自制教具在中学物理教学中的作用及实例展示
xxxx
摘 要简述了物理教具制作与研究的必要性和现实意义论述了物理教具设计的基本思想和要求并以电容器充放电演示仪与多用玻璃瓶的制作及演示为例证实之。
关键词教具物理教学电容器充放电玻璃瓶
AbstractDescription of the physical design of learning materials and the necessity and significance. Discusses the basic ideas of physical teaching aids design and requirements and to charge and discharge the capacitor Demonstrator and the use of multi-purpose glass bottles and presentation as an example and confirmation. Keywordsinstrument physics teaching Capacitor service charge capacitorsglass bottles
0 引言 物理学是一门以实验为基础的基础学科各类仪器广泛地应用于物理学的教学和科研中。在基础教育阶段教学仪器主要分为商品教具和师生自制教具。自制教具是师生为适应教学需要、改革教学方法而自行设计的形象化教学器具虽然它在数量上远远少于商品教具在规范性、功能、外观上也比不上商品教具但它却凝聚、体现着第一线教师丰富的教学经验是教学科研成果的重要形式之一。《中学物理教学大纲》中明确指出“要发动学生和教师一起自制教具” 。开展自制教具活动有助于培养创新精神和增强实践能力是教学改革的重要活动它正日益受到各级领导和广大教师的重视。设计和制作直观具体、形象生动的教具能很好地突破教学的重、难点从而达到从感性到理性从具体到抽象从简单到复杂的教学目的是教学成败的关键。下面从几个方面阐述自制教具的意义及作用以及如何设计和制作物理教具并以自制电容器的充放电演示仪以及多用玻璃瓶演示仪为例展示。
1自制教具的必要性和现实意义 物理学是以实验为基础的科学。没有物理实验就没有物理学。物理实验也是物理教学的基础可以说没有物理实验也就没有物理教学。然而长期以来师生对物理学科的本质特性对物理教学的根本任务认识还不够到位即便是认识到了但囿于学校教学条件差缺乏物理教学的实验仪器和设备。故此在物理教学中只强调对理论知识的传授不注重物理实验教学或者是“只能在黑板上做实验”。这种现象在本省中学特别是农村中学极为普遍。这样下来许多学生虽然在中学已经学习了几年的物理知识但仍然不能理论联系实际应用物理学的知识和技能解决实际问题的能力极为低下。从客观上讲我省大部分贫困地区教育基础差起点低教育资金严重匮乏而物理实验教学的支出相对又大配备必要的物理实验仪器一时难以做到许多农村中学根本就没有实验室致使这些中学要普及物理实验教学的确是十分艰难的事情。虽然说“中? 学校长物理教师难为无米之炊”然而借鉴其它省份同类学校成功的经验倡导、鼓励、发动师生自力更生、周陋就简、因地制宜地研制物理教具强化物理实验不失为一种切实可行的好办法其中的关键环节是物理教师既要有克服困难、知难而上的意识更要具备一定的物理实验能力、操作技能和教具制作能力。
2教具制作在教学中的作用。 观察和实验是学习物理的基础也是物理教学的重要手段。制作教具与使用教具对学生的感性知识的形成提高直观教学效果具有独特作用。自制教具一方面可以弥补学校实验仪器的不足另一方面又能充分利用学校实验室设备条件有针对性地设计制作教具演示物理现象创设物理情景激发学生学习物理知识的兴趣培养学生的能力。自制教具在物理教学中作用很大具体体现以下几个方面
2.1给学生提供丰富的感性材料 观察和实验是物理产生和发展的基础物理实验在物理教学中的作用是不言而喻的。自制教具就可以有针对性进行演示。自制教具还能针对学生的疑难问题设计有引导作用的实验。有这样一道题“浮在盆中的小塑料盒内有一金属块若把金属块从小盒中拿出来投入水中问盆中的水面高度如何变化”这个问题如果用数学方法演示给学生看虽然学生也能勉强接受老师的解答但对结论不是很信服如果取一简单的仪器设计一个实验
