DIY科学小制作在初中物理实践活动中的应用

刘立华　李洪清

關键词：初中物理;DIY科学小制作;物理实践活动

中图分类号：G633.7    文献标识码：B    文章编号：1009-010X（2019）29-0059-03

DIY的英文字母取自“Do it yourself”，即“自己动手做”，DIY科学小制作具有结构简单、材料好找、加工容易等特点，是集观察、思考、动手、创新为一体的实践活动，深受学生们的喜爱。

笔者在初中物理的教学过程中发现，DIY科学小制作中包含的许多科学知识与初中物理教学存在关联，如果在初中物理实践教学中选择与物理知识相契合的DIY科学小制作融入到教学活动中来，不仅能激发学生学习物理的兴趣，加深其对物理知识的理解，还能进一步提高学生的动手能力，培养学生的创新意识、创新精神和创新能力，进而实现学生综合素质的提高。笔者在这方面进行过多次尝试，下面以物理实践活动“组装起重机”为例加以说明。

我们采用的是DIY科学小制作“电动起重机自制塔吊”科学实验器材，我们的任务是组装起重机并实际起吊物体，由此探究起重机起吊物体的功率和效率，本课教学用时2课时。

一、活动的第1步：准备好工具

钳子、3mm十字小螺丝刀（螺丝刀批头带有磁性）、刻度尺两把（30cm、15cm）、弹簧测力计、重物、表、电流表、电压表、导线。

二、活动的第2步：动手组装起重机

1.将组件中长黄条的一端和L形黄条用螺丝和螺母连接在一起。

2.长黄条的另一端与底座卡片也同样用螺丝和螺母连接在一起。

3.将底座卡片与黄板用自攻螺丝连接起来。

4.将2个双层皮带轮分别固定在长黄条和L形黄条上，皮带轮小轮一侧朝向黄条，大轮一侧朝外，并用两个轴套卡在铁杆中间。

5.将两个单层大皮带轮固定在L形黄条的顶端，与双层皮带轮一侧的大单层皮带轮紧贴黄条，黄条另一侧用轴套卡在铁杆一侧，铁杆另一端装另一个单层大皮带轮。为了防止打滑，单层皮带轮的中间孔开得较小，第一次将单层大皮带轮装在铁杆上时，可以将零件放在桌上，铁杆顶住零件小孔，用钳子向下轻轻敲击就可以装好挂钩。另外一头绑扎在单层皮带轮内侧的铁杆上，如果绳子打滑，可以在铁杆上粘点双面胶。

6.在马达轴上装好小皮带轮，安装时也可用钳子轻轻敲击完成，然后将马达与线控电池盒连接在一起，并将马达用双面胶固定在黄板上。

7.依次在相邻的皮带轮之间挂上皮带，由此整个装置安装完成。

反思：一张组装说明书，一堆零散的组件，一把钳子，一把十字螺丝刀，这些本不应该出现在物理课上的东西，被我们大胆地引进课堂。在这里学生将亲手进行起重机的组装，整个组装过程不是机械的体力劳动，也不仅仅是在锻炼学生的识图能力、动手能力和脑手眼的协调配合能力，而是学生进行亲身实践的全新过程。在这个过程中学生将会遇到困惑，同时也会引发新的思考，进而可以此激发学生的灵感，给学生带来新的创意，并最终在学生头脑中形成新的问题。实践就是这么的美好，也就是这么的简单，它是从学生亲自动手开始的。

三、活动的第3步：调试起重机

正确装好电池，控制操作按钮，实现起重机的升降，并观察什么情况下起重机提升，什么情况下起重机下降。如果出现不能正常工作的情况，我们要对装置进行部分拆卸重装，并改变皮带轮的上下位置，以最终实现机器的正常运转。

