制个性教具 建物理概念 练深度思维

徐志红

[摘   要]配套的实验器材比较统一，缺少变化，跟不上现行课堂的变化。制作个性化的教具能活跃课堂气氛，化抽象为直观，有利于突破概念的难点，思维的痛点，从而优化课堂教学，提升教学实效。文章以自制“超级滑动变阻器”，让思维“可视化”和自制“超级马蹄形磁体”，让磁感线“可视化”为例，谈自制过程及其在教学中的应用。

[关键词]自制教具;物理概念;深度思维

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）26-0043-02

自制教具就是根据教学实际需要，利用身边的材料制作的用于物理教学的器具，是在科学技术与教学经验的基础上产生的，是一条补充实验器材的有效途径。优秀的个性化教具能活跃课堂气氛，使某些抽象的教学内容变得直观形象，有利于突破概念教学的难点及学生思维的痛点，从而提升课堂教学效果。

一、自制教具的原则

自制教具要为课堂教学服务，故而要遵循一定的原则：（1）教学性：围绕教学核心任务，结合教学经验，解决思维难点，发展科学思维，培养核心素养。（2）科学性：物理是一门理性学科，制作教具要有理论基础，不能有科学性错误。（3）简洁美：教具结构合理，制作简单，演示操作简便。（4）个性化：通过特殊手段揭示物理核心知识、原理，使抽象原理形象化，如“可视化”“放大化”“形象化”等。（5）安全性：有的材料比较危险，不能直接作为教具材料，比如，放射性材料、水银等。如何围绕核心任务彰显自制教具的“个性化”？下面以制作“超级滑动变阻器”和“超级马蹄形磁体”为例，谈谈教具的制作与应用。

二、自制“超级滑动变阻器”，让思维“可视化”

《滑动变阻器》教学的核心任务是让学生理解滑动变阻器的原理——改变接入电路中电阻线的长度，进而改变电阻。其概念的关键及思维难点是：滑动变阻器的哪段电阻线是接入电路中的电阻线？为此用发光的LED灯带绕制“超级滑动变阻器”，让“接入电路中的电阻线”发光，增加视觉体验，促进学生抽象思维的发展。

材料：长约60厘米、直径11厘米的绝缘体PVC管、直径约1 cm 的304不锈钢管、额定电压12 V的10米LED灯带、12 V可充电电源、子母线接头、开关、不锈钢支架2个、不锈钢滑片P、螺丝螺帽若干。

（一）教具制作

1. PVC管处理：在绝缘体PVC管的两端用锯子开两条宽约0.6 cm、长约5 cm的槽。两槽几乎在同一直径上（如图1）。作用是当灯带绕制在PVC管上后，灯带两端各自的母线接头卡在槽中，便于实验时接线。

2.定制支架：支架要到铝合金制作店私人定制。支架间的大圈是固定PVC管的，直径大约11.5厘米。上面小孔是穿金属棒的，直径大约1.2厘米（如图2）。然后将PVC管穿入大圈中选择对应的位置钻孔，便于用螺丝把PVC管固定在支架上。

3.滑片P的制作：也要私人定制（如图3）。上端小孔是穿金属棒的，故而直径比金属棒略大即可。两边要用有弹性的略带弧形的薄钢片作为滑片P，便于和灯带上的金属触点接触。

4. LED灯带的处理：用LED灯带绕在PVC管模拟电阻线，让学生能够直观地看到接入电路中的电阻线。LED灯带的特点是有固定的正负极接线，接反了是不发光的，并且灯和灯之间是并联的，只要接上电源，整条灯带全部发光（如图4）。这不是我们想要的效果，我们想要的效果是滑片P滑到某处时，只有部分LED灯接入电路，并且发光，另外部分LED灯是不发光的，只有这样才能让学生理解“哪一段才是接入电路中的电阻线”。

需要在灯带的负极线路的中间某处用剪刀剪断导线（如图5）。在对应的正极线路处用电烙铁焊上较大的铜块与滑片P接触端，并在A和B两端接上母接线柱便于接线。

然后测试，把灯带A端接电源负极，铜块接电源正极（如图6）。如果灯左段部分发光，而右段部分不发光，说明改接成功。还可以把B端接入电源负极，将会看到右段部分发光。

5.绕制：要求绕制完成后滑片P与灯带上的金属块触点能够相互接触。可预先把滑片P穿入金属棒并安装在支架上，找到P与管接触的位置并做好记号，绕制的时候要让灯带上的金属块触点刚好在此处，以保证滑片P与灯带上的金属触点接触。把改装好的LED灯带绕在PVC管上，圈与圈之间的距离均匀，最后把两端的母接线卡在PVC管两头的槽中（如图7）。