来演示问题很容易讲清楚又如有些学生对“同种液体产生的压强大小只决定于深度而与容器的横截面大小无关”不易理解。我们用两个尽量相同的气球都装了水其中一个气球接粗玻璃管另一个气球接一根细玻璃管在玻璃管中灌水。通过比较可以看出气球膨胀的大小与玻璃中水的高度有关而与玻璃管的粗细无关。
2.2激发学生对物理课的兴趣 物理学以其丰富多彩的实验为培养学生学习兴趣提供条件。例如学生喜欢打陀螺我们就让学生在陀螺上描上红、绿、蓝三中种颜色使陀螺转动将三种颜色混合。通过实验启发学生掌握物理知识。又如学生喜欢玩具电动机、可以让学生用硬纸片做多种不同颜色的纸片拼成原盘来实验。这样寓教于乐的例子是很多的。在讲“物体沉浮条件应用”后我们发动学生去观察鱼在水中的浮沉情况学生通过观察发现鱼和潜水艇相仿能在水中自由的上浮下沉那么鱼又是靠改变什么来达到上浮或下沉的目的的呢为了搞清楚我们又动员学生去观看杀鱼看看鱼鳔里是不是有水这样通过创造条件做实验既解决了问题学生又感兴趣。
2.3 加强理论与实践的联系 无论是老师还是学生自制教具的过程无疑是把物理知识应用到具体的实践中去通过教具的制作可以检验自己设计的合理性和所学到知识的正确性。如果让广大师生都来自己动手设计、制作仪器能使学生在掌握教材的基础上吸收实验经验和实际知识来充实自己加深对理论的理解提高运用所学理论解决实际问题的能力从而掌握比 较全面的知识也是克服目前存在片面追求升学率沉溺于“题海”的有效措施之一。
2.4 提高仪器的利用率、改善了实验的效果? 中学物理演示实验的主要目的就是要最大限度地重视自然界中的物理现象通过演示来唤醒沉睡在学生头脑中对自然现象的记忆。把自然现象、生活实际和课堂教学融合起来。例如用二个卷纸筒一个凸透镜一块毛玻璃就可以制作一个照相机模型。学生通过实验都能熟练掌握相机的焦距原理。 自制教具还可以发挥一物多用的特点例如用注射器可以装配成水压机模型可以做液体沸点与压强关系演示实验中的抽气机还可以做测量大气压强的实验等。 自制教具还可以改进某些演示实验达到简化操作手续缩短实验时间改善实验效果的目的使学生能更加集中注意力观察主要的物理过程例如在演示气体热膨胀时将一个气球装在一根玻璃管上玻璃管下端连接一个烧瓶把烧瓶浸入到热水中时气球就会膨胀起来通过这样的改进实验的可见度大大提高了。
3.如何制作教具
3.1物理教具设计的基本思想 物理教具的设计首先是为教学内容服务的设计的教具应当作为辅助教学的工具。它能够准确地、形象地展示物理现象或揭示其教学规律便于教师教学也便于学生学习。其次教具的设计必须是切实可行的。根据学校的实际情况能够提供多少物力和财力量力而行最好是就地取材、因陋就简。最后教具的设计还要考虑趣味性中学生正处在青春期他们对周围的世界有着广泛的兴趣。物理教学本身就有许多有趣的东西如果我们能在教学中把这些有趣的东西结合起来就会激发起学生学习的热情从而收到良好的教学效果。
3.2物理教具的设计要求 物理教具的设计要求一般有以下几条
1教具能正确地说明问题能揭示事物的本质使学生观察到的现象是明显的、突出的。
2结构简单使用方便。物理实验用的教具以结构简单为好要让学生一眼就能看清楚教具的各个部件能直接看出教具所揭示的物理内容。
3自制的教具必须有较好的稳定性较高的实验成功率。如果教具在实验过程中很难操作或者实验成功率低这样的教具给学生演示学生会愈看愈糊涂他们会感到物理难学产生学习物理的消极情绪和畏难情绪。
4记录数据要准确利于实验结果的统计与分析。
5要有足够的可见度。好的演示仪器要有明显的效果可观察性要强演示时要尽量能让所有参与的同学都能看得清楚。
6尽量使一个教具具有多种功能。
7自制教具要就地取材因陋就简。
8设计教具应该注意使用安全和保管方便。
4实例展示
4.1电容器充电、放电演示器
