自制教具 让物理课堂“摇曳多姿”

陈显丽

【摘 要】本文阐述利用水瓶、气球、花粉、墨汁、纸团等看似非常普通的物体来制作教具，向学生演示超重失重、布朗运动、自由落体等物理现象，使得物理课堂变得活泼生动。

【关键词】物理教学 自制教具 演示实验

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）05B-0136-02

高中阶段的學生，其思维方式处在由感性认知向理性认知转变的过程，在高中物理课堂上，相关知识点经过感性化的演化后，便更易于学生去接受，物理实验的重要意义便在于此。但是，实验教室与平时授课的教室是分开的，并且实验课需要进行大量的课前准备。为此，在普通课堂上，物理老师可以通过自制教具的方法，让抽象的知识在自制教具的帮助变得形象化，更方便学生理解和掌握，且培养学生的创新思维。这样的教具来源于生活、易于制作、便于接受，因而成为高中物理课堂上被广泛使用的教学工具。通过使用水、气球、花粉、墨汁、纸团等看似非常普通的物体，可向学生演示超重、失重、布朗运动、自由落体等物理现象，使得物理课堂也变得“摇曳多姿”。

一、水瓶气球，演示超重失重

超重和失重现象是在特定的生活环境下才可能发生，并且学生对超重和失重仅凭自己感官上的感受是无法去理解的，所以就需要老师去采取一些直观的手段来表达，使其达到教学目标，那么这时，自制教具便可发挥巨大的作用。

在人教版高中物理必修1《超重与失重》一课中，详细地讲解了超重与失重的定义，但是对超重与失重的现象并未有详细的实验演示，只是告诉学生当物体的压力大于物体所受重力时，其处于超重状态；而压力小于其重力时，物体处于失重状态。这时老师可以借助日常生活中的常见物体：气球和水，来设计一个演示超重与失重现象的简易演示装置。这样的实验器材非常简单，也就是矿泉水瓶、自来水和气球而已。首先，将矿泉水瓶的底部用小刀切开一个大约 3 cm 的小口；其次，将气球固定在矿泉水瓶的瓶口；再次，在矿泉水瓶内灌入半瓶水。至此，演示实验的准备工作结束，开始进行演示。老师手提水瓶加速上升，学生可以观察到瓶口的气球会突然增大，如果加速比较快的情况下，气球还有可能发生爆裂的现象。这时，老师带领学生去分析，在第一种情况下，水对气球的作用力增大，具有向上的加速度，此时就是超重现象。接下来，老师手握水瓶，让其做自由落体运动，此时学生可以看到气球体积明显缩小，水对气球几乎没有作用力的作用。水瓶在具有向下加速的情况下，就是失重现象。然后，分析两种状态下的受力情况，这样学生便可以很好地理解超重和失重的概念。

用这个装置来演示超重和失重现象，所用器材简单、演示的效果明显，学生可以非常迅速地理解超重与失重，如此简单的演示实验却能提高物理课堂的效率。

二、花粉墨汁，模拟布朗运动

布朗运动指微观粒子的无规律运动，属于微观粒子的研究方向，单凭用肉眼是无法观察到的，因此，花粉、墨汁、显微镜便成为观察布朗运动的不二选择。人教版高中物理选修1-2《第一章分子动理论 热运动》中，小粒子之间的无规则运动称之为布朗运动。布朗运动属于微观世界的现象，所以在教材中只是给出了类似于金属原子的相互侵蚀、花粉的飘散等例子，学生并没有对布朗运动有感性的认识。因此，在课堂上老师可以使用花粉、墨汁、显微镜等简易的设备来帮助学生去理解布朗运动。首先，老师将新鲜的花粉放置在显微镜的载玻片上，用 45×15 的高倍显微镜进行观察，可以仔细地观察到每颗花粉的蓝绿色的颗粒在做无规则的运动，颗粒均匀、色泽鲜艳，这些运动就是布朗运动。其次，将常见的浓墨水滴到载玻片上，也可以清楚地看到布朗运动。这样，学生在老师安装好的显微镜设备中亲自观察到布朗运动，便可以自己总结出布朗运动的规律：小粒子、无规律运动。这样，更加容易地认识和理解布朗运动。

