从滑动变阻器的教学谈自制教具的原则和注意事项

江西省南昌市第十九中学(330006) 高 静

江西省南昌市教研室(330006)潘碧霞

在新中国成立初期，教学仪器匮乏，鼓励师生自制教具，解决教学中重难点问题，即教具的作用是讲清实验原理，实验效果好，完成教学任务，取材容易，价格低廉。随着时代的发展，对教具的制作提出了新的要求。在制作理念上，更多的要求体现实验过程，支持探究性教学。在制作技术上，重视新技术和新材料的应用。在制作工艺上要求设计新颖，构思巧妙，制作简单。综上所述，新时期的自制教具原则主要有以下3条：目的性原则、教育性原则、创新性原则。下面以滑动变阻器的教学为例阐述自制教具的原则和注意事项。

滑动变阻器是电学实验的基本仪器之一，把滑动变阻器正确接入电路中以及判断其接入电路中的电阻大小的变化是教学的重点和难点。为了突破本节课的难点，安排了以下4个实验：用铅笔芯改变小灯泡的亮度，了解滑动变阻器的工作原理；自制滑动变阻器，了解滑动变阻器的基本结构；用温变材料显示滑动变阻器的有效电阻；用滑动变阻器和音频发射器组装成教具演奏歌曲，解释录音棚调音台的工作原理。

1 自制教具的原则

1.1 目的性原则

自制教具应以解决教学实践中遇到的问题为目的，倘若为了参加自制教具比赛冥思苦想，就脱离了教学实际。自制教具用于新课导入时，实验现象应具有趣味性或新奇性，能激发学生研究问题的兴趣，或者引导学生提出与课题相关的问题。自制教具用于突破教学难点时，其所展示的实验现象应该能为学生提供必要的感性素材，引导学生思维活动的发展。例如在滑动变阻器的教学中，学生由于不能直观感知电流流过电阻丝的路径，很难正确的判断电阻丝接入电路中的有效长度。为了攻克这个教学难点，自制滑动变阻器的目的是把电流流过电阻丝的路径显示出来，引导学生根据实验现象掌握判断滑动变阻器的有效电阻的方法。自制教具用于帮助学生深化或应用物理知识时，应突出实验的思考性以及理论联系实际的要求。例如用滑动变阻器和音频发射器组装成教具，演奏歌曲，解释录音棚调音台的工作原理。

1.2 教学性原则

教具是为教学服务的，自制的教具应符合教学的基本原则。因此自制的教具应该利用其生动、直观的特点，用简单明了的方式，展示学科知识，启发学生思维，达到解决实际问题的目的。即自制教具的教学性原则主要体现在直观性、启发性和简明性上。

1.2.1 直观性原则

自制的教具以真实、形象、生动的方式展示教学内容，把抽象的知识以形象生动的方式展示出来。例如为了让学生直观感知电流流过电阻丝的路径，根据电流的热效应和变色指甲油变色的原理制作变色滑动变阻器，把滑动变阻器接入电路中的电阻丝的长度转化为指甲油颜色变化的范围。当把滑动变阻器“一上一下”两个接线柱接入电路中时，滑片在移动的过程中，接入电路中的有效电阻的阻值会发生变化，其变化可通过电流的热效应转化为变色指甲油的颜色变化,如图1所示。

为了让学生直观的感受到调音台是通过改变接入电路中的电阻值来改变电路中的电流，再通过音频发生器转化成对应频率的声信号，应用滑动变阻器和音频发射器组装成教具来解释电子琴的工作原理，如图2所示。即把滑片滑到滑动变阻器的适当位置，按下安装在滑动变阻器上的常开开关，音频信号发生器把电流转化为对应频率的声信号。根据实验现象可以直观的看到滑片在滑动时，滑动变阻器输入到音频发射器的电流是变化的，根据听到的音调不同，可以判断出音频发射器输出的声音的频率也是变化的。

图1 变色滑动变阻器

图2 用自制教具解释电子琴的工作原理

1.2.2 启发性

自制教具应通过简明、直观的现象启迪学生的思维、激发学生的学习兴趣和探究欲望。在新课导入阶段，利用自制教具创设物理情景，再设置恰当的问题引导学生发现问题、提出问题、进行科学猜想。