4.1.1原理 电容器是电气设备中的一个重要元件在实际中有广泛的应用。在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质-电介质就组成一个最简单的电容器。实际上任何两个彼此绝缘又像个很近的导体就可以看着一个电容器。 把电容器的一个极板与电源的正极相连另一个极板与负极相连两个极板上分别带上了等量的异种电荷这个过程叫做充电。如果把充电后的电容器的两极板接通两极板上的电荷互相中和电容器就不带电这个过程叫做放电。将电容器与电源相连电容器两极板带上等量异种电荷说明电荷由电源转移到了电容器上电荷的这一转移过程将使整个回路产生电流同理电容器的放电过程也将在回路中产生电流。电流是看不见的如何将电荷的移动直观形象地展示在学生面前化抽象为具体这里笔者将两块电流表串联在电路中电路中有电流流过时电流表的指针会发生偏转。这样就将不易观察到的现象转化为可观察的具体事例了。电容器的充放电是一个短暂的过程且充电与放电时电流的方向是相反的为了体现电容器的这一特点笔者将两支不同颜色的发光二极管反向并联后再串联入电路中电容器的充电与放电过程中相应的发光二极管闪亮一下这可以体现出充放电时间的短暂而充电与放电过程对应着不同颜色的二极管发光说明充电与放电过程电路中电流的方向是相反的。电容器在充放电过程中其两端的电压会发生怎样的变化呢笔者在设计时将一块电压表并联在电容器两侧这样就可以通过电压表指针的变化来判断出电容器充放电过程器两端的电压变化规律了。 4.1.2器材及制作 1长50cm 、宽35cm 的三层板固定在木板上。
2三层板正面画如图1所示的电路图背面布电线各元件均装在相对应的符号旁边。 3单刀双掷开关有三个接线端分别是B 、A 、C 端也可装小型的单刀双掷拨子开关。
41A表和2A 表用的是永胜电表厂生产的99C1-A 型微安表此表可见度大也可装其他演示电表固定在板上1A 表和2A 表演示时用导线连接在板上的接线柱上。
5电压表V 用的是普通直流电压表量程为0-6V 装在板上与电容器并联。
6电源用天津耀华电子仪器厂生产的J120z 一1型学生电源的稳压直流电压端电 压为0-30伏。
7电容是1000uF6.3V 的电解电容装在板上电解电容图示的旁边。
8发光二极管共4只其中红的2只绿的2只装在板上。
4.1.3用途演示电容器的充电和放电现象。
4.1.4使用演示前向学生介绍预备知识二则 1二极管具有单向导电性 电流只能从二极管元件符号上箭头所指的方向流过 2若电流表指针由中间0处向右偏转说明电流从“”接线柱流入从“-”接线柱流出 若指针由中间0处向左偏转说明电流从 “-”接线柱流 从 “”接线柱流出。
4.1.5演示电容器充电现象 方法按照正面电路图在三合板背面接好线闭合单刀双掷开关至B 端给电容器充电。现象1A 表的指针向右偏转至最大、2A 表的指针向左偏转至最大同时两只红色发光二极管都先闪亮一下如图2后两表指针都慢慢回到中间处红色发光二极管变暗熄灭如图3。此过程中电压表的指针慢慢向右偏转、至示数达到6.3V 与电源的电压相等时停止。 分析从1A 表指针向右偏转和2A 表的指针向左偏转以及红色发光二极管闪亮 说明电容器充电时电流方向是从电源的正极流向电容器的正极从电容器的负极流向电源的负极。 两表指针回到中间处红色发光二极管暗熄灭电解电容器正负极的电压为6.3伏说明当电容器的正负两极极板所充的电荷而形成的电压与电源的电压相等时充电停止电路就没有电流。
4.1.6演示电容器放电现象 方法把开关与B 端分开闭合到C 端给电容器放电现象1A 、2A 两块微安表的指针都向左偏转 至最大后慢慢回到中间处 同时两只绿色发光二极管都先闪亮一
下如图4 后变暗熄灭电压表的的指针由6.3V 处慢慢的回到零刻线处如图5。 分析从1A 、2A 两块微安表的指针都向左偏转和两只绿色发光二极管闪亮一下说明电容器放电电流与原充电时的电流方向相反 从电容器正极出发经过上边绿色发光二极管叉从2A 表的“-”端流入从“”端流出再流过下边绿色发光二极管从1A 表的 “-”端流入从“-”端流出最后到达电容器的负极端。从绿色发光二极管熄灭 1A、2A 两表示数为零电压表指针指零 说明电容器放电过程中随着电流流动电容器两极极板之间的电压输出逐渐降低直到两极极板的正负电荷完全中和。
4.1.7演示效果 电容器的充放电过程是电容器工作的最基本的过程。在此过程中电路中的电流和电压都是瞬态变化量而且是看不到、摸不着的。该演示器能用电流表、发光二极管的亮暗显示充放电过程电流的变化规律用电压表的示数显示电路中电容器两极板间电压的变化规律。这样就把抽象的概念变成了形象直观的过程。使用这套教具进行课堂教学它的有效作用是帮助学生建立直观感性认识在讲授电容器的充放电原理时老师引导学生对教具的直接观察在理论联系实际的教学中激发学生的学习兴趣启发学生的积极思维学生通过分析思考提出问题从而使抽象结构具体化深奥的原理形象化不但使这部分内容变得容易理解和接受而且还容易引起学生对物理学科的学习兴趣激发学习热情保持注意力的集中并有利于培养学生的观察能力及动手操作能力提高教学质量。
