创新型走马灯的设计与实现
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作者:魏司琪 马川月 姜成果 李艳梅 宋羽洹
摘 要：走马灯在我国古代很受人们欢迎，特别是在春节、元宵节等重要节日里，在房屋外边和城市的街道上都能看到。在古代走马灯的基础上，增添了磁场、线圈、小灯泡等部件，设计制作了创新型走马灯，在制作过程中，注重培养学生的观察能力、动手能力、协调能力、发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力和创新能力。在走马灯周围装饰上古代经典故事、美丽传说和物理学家的精彩实验图案，激发学生想象力，唤起学生的情感意识和价值取向。这种实验教学模式打破了传统物理实验教学由教师主宰课堂，学生按部就班操作的教学模式，在物理实验教学中取得了较好的效果。
关键词：创新型 走马灯 综合实验能力
日常生活中有许许多多有趣的科学实验，不断丰富着人们的生活，引发人们的无限想象，唤起人们的情感意识，激励人们不断进取。例如早在北宋时期，祖先们就制作了走马灯，在中秋节、春节和元宵节等重大节日中悬挂在房室外边或城市的主要街道上，以渲染着节日气氛。在走马灯转动装置上装饰上古代经典故事、美丽传说和科学家的精彩实验图案，传播着古代文化，激发人们的想象力，催人奋进，唤起人们的情感意识和价值取向，所以走馬灯是古代重大节日里最具代表性的灯具之一。
1 创新型走马灯的内涵
古代的走马灯如图1所示，由用白纸或彩纸糊裱上的木制或竹制框架、点燃的热源、纸剪的各种姿态的马、转轴和叶片等构成的。将上述这些部件有机地、合理地组合起来就是我们常见古代走马灯。
创新型走马灯是在古代的走马灯基础上构建起来的。从原理上增添磁场和电场，从理念上在走马灯转动装饰上增添了中国的一些古代经典故事、古代物理学家的著名的物理实验等等，从结构上增添了磁铁、线圈和灯泡等等，将这些增添部件有机地、合理地添加到古代的走马灯上就构成了创新型走马灯[1-2]。
2 创新型走马灯的结构
创新型走马灯是由燃烧室、高温热源、转轴、叶片、线圈、磁铁、转动装饰（转筒）、彩色小灯泡等构成的。
3 创新型走马灯的工作原理
燃料在燃烧室内燃烧，使燃烧室内空气加热，热空气膨胀向上流动吹到叶片上，带动转轴转动，转轴转动带动转筒上装饰物（走马、中国传统故事、战争中的英雄人物、物理学家的著名物理实验等）转动。依据法拉第电磁感应定律E=或E=，在叶片上布置好用漆包线制成的相应匝数的线圈，在线圈两端接上彩色小灯泡，在线圈的上下表面加上强磁铁，使磁力线垂直穿过线圈，随着叶片的转动使线圈内的磁通量发生变化，从而在线圈内产生电流，使小灯泡发光。在框架的玻璃纸上用黑色笔画出多条细小的陕缝，光通过挟缝会产生干涉和衍射现象。
4 走马灯的制作与探究
4.1 热源和燃烧室框架的制作
如图2所示，找些重量较轻的木方或铝合金长条，钉成或粘成长为42cm，宽为42cm，高为50cm的四方体，在下方底座对角线上对称放置8支蜡烛，底座中间放一个小玻璃瓶或其他较光滑的东西，转轴放在上面容易旋转。框架四周贴上玻璃纸。上方（顶座）拴一根绳子可提、可挂。顶座对角线的交点上打孔，转轴的一端穿过此孔，一端落在底座较光滑的东西上，这样一个燃烧室就做成了[3-4]。
4.2 转子和转轴的制作
如图3所示，找一块较轻稍硬的纸板，裁出一个直径为40cm的圆，圆心处留一个可供一根长硬塑杆穿过的孔，将圆周分为16等份，每等份圆心角为22.5°。并画线做上记号，然后用刀沿线切出对称的8个小口，并向外稍微析出，热空气就从此通过。在转子上对称分布三个多匝数的线圈，分别连接着不同颜色的小灯泡，线圈正下方安装着强磁铁[5-6]。
4.3 转筒的制作
用材质比较轻而结实的纸，做成圆筒，和转轮完好粘贴。在转筒上装饰上彩色走马、我国古代的经典故事、物理学家的著名实验、民族英雄人物、古代传说等内容[7]。
将热源、燃烧室、转子、转轴、转筒等合理地组装起来，就构成了创新型走马灯。
5 用途
5.1 做成玩具，激发孩子的好奇心
