自制实验教学具在物理教学中的应用

摘 要：物理学是以实验为基础的自然学科，而物理实验教学具又是物理实验过程中不可或缺的教学仪器。文章在充分认识自制教学具内涵及其在物理教学中的促进作用的基础上，对自制的实验教学具案例的制作过程、原理及应用作了详细的阐述，進而说明自制教学具在物理教学中的作用、前景及意义。

关键词：自制；教学具；物理教学；设计与制作

0 引 言

自制物理实验教学具是新课改下中学物理课程素质教育的重要举措，对充分培养学生物理科学方面的创新精神和实践能力有着深远而重要的意义。物理作为一门自然学科，教师的实验演示和学生的实际操作对学生理解物理原理都是必不可少的教学方法，因此在物理实验教学中广大教师和学生设计并制作一些实验教学具是非常必要的。

1 自制物理实验教学具的认识

1.1 自制物理实验教学具的定义

百度百科把“教具”定义为：供教师使用，教学时用来说明某事物的模型、实物、图表等教学用具。 “学具”定义为：供学生使用，学习时用来帮助理解某事物的模型、实物、图表等学习用具。顾名思义，自制实验教学具就是广大师生为了改进教学方法，随手取材，自己动手设计制作，供实验教学使用的教具、学具、标本、模型等的统称。

1.2 自制物理实验教学具的要求

1.2.1 科学性

物理是一门科学性学科，任何物理实验教学具的制作首要前提都应该是严谨、认真的科学态度，能正确反应物理概念、规律等。如果违背了科学性原则，那这个教学具的制作将变得毫无意义，甚至会适得其反。

1.2.2 直观性

教学具是演示实验现象供全体学生观察的，并非教师个人自得其乐的玩具。因此，应做到“尺寸够大，简单明了” 。演示过程中重点实验部分要能看得清楚，实验现象应足够明显。

1.2.3 简易性

教学具是为了便于学生理解某些物理原理而设计制作的。因此，应做到整体结构、制作方法简单，便于学生入手操作，切忌为了追求其他效果，把教具复杂化。

1.2.4 安全性

教学具是供教师课堂演示或学生动手操作的。应做到不能使用有毒有害，有放射性的材料，不能发生爆炸，不能有锋利的边角。在设计带电仪器时，应安装过压保护电路。

1.2.5 参与性

在教学活动中让学生积极参与教学具的设计与制作，除了能更好更快的掌握知识外，还能培养学生的动手实践和科学探究能力。

1.3 自制物理实验教学具的材料来源

1.3.1 日常用品

生活中的很多日用品如书本、笔、碗筷、一次性注射器、干电池、食盐、酒精、醋等都是很好的实验器材。如：塑料笔可以做杠杆、摩擦起电、测重心、折射等实验；食盐、酒精、醋可以做密度的测量等实验；碗筷可以作为实验容器和搅拌器；一次性注射器可以做量筒、大气压演示等。

1.3.2 趣味玩具

随着科技的普及，在我们的身边有这样一类玩具，反冲玩具、陀螺、不倒翁、发条玩具、玩具水枪等。这类玩具本身就是根据物理原理设计的，可以直观的显现物理现象，在课堂的教学过程中教师可以直接加以应用。如：可以用反冲玩具演示力平衡原理；用陀螺演示平衡和离心力；用不倒翁解释重心越低物体越稳；用发条玩具解释弹力势能和动能间的转化；玩具水枪解释内外压强差。

1.3.3 家用电器

现代化家用电器都是根据物理原理设计出来的，在日常的教学中很多实验现象是可以用家用电器显现出来的。如：电饭锅、冰箱、电话、电灯泡、电风扇、电视机等。如：电饭锅是利用电流的热效应工作；电磁炉是根据焦耳定律产生电热；白帜灯是利用电流的热效应发热才发光；电视机遥控器是利用红外线的发射和接收制成；电冰箱是利用吸热和放热使物体冷藏。

1.3.4 自费购买

在涉及电学制作可以从废旧的电路上拆下很多电子元器件，但是有些特殊性的元件可能需要购买。如：二极管、电路板、电阻、电容等必要的元器件。

1.4 自制物理实验教学具的大体步骤

首先在明确制作目的情况下；设计方案；收集制作材料；制作毛坯；测试改进；制作成品；最后编写说明书。

2 自制物理实验教学具实例分析

2.1喷泉演示装置

材料：三个塑料水瓶、两根塑料管、一根一端尖细的吸管

制作过程：如图2-1、2-2所示，将三个水瓶的盖分别打两个小孔，将其中一个瓶去掉底部，用一端细的吸管把去掉底部的a瓶与b瓶连接起来并做好瓶盖小孔处的密封工作，用d管将a瓶与c瓶连接起来，用e管将b瓶与c瓶连接起来，并做好小孔处的密封工作，再向b瓶中灌入水，便可进行操作。