4.2玻璃瓶的妙用
4.2.1器材及制作 250ml玻璃瓶一个、毛细玻璃管一根、橡皮塞一块如图6所示将毛细玻璃管穿插在橡皮塞中并将橡皮塞紧紧的套入玻璃瓶中。其设计优点在于简单、巧妙、可一物多用。
4.2.2演示 1演示微小形变 盛装液体于玻璃瓶中为便于观察建议盛装有色液体调节毛细管中液柱高度刚好置于管中部如图7甲然后用两 手掌握住玻璃瓶稍用力挤压液柱上升可明显地将微小形变放大如图7乙。
2演示汽化吸热 用一块毛巾醮酒精包在玻璃瓶外壁上片刻后管中液柱下降说明酒精汽化吸热导致瓶中液体温度降低然后冷缩。
3演示热胀冷缩 盛装液体于玻璃瓶中同样为便于观察建议盛装有色液体调节毛细管中液柱高度刚好置于管中部然后将玻璃瓶置于盛有热水的水槽中可观察到玻璃管中的液面逐渐上升说明玻璃瓶中的液体受热膨胀再将玻璃瓶置于盛有冷水的水槽中可观察到玻璃管中的液面下降此现象说明玻璃瓶中的液体遇冷体积缩小。 4演示颜色与吸热 用同规格的二玻璃瓶和同规格的毛细管、橡皮塞各做一如图6所示的演示器二玻璃瓶中盛等量的有色液体。将其中一瓶外壁用碳素墨水涂黑调节二毛细管中液面处于同样的高度然后用300w 的辐射加热灯同时照射加热可见涂黑瓶的毛细管液面上升明显要快要高一些若将二瓶涂成不同颜色或不同深浅的同种颜色所见现象相同说明物体颜色不同、深浅不同对光热的吸收是不同的颜色越深对光热的吸收能力越强。
5演示液体内部压强特性 在图6所示的演示器中放一15ml 左右的小气球用细线系住并穿入毛细管中气球下系一小金属棒向玻璃瓶中注入透明液体在细管上方拉动细线使气球在玻璃瓶中上下移动此时可观察到气球的体积随着其在玻璃瓶中的深度变化而变化说明液体内部压强随着深度变化而变化。
4.2.3演示效果 热胀冷缩、汽化吸热、微小形变等物理现象在中学物理的教学中一直被列为教学难点之列其原因在于这些现象在生活中不易观察到在学生的直观意识里它们是模糊不清的。就算是在教室讲解后学生也只能是死记结论。而通过这些日常生活中能接触到的装置来演示这些现象将物理与生活联系起来不仅能使学生们从根本上理解物理规律突破教学的难点还能激发学生们对物理的学习兴趣。
5.结束语 实践证明自制教具中呈现出的新奇物理现象和成功的制作能自然地引起学生浓厚的兴趣激发他们的探究心理。而且实验一旦有所收获有所创新有所前进就会使趣味性更加稳
定就会继续探索继续登攀从而喜欢物理热爱科学。自制教具是一项科学、高尚、勤劳的探索性实验教学活动具有一定的教育价值和教学功能。它的意义不仅超出了仪器使用的范畴也远远超出经济的范畴在教育现代化教学手段现代化的新形势下它更凸显了时代特色并在不断的创新中显现出更为重要的作用。自制教具已经成为学校教育教学工作的一个重要组成部分。 总之鉴于我省目前中学物理实验教学现状自制教具既可以培养师生的创造能力和开阔学生思维也是解决当前仪器不足提高教学效果的有效途径。因此在教学工作中加强教具的研究与制作养成设计和制作教具的习惯对于教学工作是很有很大帮助的这也是一个优秀物理教师的必备条件。
参考文献
1包亮. 中学物理教具设计与制作J 《新课程学习社会综合》200903. 2陈小莉. 中学物理教学法实验课改革初探--开展自制教具学具技能训练J 安康师专学报 2003 03 3刘有菊. 中学物理教学中的自制教具J 保山师专学报 200004 4李明洪. 自制教具:农村中学物理实验教学的重要一环J 贵州教育 200517 5郝志方. 浅谈自制教具与中学物理教学效果J 现代教育科学 200504 6顾霞. 自制教具与中学物理教学J 教学仪器与实验 200501 7胡世强冯斌. 自制教具与实验教学J 教学仪器与实验 199903 8陈令英. 浅谈自制教具的意义和方法J 教学仪器与实验 199705 9物理M. 人民教育出版杜物理室、中国教育学会物理教学研究会编人民教育出版社.2003 10张道清刘晓莹 .杨茂杏. 新课标下初中物理自制教具的探讨J. 物理教学探讨200902. 11吕冬梅葛永文. 中学物理教具制作J 中学物理教学参考200109. 12张伟. 论物理自制教具对落实新课程标准的教学价值J .新课程200312 13黄树清. 中学物理自制教具设计制作的研究与实践J. 物理通报2001