例如用图2中的教具演奏歌曲，并通过以下两个问题引入滑动变阻器的教学，

(1)通过移动教具的哪部分，达到改变音调的目的？

(2)为什么滑片在移动的过程中，可以改变音调？

自制教具应以鲜明、生动的实验表象不断引导学生思维，调动学生把观察和思维紧密结合起来积极思考，使学生的认识由表及里逐步深化。

例如在学生进行用铅笔芯改变小灯泡亮度的活动基础上。通过以下4个问题引导学生自制滑动变阻器，让学生了解滑动变阻器的结构以及制作滑动变阻器的技巧。

(1)要使灯泡在更大的范围里变化，对接入电路中的电阻丝的长度有什么要求？

(2)电阻丝很长很长占的空间很大，怎样解决这个问题？

(3)电阻丝一圈一圈相碰怎样解决？

(4)电阻丝涂上绝缘漆，滑片与电阻丝绝缘，又该如何解决？

1.2.3 科学性

自制教具的科学性体现在以下3点：①原理具有科学性。②实验现象是真实的，而不是人为控制的。③教具除了要帮助学生学好基础知识，还要有助于学生树立科学意识，掌握科学方法。

如图3所示,用发光二极管自制可视性滑动变阻器，该教具虽然可以把滑动变阻器接入电路中的有效电阻丝长度，通过发光二极管的点亮个数直观的显示出来，但由于该教具是在金属杆上安装开关代替滑动变阻器的滑片，通过接通金属杆上的开关个数来控制滑动变阻器接入电路中的电阻大小。换言之，该教具能说明滑动变阻器的工作原理，但实验现象是人为控制的。同时该教具不能体现甚至会误导学生忽视滑动变阻器制作的技巧。制作滑动变阻器时，使用涂有绝缘漆的电阻丝以紧密排绕的方式缩小电阻丝所占用的空间，刮掉滑片与电阻丝接触处的绝缘漆，在保证滑片与电阻丝接触良好的前提下，同时保证电阻丝与电阻丝之间是绝缘的。

图3 可视性滑动变阻器

1.3 创新性原则

自制教具的创新性体现在设计、取材、制作和使用等方面。

笔者为了把电流流过滑动变阻器电阻丝的路径显示出来。最初采用的方法是用多媒体技术模拟电流流过电阻丝的情景，现象虽然直观形象，但由于缺乏真实性，不能有效的说服学生，导致教学效果不好。为了真实形象的把电流流过电阻丝的路径转化为其他可视现象，在综合分析学生的认知特点和水平的基础上，选择了原理简单的变色指甲油把电流流过电阻丝的路径显示出来。

2 自制教具的注意事项

教具是为教学服务的，再设计教具的时候要考虑教学环境和教学时间的限制，也要确保实验具有良好的教学效果。

2.1 教学环境的限制

不同类型的变色指甲油的临界变色温度是不同的，利用变色指甲油制作变色滑动变阻器，要根据教室的室内温度选择指甲油变色的临界温度，要选择临界温度高于室内温度的变色指甲油。如果临界温度低于室内温度，变色指甲油只能呈现温变后的颜色，就不能利用电流的热效应把滑动变阻器上有电流流过的电阻丝和没有电流流过的电阻丝通过变色指甲油的颜色变化区分开。

2.2 教学时间的限制

要在有限的教学时间内，高效地完成教学任务，就要有效的利用课堂上的每一分钟，实验现象应具有即时性。

制作变色滑动变阻器时，选择的变色指甲油的临界变色温度与教室的室内温度不能相差较大，如果温度相差较大需要较长的通电时间才能使变色指甲油的颜色发生变化。根据焦耳定律，纯电阻电路中的电阻越小，电阻两段的电压越大，电流热效应越明显。因此，为了使滑动变阻器的电阻丝在较短的时间内到达较高的温度，应选用“最大阻值小，允许通过的最大电流大”的滑动变阻器。

2.3 有良好的教学效果

为了让班上的每个学生看清演示实验的实验现象，仪器的尺寸要足够大，放置的高度要合适，实验现象的颜色与仪器背景颜色的对比度要大，必要的时候可以借助现代多媒体技术放大实验。例如制作变色滑动变阻器时，在满足所需规格的前提下，尽量选择尺寸大的滑动变阻器。选择变色指甲油时，要选温变前和温变后色差大的指甲油。如果此时的实验现象依然不能确保所有人都看得清，可以借助投影仪或同屏技术放大。