原理及意义：整个装置都处于密封状态，a，b，c三个瓶间的连通情况由d，e管上的两个开关决定，当我们关闭d管上的开关，打开e管上的开关，此时b瓶与c瓶连通，我们用力捏c瓶时，致使b瓶中的压强增大，水将会从b瓶中喷到a瓶中，形成喷泉现象。此装置简单明了，能够帮助同学更好更容易理解压强及其作用。

2.2固体热胀冷缩演示仪

材料：木板一块，小灯泡两个，铁板两根，小螺钉两根，导线若干，电源一个。

制作过程：如图2-3、2-4所示，先将两铁条板曲制成如图所示的形状，再用两颗小螺钉将其固定在木板上，将两个灯泡安装在木板上，把两个长螺钉安装在铁条上，使得a螺钉固定，b螺钉可调，再按原理图将实物用导线连接起来。

原理及意义：接通电路，然后调节b螺钉，让其与a螺钉无限接近，但不能接触，此时，两灯泡都不亮，当我们用火烧螺钉a，b后，灯泡会亮起来，说明ab螺钉受热膨胀，使得电路导通。

2.3焦耳定律演示仪

材料：硬木板两块，塑料盒两个，软塑料管两根，电源一个，阻值相同的电阻三个导线若干。

制作过程：如图2-5、2-6所示，将两块木板制成一个架子，将电源与两个塑料盒都固定在平臺上，将两个塑料盒分别记作a与b，在a盒中安装一个电阻，在b中安装一个电阻，但此电阻是由两个电阻并联组成，再在a、b盒的盖子上分别安装一个塑料管，且做好瓶盖上的密封，将塑料管分别记作A、B，将两组电阻并联在电源上，向a、b盒和A、B管中注入同样的液体，并且使两管中液面相平。

原理及意义：电路图如图示，由焦耳定律，a、b瓶中的电阻同时并联在一个电路中，在相同的时间内，b瓶中产生的热量较多，B管中的水面上升的多。 2.4平面镜成像规律演示实验仪

材料：硬纸、平面玻璃各一块，胶水一瓶，塑料夹三段，模样大小完全相同的两根蜡烛。

制做过程：如图示-7、2-8所示，将硬纸板一分为二画一条直线，将三根塑料夹用胶水安装在硬纸板上，做一个放玻璃片的架子，将玻璃片安装在架子上，使玻璃片所在平面与硬纸板所在平面互相垂直，再用两根蜡烛便可实验。

原理及意义：平面镜所成的是等大，正立的虚像，且物与像到平面镜的距离相等，物与像的连线垂直于镜面。

2.5铅质滑动变阻器

材料：电源即干电池一节，开关一个，小灯泡一个，铅笔的粗铅心一根，导线若干。

制作过程：如图2-9所示连接电路。

原理及意义：如图2-10所示电路，a、b为铅心，当闭下开关，电路被导通，灯泡发光，当我们滑动线头时，接入电路的铅的长度会发生变化，从而导致电路中的总电阻会发生变化，所以灯泡的亮度会发生变化，A整体就是一个铅制的滑动变阻器，实验设计合理，简单明了，但能有力的说明滑动变阻器的原理与作用。

2.6声音的特性演示装置

材料：一块长方形木板、八颗大螺钉、几颗小螺钉、一根粗铁丝、一根细铁丝、一根细线、一根橡皮筋、两根小木条

制作过程：如图2-11所示，将两根小木条等间距固定在长方形木板的两端，再将八颗大螺钉分别安在小木条的后面，再将铁丝，细线，橡皮筋绷在两根小木条上，两头分别绑在大螺钉上。

原理及意义：声音是由物体的振动产生的，声音具有三个特性，响度、音调、音色，而这三个特性与发声体的因素有关，细铁丝，粗铁丝，细线，橡皮筋，对比这四条弦所发出的声音，便可很好的区分声音的三种特性与材料与装置的关系，更好的理解声音的特性与其影响因素。

3 自制物理实验教学具在物理教学中的促进作用

3.1 活跃教学气氛，提高学习兴趣

阿尔伯特·爱因斯坦曾说过：“兴趣是学生最好的老师” 。中学物理教材上面有很多物理小实验，但是在新课开始之前，很多同学通过预习已经知道了实验的结果，丧失了原本的好奇心和求知欲，而自制物理实验教学具恰好可以弥补这点不足。例如：在八年级下册第十章第3节物体的浮沉及应用，可以用矿泉水瓶和小口服液瓶制作了一个浮沉子，当用手轻捏大瓶时，里面的小瓶开始下降，当松开手时小瓶又开始上升，伴随着 “上上下下”的口令，里面的小瓶仿佛被施了魔法一样，就在大家目瞪口呆想要弄清楚其中的原理时，不失时机引入新的课题。