自制教具在中学物理教学中的作用及实例展示
xxxx
摘 要简述了物理教具制作与研究的必要性和现实意义论述了物理教具设计的基本思想和要求并以电容器充放电演示仪与多用玻璃瓶的制作及演示为例证实之。
关键词教具物理教学电容器充放电玻璃瓶
AbstractDescription of the physical design of learning materials and the necessity and significance. Discusses the basic ideas of physical teaching aids design and requirements and to charge and discharge the capacitor Demonstrator and the use of multi-purpose glass bottles and presentation as an example and confirmation. Keywordsinstrument physics teaching Capacitor service charge capacitorsglass bottles
0 引言 物理学是一门以实验为基础的基础学科各类仪器广泛地应用于物理学的教学和科研中。在基础教育阶段教学仪器主要分为商品教具和师生自制教具。自制教具是师生为适应教学需要、改革教学方法而自行设计的形象化教学器具虽然它在数量上远远少于商品教具在规范性、功能、外观上也比不上商品教具但它却凝聚、体现着第一线教师丰富的教学经验是教学科研成果的重要形式之一。《中学物理教学大纲》中明确指出“要发动学生和教师一起自制教具” 。开展自制教具活动有助于培养创新精神和增强实践能力是教学改革的重要活动它正日益受到各级领导和广大教师的重视。设计和制作直观具体、形象生动的教具能很好地突破教学的重、难点从而达到从感性到理性从具体到抽象从简单到复杂的教学目的是教学成败的关键。下面从几个方面阐述自制教具的意义及作用以及如何设计和制作物理教具并以自制电容器的充放电演示仪以及多用玻璃瓶演示仪为例展示。
1自制教具的必要性和现实意义 物理学是以实验为基础的科学。没有物理实验就没有物理学。物理实验也是物理教学的基础可以说没有物理实验也就没有物理教学。然而长期以来师生对物理学科的本质特性对物理教学的根本任务认识还不够到位即便是认识到了但囿于学校教学条件差缺乏物理教学的实验仪器和设备。故此在物理教学中只强调对理论知识的传授不注重物理实验教学或者是“只能在黑板上做实验”。这种现象在本省中学特别是农村中学极为普遍。这样下来许多学生虽然在中学已经学习了几年的物理知识但仍然不能理论联系实际应用物理学的知识和技能解决实际问题的能力极为低下。从客观上讲我省大部分贫困地区教育基础差起点低教育资金严重匮乏而物理实验教学的支出相对又大配备必要的物理实验仪器一时难以做到许多农村中学根本就没有实验室致使这些中学要普及物理实验教学的确是十分艰难的事情。虽然说“中? 学校长物理教师难为无米之炊”然而借鉴其它省份同类学校成功的经验倡导、鼓励、发动师生自力更生、周陋就简、因地制宜地研制物理教具强化物理实验不失为一种切实可行的好办法其中的关键环节是物理教师既要有克服困难、知难而上的意识更要具备一定的物理实验能力、操作技能和教具制作能力。
2教具制作在教学中的作用。 观察和实验是学习物理的基础也是物理教学的重要手段。制作教具与使用教具对学生的感性知识的形成提高直观教学效果具有独特作用。自制教具一方面可以弥补学校实验仪器的不足另一方面又能充分利用学校实验室设备条件有针对性地设计制作教具演示物理现象创设物理情景激发学生学习物理知识的兴趣培养学生的能力。自制教具在物理教学中作用很大具体体现以下几个方面
2.1给学生提供丰富的感性材料 观察和实验是物理产生和发展的基础物理实验在物理教学中的作用是不言而喻的。自制教具就可以有针对性进行演示。自制教具还能针对学生的疑难问题设计有引导作用的实验。有这样一道题“浮在盆中的小塑料盒内有一金属块若把金属块从小盒中拿出来投入水中问盆中的水面高度如何变化”这个问题如果用数学方法演示给学生看虽然学生也能勉强接受老师的解答但对结论不是很信服如果取一简单的仪器设计一个实验