创新型走马灯制作完成后，转筒上各式各样的图案，不同颜色的效果，转子上不同颜色的光源，框架玻璃纸上做成的陕缝引起的干涉和衍射现象，可以激起小孩子的好奇心，吸引小孩子的兴趣，同时也起到了早教的作用，凿壁偷光告诉小朋友们贫寒可以励志，艰苦的生活可以锻炼人的毅力和勇气，只有奋发图强，才能使人登上成功之巅;民族英雄黄继光的故事展现了高度的爱国主义精神，告诉小朋友们应该努力学习，不断提高自身素养，将来成为对国家有用的人才，使祖国更加繁荣富强，为祖国添砖加瓦;物理学家牛顿的故事告诉我们在生活中要做到细心观察，善于思考，勇于发现问题，勇于实践[8]。
5.2 作为课堂实验，培养学生的创新能力
将创新型走马灯制作作为物理实验，能够收到非常好的教学效果。创新型走马灯的各个部分均可拆卸，学生们在课堂上可以自行组装，为教师讲解新课标中各种能量相互转化的课程起到了很好的辅助作用，便于学生观察实验现象与理解本节课程内容。同时也锻炼了学生的观察能力、动手能力、实际操作能力、分析问题等能力[9]。通过对走马灯各个部分的组装，可以培养学生的发散性思维，学生亲力亲为，联系生活实际，这种实验教学模式打破了传统物理实验教学由教师主宰课堂，学生按部就班操作的教学模式，很好地体现了教师主导、学生主体的双主教学模式[10]。
5.3 渲染节日气氛，唤醒人们的情感意识和价值取向
创新型走马灯制作完成后，在中秋节、春节和元宵节等节日中挂在房室外边或城市的主要街道上，渲染着节日气氛，为佳节昔日增光添彩。在走马灯转动装置上装饰古代经典故事、美丽传说和科学家的精彩实验图案，传播着古代文化，激发人们的想象力，唤起人们的情感意识和价值取向。 6 结语
传统与现代，经典与时尚相融合，充分理解古典的美学精华，赋予作品以独特而又大气统一的风格。方便人类生活同时重温经典故事，积极发扬中华民族优秀传统文化。
在走马灯的制作过程中，培养学生的观察能力、想象能力、发现问题能力、分析问题能力和解决问题的能力，有利于激发学生的创新思维，同时提高了学生学习物理的兴趣。加强了学生的科学探究能力，自主学习能力，团队协作能力等综合能力。激发学生的学习热情，引导学生从生活实际出发，善于留心生活中各种各样的物理现象，学会观察、探究、分析归纳和应用，同时强调了学生物理实验的参与性和主动性，在学生掌握一般原理的基础上进行实验的创新，进行团队合作，有利于培养学生的群体意识，形成强大的凝聚力，让学生真正体会到自己不是单独奋斗的个体，而是团队中的一员。让学生注重团队合作，认真汲取每个人的意见，并且学会妥善处理与小组成员之间的冲突，尊重信任自己的伙伴，积极有效地进行沟通并交换彼此的意见和建议，彼此相互配合向组织的目标靠拢，不要一味强调自己的观点并勇于接受完成自己在团队中的任务，承担自己的责任，努力提升团队的凝聚力和创造力。
参考文献
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[2] 阮文化. 走马灯的制作技术[J]. 生意通， 2011（4）：112.
[3] 杜郢， 杜從国. 民间彩灯——走马灯的制作技术[J]. 农村百事通， 2004（21）： 17.
[4] 吕进勇. 自制简易“走马灯”[J]. 教育与装备研究， 2012（1）： 42.
[5] 刘斌.感应走马灯[J]. 青少年科技博览， 2005（6）： 11.
[6] 徐家斌.磁吸式走马灯[J].教育与装备研究，2011（6）：42-43.
[7] 李磊. 星星点灯——十二星座走马灯的制作[J].博物， 2005（1）：84-85.
[8] 李晶. 三色跑马灯控制[J]. 电子制作， 2014（11）：17-18.
[9] 范树梅. 如何通过物理实验培养学生的核心素养[J]. 考试周刊， 2018（41）： 155.
[10]郭天太，赵军，孔明，等.以实物制作为手段培养工科学生综合实践能力[J].实验室研究与探索，2016，35（4）：198-200.
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