物理教学中自制教具的作用

曾建斌

摘 要 物理是自然科学的重要分支，物理由理论和实验组成。实验是认识世界的重要活动。自制教具是学生实验的组成部分，可以巩固知识，培养兴趣。

关键词 物理 自制教具

中图分类号：G633.7 文献标识码：A

教具是物理实验的工具。这些教具分为两个类型。一类是专为证明课本某个原理而制作的，另一类是将所学理论开发出某种产品。无论这种产品是否过时，是否适用，这并不重要。重要是通过自制教具，体验运用某种原理进行产品开放的创造过程。体验其发明家们的探索精神。

例一，學习了液体加热变成汽体的知识，运用于生产如蒸气机的发明。遵循这一启示，可以制作类似的产品，以培养学生的创造精神，如有位学习制作了蒸汽船。先用厚纸板制作一艘船，在船上安装一个铝皮制的密闭容器。接一根小铁管通到船的尾部没入水中。密闭容器下面放一盏油灯。点燃油灯，加热容器里的水，水变成了蒸气，顺着铁管由尾部排出，由汽体冲击水的反作用力推动船前进。虽然蒸气机不是这样的，是推动密闭气缸里的活塞做功，带着机器轮转动，机器轮带动工作轮转动工作。但这位学生的制作也算是利用蒸汽在做功。说明学生懂得了蒸汽做功的根本原理（是汽体的冲击力）。有了这种创造精神，将来就可能发明有适用价值的产品，而且每个产品都是雏形不断实验改进而完善的。学生在制作教具的过程中，只要有所体验就是收获。

例二，“山涧发电站”示意装置。在一个斜面上钉上两根木条，形成一道山间水槽。表示将山涧常年流水集于所修的水槽之中，用作驱动发电机的动力。再制作一个木头叶轮，叶轮的制作又是培养动脑动手的能力。动脑要去观察实际的水轮机。然后进行仿制。由于所制教具只有一尺多长，制作就是细致工作。制作过程要涉及到工具，如凿子、铇子、尺子、钻子、锯子。由于制作这件教具是一个任务，也是一件作品，胸中有了一个目标，就有一定要做成功的信心。这其中所运用的数学（计算），物理学（力学）。叶轮安装在水槽之上，叶轮外又有一个轮子。轮子也带动发电机转动。安装好后，只有从水槽上方接上水源如自来水，水冲击叶轮转动，叶轮转动又带动发电机转动。这样就能发电了。虽然这是原始的工作原理（现代实际的水力发电，对水的利用，使用的水轮机都是现代化了的），但就是这种原始的工作原理体现了对水力利用的基本原理。

例三，孔明灯的制作。孔明灯，每逢过年，超市里有的卖。只要20元钱就可以买一个，按照操作程序，点燃下面的燃具，张开上面的空间，里面的空气烤热了，孔明灯就升上天空了。但看来简单的东西，由学生自己制作，就要遇到不少的问题。就是由老师制作也不是轻易能完成。因为要涉及到纸质、空间大小，燃具大小，装置等。纸质要靭而轻，燃具的燃料所能发出的热能的多少及能持续的时间，纸应剪成什么形状，怎样粘接，这些都是要遇到的问题，制好后，还要进行实验，能否升入空中。孔明灯所证明的原理是空气的热胀冷缩。空气受热（火烤）膨胀，密度变小，比重变小而上升，这样就把孔明灯带上天空了。证明了空气的热胀上升，可以解释很多自然现象。如风的形成，一处的热空气上升，周围的冷空气流来填补就形成了风等等。孔明灯的制作涉及到对各种力的考虑，如纸质厚重就会增加热空气上升的承重，不易升起来，空间过小，热空气的上浮力不足以提升孔明灯的重量。燃具小，火力不强，不足以烤热空气。燃料不足，不能在空中持续进行。这个过程也让学生体验到，发现了一种原理，要开发成产品，要经历不短的过程，并非有了正确的原理，就能在新产品运用上一次成功。而是要不断试验不断改进才能进入市场。爱迪生发明电灯泡，为了寻找耐烧的乌丝，经历了上千次失败才成功的。

例四，舌簧喇叭的教具制作。无论现代化高科技的喇叭是用怎样的材料，用怎样的结构方式，但其基本原理都是振动发声。振动发声在生活中常见的物体很多，如锣鼓、盆瓢，各种乐器（管弦、打击乐器），以及任何的物体只要敲击振动就能发出声音。这些用不着进行教具制作。但那些发音原理较隐蔽的就能引起学生的好奇心与探索欲。如舌簧喇叭就是其中之一。舌簧喇叭的制作要涉及的知识有电学中的电磁铁，有振动发声的共鸣箱及振动片。（1）电磁铁的制作可以因 陋就简，就地取材。如一颗铁钉，两尺漆包铜导线就可以绕成简易电磁铁。安装在一个框架内，再制一个喇叭形的振动共鸣器（用富于韧性与弹性的高质纸制作），共鸣器的外部中心粘贴一个簿铁圆片，大约一颗小扭扣大。把它安装在挨着电磁铁一端（有一丝缝隙，距离大了，磁力作用不强，完全挨着电磁铁则没有振动的空间余地）。这样，将电磁铁的两个电极（正负极）接出两根导浅，连接在一个坐机电话的送话器上。一人对着送话器说话，不同频律的声音振动送话器上的磁片，形成相同声音频律的电流传到舌簧喇叭上。舌簧喇叭的电磁铁的磁场发生相同频律的变化。电磁铁对共鸣器底部的簿铁片的引力也发生相同频律的变化。簿铁片发生同频律的振动牵动共鸣器也发生同频律的振动。这时就能听见与另一端说话的同样的声音。这个教具证明的原理有两点：一是电磁铁的原理，它的磁力大小随电流强弱的变化而变化。电流的强弱又与声音的振动大小有关。二是声音由振动频律相同，所以喇叭发出的声音就与送话器那端说话的声音相同。三是证明振动发声的大小又与振动的幅度大小有关。

总之，通过教具的制作，能锻炼学生的动手能力，巩固知识的能力，体验科学发明的过程，培养学习兴趣和创造精神。