来演示问题很容易讲清楚又如有些学生对“同种液体产生的压强大小只决定于深度而与容器的横截面大小无关”不易理解。我们用两个尽量相同的气球都装了水其中一个气球接粗玻璃管另一个气球接一根细玻璃管在玻璃管中灌水。通过比较可以看出气球膨胀的大小与玻璃中水的高度有关而与玻璃管的粗细无关。
2.2激发学生对物理课的兴趣 物理学以其丰富多彩的实验为培养学生学习兴趣提供条件。例如学生喜欢打陀螺我们就让学生在陀螺上描上红、绿、蓝三中种颜色使陀螺转动将三种颜色混合。通过实验启发学生掌握物理知识。又如学生喜欢玩具电动机、可以让学生用硬纸片做多种不同颜色的纸片拼成原盘来实验。这样寓教于乐的例子是很多的。在讲“物体沉浮条件应用”后我们发动学生去观察鱼在水中的浮沉情况学生通过观察发现鱼和潜水艇相仿能在水中自由的上浮下沉那么鱼又是靠改变什么来达到上浮或下沉的目的的呢为了搞清楚我们又动员学生去观看杀鱼看看鱼鳔里是不是有水这样通过创造条件做实验既解决了问题学生又感兴趣。
2.3 加强理论与实践的联系 无论是老师还是学生自制教具的过程无疑是把物理知识应用到具体的实践中去通过教具的制作可以检验自己设计的合理性和所学到知识的正确性。如果让广大师生都来自己动手设计、制作仪器能使学生在掌握教材的基础上吸收实验经验和实际知识来充实自己加深对理论的理解提高运用所学理论解决实际问题的能力从而掌握比 较全面的知识也是克服目前存在片面追求升学率沉溺于“题海”的有效措施之一。
2.4 提高仪器的利用率、改善了实验的效果? 中学物理演示实验的主要目的就是要最大限度地重视自然界中的物理现象通过演示来唤醒沉睡在学生头脑中对自然现象的记忆。把自然现象、生活实际和课堂教学融合起来。例如用二个卷纸筒一个凸透镜一块毛玻璃就可以制作一个照相机模型。学生通过实验都能熟练掌握相机的焦距原理。 自制教具还可以发挥一物多用的特点例如用注射器可以装配成水压机模型可以做液体沸点与压强关系演示实验中的抽气机还可以做测量大气压强的实验等。 自制教具还可以改进某些演示实验达到简化操作手续缩短实验时间改善实验效果的目的使学生能更加集中注意力观察主要的物理过程例如在演示气体热膨胀时将一个气球装在一根玻璃管上玻璃管下端连接一个烧瓶把烧瓶浸入到热水中时气球就会膨胀起来通过这样的改进实验的可见度大大提高了。
3.如何制作教具
3.1物理教具设计的基本思想 物理教具的设计首先是为教学内容服务的设计的教具应当作为辅助教学的工具。它能够准确地、形象地展示物理现象或揭示其教学规律便于教师教学也便于学生学习。其次教具的设计必须是切实可行的。根据学校的实际情况能够提供多少物力和财力量力而行最好是就地取材、因陋就简。最后教具的设计还要考虑趣味性中学生正处在青春期他们对周围的世界有着广泛的兴趣。物理教学本身就有许多有趣的东西如果我们能在教学中把这些有趣的东西结合起来就会激发起学生学习的热情从而收到良好的教学效果。
3.2物理教具的设计要求 物理教具的设计要求一般有以下几条
1教具能正确地说明问题能揭示事物的本质使学生观察到的现象是明显的、突出的。
2结构简单使用方便。物理实验用的教具以结构简单为好要让学生一眼就能看清楚教具的各个部件能直接看出教具所揭示的物理内容。
3自制的教具必须有较好的稳定性较高的实验成功率。如果教具在实验过程中很难操作或者实验成功率低这样的教具给学生演示学生会愈看愈糊涂他们会感到物理难学产生学习物理的消极情绪和畏难情绪。
4记录数据要准确利于实验结果的统计与分析。
5要有足够的可见度。好的演示仪器要有明显的效果可观察性要强演示时要尽量能让所有参与的同学都能看得清楚。
6尽量使一个教具具有多种功能。
7自制教具要就地取材因陋就简。
8设计教具应该注意使用安全和保管方便。
4实例展示
4.1电容器充电、放电演示器