一瓣花瓣、一滴墨水，里面蕴藏着布朗运动的内涵。老师自制的载玻片帮助学生打开了学习微观世界的一扇大门，让学生在物理课堂上带着好奇的心去了解未知的世界。

三、纸团落下，揭示自由落体

关于自由落体运动的研究，从亚里士多德到伽利略，已经展开了许多形式多样的验证实验。课本上所呈现出来的验证实验在绝大多数的情况下学生只能当作是故事，而不能掌握其中的精髓。如果老师将历史场景在课堂上呈现，便可以增大学生的兴趣。

在人教版高中物理必修1《第二章匀变速直线运动的研究》一文中，对自由落体运动的历史研究进程进行详细讲解，其目的是帮助学生理解和自由落体有关的各个物理量之间的关系。其实，老师用一张纸便可以向学生解释自由落体的相关参数。这个演示实验分为以下三个过程：

（1）石头与纸片从同一高度静止落下，观察到的现象，说明什么问题？

（2）将半张纸揉成一团，与一张平整的纸同时从同一高度静止下落，那么观察到的现象说明什么问题？

（3）两张相同的纸，其中一张揉成纸团，两者同时从同一高度静止落下，观察到的现象说明了什么问题？

分析问题（1），我们可以观察到石头比纸片下落的要快很多，这样的结论与两千多年前亚里士多德观察到的现象以及结论是相同的，即物体越重，下落越快。而对于问题（2），观察的最终结论是半张纸比一张纸下落的要快很多，在这个演示中，轻的物体下落得要快。对于问题（3），相同质量的纸，纸团比纸片下落得更快。根据这三个对比演示实验的最终结果，学生在课堂上可以得出，自由落体下落时间与物体的重量无关，而下落快慢的区别是与空气阻力的作用有很大的关系。

这种用自制教具的方法去演示和研究自由落体运动，虽然过程非常简单，但是却可以快速地得出正确的结论，大大提高了课堂的效率。

四、利用简单装置，制作测微器

学习的最终目的是为了应用。在高中物理阶段，有很多的物理定律是可以应用到实际当中的。学生在运用知识的过程中，一方面可以更好地理解和掌握所学知识，另一方面可以极大地提高学生综合分析问题的能力。

在人教版高中物理必修1学习结束时，学生已经将力学方面的知识进行了全面的掌握。这个时候，老师可以给学生提供思路，鼓励学生去进行自我创新。其中，有同学便制作了物体微小形变演示仪，这个形变演示仪也是从老式的杆秤中得到启发。学生利用杠杆原理，将重物悬挂在一个水平方向的横梁上，此时横梁发生了一个微小的形变，而这个形变用肉眼是无法观察到的。这时可以制作测微器，借助杠杆装置对微小的形变进行机械式的放大，将放大过后的形变传递给指针式仪表，这时仪表盘上的指针偏转便是形变，而指针偏转角度的大小是与形变的大小有关。学生有这样的创新想法，笔者便跟他们一块儿完成设计与制作。进行形变演示后，笔者还鼓励学生对其进行改进，制作“二代测力计”，这样，通过指示针的读数，学生便可以通过读数来知道横梁端部重物的质量。这种鼓励创新的课堂教具发明，不仅能更好地帮助学生掌握知识，而且能极大地激发学生学习物理的兴趣，为接下来的课程学习打下了很好的基础。

自制教具不仅能帮助老师更好地讲解物理知识，而且能激发学生应用物理知识解决问题的意识，提高学生应用知识的能力，形成综合运用知识的好习惯。

在物理课堂上充分地运用自制教具，让学生在自制教具的指引下去更形象地理解知识，在感性认识和理性认识之间架起一道容易跨越的桥梁。这既帮助了学生，又帮助了老师，更使原本枯燥的物理课堂熠熠生辉，摇曳多姿。

【参考文献】

[1]邱海燕.浅谈自制教具与高中物理实验教学[J].中国科技教育，2013（1）

[2]李安发.自制教育在物理教学中的有效应用[J].中学物理，2012（16）

[3]张立娜.自制教具在高中物理教学中的作用[J].中国教育技术装备，2012（22）

（责编 卢建龙）