利用自制演示实验提升课堂教学质量

摘 要：物理学的发展是理论和实验两条腿在走路，但是由于条件的限制，高中阶段让学生自己进行实验探究的机会是有限的，并且有些实验效果不佳、现象不明显。面对这一现实，教师可以根据需要自制演示实验来弥补，合理利用演示实验，也能很好地激发学生的探究热情，促进学生思考，提升教学质量。本文以笔者在教学过程中的3个自制演示实验为例谈谈充分利用演示实验提升教学质量的一点心得体会。

关键词：自制教具；演示实验；教学质量；实验方案

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）6-0056-2

1 放大实验现象，激发探究欲望

“授人以鱼不如授人以渔，授人以渔不如授人以欲”，在物理教学过程中，实验往往能极大地吸引学生的注意力，引发探究的热情和欲望，尤其是在新课导入环节，利用一些教师自制的、能把微小变化放大、现象明显的演示实验能很好地引导学生积极思考。

案例 在牛顿第三定律的新课导入环节，笔者利用一个小的电风扇，导入新课。打开电风扇吹动放在桌子上的纸片，说明风扇给空气一个向前的推力，然后提出一个让学生将信将疑的问题“空气会不会给风扇一个力的作用呢？”在学生的疑惑中进行实验展示，实验装置如图1所示。

将一个可充电的小电风扇固定在小车上，小车放在轨道上。打开电风扇开关，发现电风扇和小车一起向相反方向运动，利用这个演示实验把空气对电风扇的微小作用力放大。据此一方面让学生认识到力的作用是相互的，另一方面也提高了学生进一步学习的热情。

2 设计实验方案，引发深度学习

实验方案的设计环节在实验探究过程中具有举足轻重的作用，通过小组合作设计实验方案使学生对所探究的问题认识更加深刻，思维的发展也更具深刻性。尤其对于自制的实验装置，教师可以将自己在实验制作过程中遇到的一些问题以及体会融入到实验方案设计过程中，能更好地帮助学生实现深度学习。

案例 在牛顿第三定律的实验探究环节，当老师利用DIS实验系统探究完运动物体之间作用力和反作用力的关系后，笔者增加了让学生探究磁铁之间非接触力作用力和反作用力的关系。

小组合作利用力传感器研究两个磁铁之间作用力和反作用力的关系（质量和磁性都不同），画出方案设计图。

在各小组完成设计后，进行展示交流。选几个小组派出代表介绍自己小组的设计思路，然后让其他各个小组对其提出改进意见，经过不断的讨论与修正，最终大家推选出最优的实验方案，如图2所示。这与笔者在课前自制的实验装置图不谋而合，如图3所示。

将一根长铁棒固定在两个铁架台的正上端，将两个质量不同的条形磁铁通过细线悬挂起来，细线呈竖直状态，目的是让磁铁的重力与细线对磁铁的拉力二力平衡。两个条形磁铁各自的一端N、S极正对，另一端通过细线与固定在铁架台上的力传感器相连，力传感器通过数据采集器与计算机连接。两个力传感器与两个条形磁铁在同一水平面内，这样两个力传感器通过计算机显示出来的读数就是两个条形磁铁彼此受到对方的吸引力大小。

3 改进实验装置，科学性与可行性相统一

现在教材中或试卷上介绍的实验方案虽然理论上看起来不存在任何问题，但是存在可行性的问题，实际操作中遇到一些不可逾越的困难，需要老师在教学实践中不断摸索，不断改进，做到科学性与可行性相统一。然后，再用改进后的自制实验装置进行科学探究。

案例 如图4所示为很多DIS说明书上或试卷上经常介绍的实验装置图，让小球做自由落体运动验证机械能守恒。如果按照此装置，实验误差在30%左右。笔者在调节实验装置的过程中发现两个不可避免的难题：①要保持两光电门传感器的小孔在同一条竖直线上很困难，铁架台的竖直杆本身就无法调节到正好竖直，这样就不能保证小球在下落过程中经过光电门传感器时挡光的宽度都是直径，尤其下面的传感器测量的时间误差很大；②小球由静止释放时，是手动控制的，只是通过肉眼观察小球直径差不多能通过光电门的小孔，但是小球实际运动过程中挡光的宽度很可能比直径小，存在很大误差。

针对上述问题，改进后的自制实验装置如图5所示：①用一个宽度为2 cm，长为6 cm，厚度0.2 cm的钢片作为挡光片代替小球，这样改进的的好处：不需要维持两光电门的小孔完全在同一条竖直线上，即使错开一点也没关系，由于它的长度为6 cm，在钢片下落过程中经过两光电门的挡光宽度可以保证始终为2 cm；②钢片释放时用一个夹子来代替手动控制，这样可以保证钢片在下落过程中不发生转动，减少实验误差。

利用此装置，实验误差为3%左右，可见在经过实验改进后，精度大大提高，是可行的。

自制教具可以根据教学的需要灵活多变的设计，它具有取材容易、价格低廉、原理直观、现象明显等特点，在中学物理教学中有着广阔的应用空间和开发价值。它的使用极大地扩展了教学的实验内容，提升了物理教学的广度和深度，为有效问题的设计提供肥沃的土壤，给予学生更大的学习空间，激发学生的探究欲望，使学生思维的发展更具深刻性。

参考文献：

[1]金生华，李志方. 自制教具在中学物理实验教学中的优势[J].中国教育技术装备，2009（5）：149—151.

[2]任虎虎.对基于DIS平台三个传统实验的创新设计[J]，实验教学与仪器，2014（9）：39—40.

（栏目编辑 王柏庐）