4.1.1原理 电容器是电气设备中的一个重要元件在实际中有广泛的应用。在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质-电介质就组成一个最简单的电容器。实际上任何两个彼此绝缘又像个很近的导体就可以看着一个电容器。 把电容器的一个极板与电源的正极相连另一个极板与负极相连两个极板上分别带上了等量的异种电荷这个过程叫做充电。如果把充电后的电容器的两极板接通两极板上的电荷互相中和电容器就不带电这个过程叫做放电。将电容器与电源相连电容器两极板带上等量异种电荷说明电荷由电源转移到了电容器上电荷的这一转移过程将使整个回路产生电流同理电容器的放电过程也将在回路中产生电流。电流是看不见的如何将电荷的移动直观形象地展示在学生面前化抽象为具体这里笔者将两块电流表串联在电路中电路中有电流流过时电流表的指针会发生偏转。这样就将不易观察到的现象转化为可观察的具体事例了。电容器的充放电是一个短暂的过程且充电与放电时电流的方向是相反的为了体现电容器的这一特点笔者将两支不同颜色的发光二极管反向并联后再串联入电路中电容器的充电与放电过程中相应的发光二极管闪亮一下这可以体现出充放电时间的短暂而充电与放电过程对应着不同颜色的二极管发光说明充电与放电过程电路中电流的方向是相反的。电容器在充放电过程中其两端的电压会发生怎样的变化呢笔者在设计时将一块电压表并联在电容器两侧这样就可以通过电压表指针的变化来判断出电容器充放电过程器两端的电压变化规律了。 4.1.2器材及制作 1长50cm 、宽35cm 的三层板固定在木板上。
2三层板正面画如图1所示的电路图背面布电线各元件均装在相对应的符号旁边。 3单刀双掷开关有三个接线端分别是B 、A 、C 端也可装小型的单刀双掷拨子开关。
41A表和2A 表用的是永胜电表厂生产的99C1-A 型微安表此表可见度大也可装其他演示电表固定在板上1A 表和2A 表演示时用导线连接在板上的接线柱上。
5电压表V 用的是普通直流电压表量程为0-6V 装在板上与电容器并联。
6电源用天津耀华电子仪器厂生产的J120z 一1型学生电源的稳压直流电压端电 压为0-30伏。
7电容是1000uF6.3V 的电解电容装在板上电解电容图示的旁边。
8发光二极管共4只其中红的2只绿的2只装在板上。
4.1.3用途演示电容器的充电和放电现象。
4.1.4使用演示前向学生介绍预备知识二则 1二极管具有单向导电性 电流只能从二极管元件符号上箭头所指的方向流过 2若电流表指针由中间0处向右偏转说明电流从“”接线柱流入从“-”接线柱流出 若指针由中间0处向左偏转说明电流从 “-”接线柱流 从 “”接线柱流出。
4.1.5演示电容器充电现象 方法按照正面电路图在三合板背面接好线闭合单刀双掷开关至B 端给电容器充电。现象1A 表的指针向右偏转至最大、2A 表的指针向左偏转至最大同时两只红色发光二极管都先闪亮一下如图2后两表指针都慢慢回到中间处红色发光二极管变暗熄灭如图3。此过程中电压表的指针慢慢向右偏转、至示数达到6.3V 与电源的电压相等时停止。 分析从1A 表指针向右偏转和2A 表的指针向左偏转以及红色发光二极管闪亮 说明电容器充电时电流方向是从电源的正极流向电容器的正极从电容器的负极流向电源的负极。 两表指针回到中间处红色发光二极管暗熄灭电解电容器正负极的电压为6.3伏说明当电容器的正负两极极板所充的电荷而形成的电压与电源的电压相等时充电停止电路就没有电流。
4.1.6演示电容器放电现象 方法把开关与B 端分开闭合到C 端给电容器放电现象1A 、2A 两块微安表的指针都向左偏转 至最大后慢慢回到中间处 同时两只绿色发光二极管都先闪亮一
下如图4 后变暗熄灭电压表的的指针由6.3V 处慢慢的回到零刻线处如图5。 分析从1A 、2A 两块微安表的指针都向左偏转和两只绿色发光二极管闪亮一下说明电容器放电电流与原充电时的电流方向相反 从电容器正极出发经过上边绿色发光二极管叉从2A 表的“-”端流入从“”端流出再流过下边绿色发光二极管从1A 表的 “-”端流入从“-”端流出最后到达电容器的负极端。从绿色发光二极管熄灭 1A、2A 两表示数为零电压表指针指零 说明电容器放电过程中随着电流流动电容器两极极板之间的电压输出逐渐降低直到两极极板的正负电荷完全中和。
4.1.7演示效果 电容器的充放电过程是电容器工作的最基本的过程。在此过程中电路中的电流和电压都是瞬态变化量而且是看不到、摸不着的。该演示器能用电流表、发光二极管的亮暗显示充放电过程电流的变化规律用电压表的示数显示电路中电容器两极板间电压的变化规律。这样就把抽象的概念变成了形象直观的过程。使用这套教具进行课堂教学它的有效作用是帮助学生建立直观感性认识在讲授电容器的充放电原理时老师引导学生对教具的直接观察在理论联系实际的教学中激发学生的学习兴趣启发学生的积极思维学生通过分析思考提出问题从而使抽象结构具体化深奥的原理形象化不但使这部分内容变得容易理解和接受而且还容易引起学生对物理学科的学习兴趣激发学习热情保持注意力的集中并有利于培养学生的观察能力及动手操作能力提高教学质量。
