产生热量的多少和通电时间有关。

4.实验结论：电流通过电阻丝时产生的热量与电阻丝本身的电阻，通过电阻丝的电流，以及通电时间

有关。早在1840年英国科学家焦耳通过实验研究发现了上述规律：电流通过导体时产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比，这就是焦耳定律。

总之，物理自制教具能填补新课程标准下物理教材的要求和实验仪器配备的不足，能满足物理教师日常的教学需要，能有效提高课堂教学效率，优化教学效果，进一步加深学生对物理知识的理解。自制教具有长远的发展前景，物理教师要充分发挥自己的智慧，多动脑，多动手，创造出更多有利于学生学习的教具。