反思：学生们经历千辛万苦组装好的机械，是否能够正常运转呢？总结历次的组装经验，发现学生组装的电动起重机能正常工作的占80%左右，20%左右的学生组装的电动起重机不能正常工作。对于首次启动失败的学生，教师要引导他们通过努力找出自己的问题所在，然后再进行重装改进，这是必要而有意义的。在此过程中，他们发现问题解决问题的能力能得到锻炼和提升。

四、活动的第4步：起吊重物

利用起重机起吊重物，并在起吊过程中进行相关物理量的测量。

1.组装电路，使电流表测量电动机电流I，电压表测量电动机电压U。

2.用弹簧测力计测量重物的重力G，并将重物放在起重机的挂篮上。

3.用双面胶竖直固定30cm的刻度尺，并用另一把直尺配合进行重物提升高度h后相关物理量的测量。

4.按下开关接通电路，调整重物使其从刻度尺的“0”刻度线开始向上提升。控制开关按钮的学生右手控制开关，同时左手握秒表计录时间，另一名学生负责读取两个电表的示数，并用刻度尺测量重物被提升的高度，即两名学生分工合作完成测量，然后重复以上实验步骤进行多组数据的收集（见表1）。

表1

反思：在起重机起吊重物的过程中进行相关物理量的测量，该实验作为非物理教材实验出现，本身就是对物理常规实验教学的一个突破。学生对新鲜事物总是充满好奇心，把物理知识融入到学生充满兴趣的实践活动当中，能够起到鼓励学生创新、激发学生联想、促使学生进行探究的作用。作为一次物理综合实践活动，“组装起重机”融入了更多的物理教学元素，可让学生在实践中体验物理学习的乐趣，进而可以此培养学生的学习兴趣和创新精神。

在这个环节中，要完成五项数据的读取并记录，两名学生要合理分工、紧密合作、共同完成数据的测量和记录。教师在此过程中要适时地加以指导，以避免学生在测量记录时手忙脚乱、顾此失彼。

五、活动的第5步：探究起重机的功率和效率

根据实验得到的数据，运用物理知识解决实际问题。随机选取一组学生实验测得的数据，根据公式W有=Gh、P有=W/t、W总=UIt、P总=UI、η=W有/W总计算相关物理量（见表2）。

表2

反思：经历了组装、调试、提升物体的动手环节之后，学生要把亲手获得的测量结果上升到更高的理论层次，这是让学生动脑的重要环节。如此学生将进一步深化对电功率、有用功、总功等物理概念的理解;也有利于学生掌握机械效率的求解方法;还有利于强化学生的计算能力，同时提高学生的数据分析和处理能力。

六、活动的第6步：师、生共同反思

（一）教师反思

荀子在《荀子·儒效》中指出：“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之，学至于行之而止矣。”此文揭示出学会有三层境界，第一层“听会”，第二层“看会”，第三层“做会”，即听到的会忘记，看到的能记住，做过的才明白。“做”即为实践，实践是学习的最高层次。因为学生学习物理要实现“在做中学”的目标，所以教师要为学生创造更多的实践机会，在物理实践活动中引入DIY科学小制作无疑是为物理实践活动增加了一个新的着力点。

（二）学生反思

2个课时的学习，学生经历了“做学合一”的实践过程，引发了他们的思考，下面笔者将学生在课上生成的部分典型问题整理如下。

1.起重机上的双层皮带轮和单层皮带轮与在物理课本上学到的动滑轮、定滑轮有何异同？

2.为何按动绿色按钮起重机上提物体，按动红色按钮起重机向下运动？

3.起重机工作时马达的电压为何低于电源电压？

4.电机不挂皮带通电运转和挂上皮带带动起重机通电运转，电压表示数为何不同？

5.怎样改进实验方法使测量的数据更准确？

6.起重机的机械效率为何这么小？

7.怎样才能提高装置的效率？

面对这些问题，笔者内心感到快慰、欣喜，尽管有些问题还不能得到圆满解决，但起码我们都迈出了引导学生探究未知、开拓创新的第一步。