4.2玻璃瓶的妙用
4.2.1器材及制作 250ml玻璃瓶一个、毛细玻璃管一根、橡皮塞一块如图6所示将毛细玻璃管穿插在橡皮塞中并将橡皮塞紧紧的套入玻璃瓶中。其设计优点在于简单、巧妙、可一物多用。
4.2.2演示 1演示微小形变 盛装液体于玻璃瓶中为便于观察建议盛装有色液体调节毛细管中液柱高度刚好置于管中部如图7甲然后用两 手掌握住玻璃瓶稍用力挤压液柱上升可明显地将微小形变放大如图7乙。
2演示汽化吸热 用一块毛巾醮酒精包在玻璃瓶外壁上片刻后管中液柱下降说明酒精汽化吸热导致瓶中液体温度降低然后冷缩。
3演示热胀冷缩 盛装液体于玻璃瓶中同样为便于观察建议盛装有色液体调节毛细管中液柱高度刚好置于管中部然后将玻璃瓶置于盛有热水的水槽中可观察到玻璃管中的液面逐渐上升说明玻璃瓶中的液体受热膨胀再将玻璃瓶置于盛有冷水的水槽中可观察到玻璃管中的液面下降此现象说明玻璃瓶中的液体遇冷体积缩小。 4演示颜色与吸热 用同规格的二玻璃瓶和同规格的毛细管、橡皮塞各做一如图6所示的演示器二玻璃瓶中盛等量的有色液体。将其中一瓶外壁用碳素墨水涂黑调节二毛细管中液面处于同样的高度然后用300w 的辐射加热灯同时照射加热可见涂黑瓶的毛细管液面上升明显要快要高一些若将二瓶涂成不同颜色或不同深浅的同种颜色所见现象相同说明物体颜色不同、深浅不同对光热的吸收是不同的颜色越深对光热的吸收能力越强。
5演示液体内部压强特性 在图6所示的演示器中放一15ml 左右的小气球用细线系住并穿入毛细管中气球下系一小金属棒向玻璃瓶中注入透明液体在细管上方拉动细线使气球在玻璃瓶中上下移动此时可观察到气球的体积随着其在玻璃瓶中的深度变化而变化说明液体内部压强随着深度变化而变化。
4.2.3演示效果 热胀冷缩、汽化吸热、微小形变等物理现象在中学物理的教学中一直被列为教学难点之列其原因在于这些现象在生活中不易观察到在学生的直观意识里它们是模糊不清的。就算是在教室讲解后学生也只能是死记结论。而通过这些日常生活中能接触到的装置来演示这些现象将物理与生活联系起来不仅能使学生们从根本上理解物理规律突破教学的难点还能激发学生们对物理的学习兴趣。
5.结束语 实践证明自制教具中呈现出的新奇物理现象和成功的制作能自然地引起学生浓厚的兴趣激发他们的探究心理。而且实验一旦有所收获有所创新有所前进就会使趣味性更加稳
定就会继续探索继续登攀从而喜欢物理热爱科学。自制教具是一项科学、高尚、勤劳的探索性实验教学活动具有一定的教育价值和教学功能。它的意义不仅超出了仪器使用的范畴也远远超出经济的范畴在教育现代化教学手段现代化的新形势下它更凸显了时代特色并在不断的创新中显现出更为重要的作用。自制教具已经成为学校教育教学工作的一个重要组成部分。 总之鉴于我省目前中学物理实验教学现状自制教具既可以培养师生的创造能力和开阔学生思维也是解决当前仪器不足提高教学效果的有效途径。因此在教学工作中加强教具的研究与制作养成设计和制作教具的习惯对于教学工作是很有很大帮助的这也是一个优秀物理教师的必备条件。
参考文献
1包亮. 中学物理教具设计与制作J 《新课程学习社会综合》200903. 2陈小莉. 中学物理教学法实验课改革初探--开展自制教具学具技能训练J 安康师专学报 2003 03 3刘有菊. 中学物理教学中的自制教具J 保山师专学报 200004 4李明洪. 自制教具:农村中学物理实验教学的重要一环J 贵州教育 200517 5郝志方. 浅谈自制教具与中学物理教学效果J 现代教育科学 200504 6顾霞. 自制教具与中学物理教学J 教学仪器与实验 200501 7胡世强冯斌. 自制教具与实验教学J 教学仪器与实验 199903 8陈令英. 浅谈自制教具的意义和方法J 教学仪器与实验 199705 9物理M. 人民教育出版杜物理室、中国教育学会物理教学研究会编人民教育出版社.2003 10张道清刘晓莹 .杨茂杏. 新课标下初中物理自制教具的探讨J. 物理教学探讨200902. 11吕冬梅葛永文. 中学物理教具制作J 中学物理教学参考200109. 12张伟. 论物理自制教具对落实新课程标准的教学价值J .新课程200312 13黄树清. 中学物理自制教具设计制作的研究与实践J. 物理通报2001