3.2 缩短实验时间，增强实验效果

中学物理实验教学不同于大学动辄几个小时甚至几天都在做实验，所以如何控制实验时间是一个中学物理教师所必备的技能。而自制教学具就可以改进某些实验，起到简化实验步骤，增强实验效果的作用。例如：在讲授八年级上册第三章第3节汽化和液化时，课本上有一个“水的沸腾”小实验，要求将水从常温加热到沸腾，可在实际操作中，用酒精灯将一烧杯的水加热沸腾要花费近乎30分钟的时间，所以在实际操作过程中，用烧瓶代替烧杯，自制一个带孔瓶塞，这样做不仅极大地缩短了实验时间，对于烧瓶里的气泡也更易于观察。

3.3 弥补教具不足，突破教学难点

做好物理实验最重要的是教学仪器，虽然随着国家对实验教育的加大投入，现在的物理实验教具都越来越完备和成熟，但我们不得不承认在我国一些落后地区，大多数的中学教学仪器还跟不上教学需求。我国现行的《初中物理实验教学大纲》规定中学阶段演示实验共有119个，学生分组实验共有20个，小实验共有22个，实验性作业共有118个。在这样庞大的实验要求下仅凭实验室的教具是没法完成的，很多教学重点没有实验数据的支撑，是没法说清的，当学校提供的教具没法完成要求时自制教具就显得尤为重要。例如：九年级下册第五章第一节曲线运动时， “观察长玻璃管中红蜡块的运动”小实验，可以找一根透明硬塑料管改造成实验中的玻璃管，购买一根红蜡烛，制成红蜡块，就能很好的完成这个实验。

3.4 提升动手能力，培养创新意识

真正有能力的人是将理论应用于实践的人，自制物理实验教具恰好提供了这样一个机会，给了学生一个展示自己的舞台。

4 自制物理实验教学具的意义与前景

4.1 贴合课程标准，响应大纲要求

我国现行的《初中物理课程标准修订稿》明确指出：初中物理教学的宗旨是提高每一位学生的科学素养。因此随着新课改的不断深入，广大师生们都已不再满足于已有的传统教具，在创新教法时，更迫切需要一些个性教具，来帮助教师实施个性化教学方案，脱离满堂灌的教学方式。研制教学具不是方法问题，它对提高物理实验教学有着现实而长远的意义。

《九年义务教育全日制初级中学物理教学大纲（试用修订版）》中初中物理的教学目的的第二条是“培养学生初步的观察、实验能力，初步的分析、概括能力和应用物理知识解决简单问题的能力”，指出“教学中要大力加强演示和学生实验，物理实验室应该不断充实实验设备，要购买和研制新的实验设备，更要鼓励学生和教师因陋就简自制教具。”

4.2 提供实验素材，开创制作先导

自制教学具绝不是权宜之计，而是改进实驗仪器，提高办学质量的长远措施。教育要发展，仪器就要改进创新，这些身处教学第一线的老师和学生感受最深，也最富有创造性，师生自制教学具是创新和改进实验仪器的一条重要途径。在讲授九年级全册第二十章第1节磁现象时，可以自制教学具来进行演示：将铁屑装满一个试管，之后塞上橡胶塞，再用蹄形磁铁的一极在试管壁上沿同一方向慢慢滑动，使试管内的铁屑均被磁化，这样就可以吸引铁钉、贴片了，若是再振动试管左右摇晃，发现磁性消失。这个实验能直观形象的演示铁磁性物质被磁化和退磁的现象。只要教师在日常的教学中留心观察细心记录，就能为研制新的教学具和开发新实验提供素材，也能为厂家制造新的教学具发挥先导作用。

5 结束语

总之，自制物理实验教学具有利于激发学生学习物理的兴趣，充分发挥学生的特长，培养学生实验制作、进取探索、研究创造的能力，发扬主动学习精神，养成独立思考的习惯，帮助学生加深对物理概念、规律的理解，增强学生获取知识、整理知识的能力，提高思维能力的层次。让自制物理实验教学具走进课堂，与课堂教学有机结合起来，是提高物理教学质量的最佳途径之一，更是实施素质教育全面育人的紧迫要求。

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作者简介：付喜锦（1965年-），女，甘肃庆阳人，副教授，主要从事物理教学与实验研究。Tel：13830498683。