（二）教学应用

如何让学生理解滑动变阻器的原理？主要是理解“哪段电阻线才是接入电路中的电阻线”，使物理观念由“书本知识”转变成“个人知识”，并能自觉运用知识解决实际问题，形成物理观念。

思維难点一：当接上AP接线柱时，接入电路的电阻线是AP段吗？

演示一：当接入AP接线柱时，发现AP段LED灯带发光（如图8），以“可视化”效果证明接入的电阻线确实是AP段。

思维难点二：电阻线是一圈一圈地紧密绕制的，电流会不会直接从A流到B？是否真的是一圈一圈流经很长的电阻线呢？

演示二：拆卸一端的支架，取出A端的接线柱，然后把LED灯一圈一圈地拉出来。此时学生看到电流流经的电阻线真的是那么长。

在思维难点上搭建必要的阶梯，积累大量的感性认识，促使学生的形象思维向抽象思维过渡。

三、自制“超级马蹄形磁体”，让磁感线“可视化”

《电磁感应现象》核心知识是通过实验，探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，其思维难点是“理解怎样的运动才是切割磁感线运动”，为此制作“超级马蹄形磁体”，用激光笔的激光模拟磁感线（如图10），增加“切割磁感线”的视觉体验，促进学生深度思维的发展。

材料：两块强磁体、六支激光笔和分光器、喷雾器、两片U形塑料板、若干小隔板。

（一）教具制作

1.框架的制作：按照要求设计马蹄形磁体框架图，比如“马蹄形”总长50 cm，宽35 cm，U形两边的宽度约10 cm，同时设计一些长约8 cm，宽约2 cm的隔片（可到塑料电子切割制作店定制），然后把两个U形塑料片合成马蹄形磁体框架，中间用塑料胶水粘住隔片，注意隔片的位置要和后面的激光笔、强磁体和喷雾器的位置对应，这样厚度约8 cm的磁体框架就完成了。

2.强磁体的安装：强磁磁性很强，使用时要小心，防止由于强力吸引产生撞击，导致强磁体被撞断。要先判断异名磁极，然后固定在对应的隔片上，注意在安装的时候将两极对应朝内，以保证“超级马蹄形磁体”一端是“N”极，另一端是“S”极。

3.激光笔的安装：购买带有分光器的激光笔，但是要拔去里面的分光玻璃柱，因为不需要分光，只需激光模拟磁感线。把分光器均匀粘在塑料片上，然后穿入激光筆（如图11），可看到6束平行激光射出即可，最后用隔片设计制作卡槽，把激光板插入卡槽中（如图12），激光笔安装完成。

4.喷雾器的安装：在磁体框架的适当位置用隔片粘制喷雾器框架，使喷雾器的喷嘴在上，并且与磁感线上端接近，这样喷雾的时候雾水由于重力向下飘，正好能够显示所有激光的路径（如图13）。

《电磁感应》教学的目的不是让学生记住产生感应电流的条件，而是要让学生理解“怎样的运动才是切割磁感线运动”，通过制作“超级马蹄形磁体”教具，让磁感线“可视化”，为学生搭建思维的阶梯。

（二）教学应用

演示：连接电路，闭合开关，打开激光笔，用激光模拟磁感线，然后让闭合回路的部分导体在磁场中做左右、上下和前后运动，当导线做切割磁感线运动时（切割激光），发现灵敏电流计指针偏转，说明产生了感应电流。强化学生对切割磁感线运动的体验，帮助学生理解电磁感应现象产生的条件——导体做切割磁感线运动。

连接学生思维“痛点”，完成概念的建立，并不是要让学生重走科学家发现规律的每一步，而是引导学生像科学家一样思考问题，带领学生经历发现规律的关键步子，所以教具模型不一定就是真实的物理教具，比如：“超级滑动变阻器”其实不是真实的滑动变阻器，但是它可以帮助学生理解“滑动变阻器原理”。“超级马蹄形磁体”中激光笔也不是真实的磁感线，但是它可以帮助学生理解“怎样的运动才是切割磁感线运动”，从而锻炼学生的深度思维。自制并合理利用“有个性”的教具，以激发学生的学习兴趣、培养学生的创新意识和创新能力，锻炼学生的科学思维。

（责任编辑 易志毅）