自制教具在高中物理演示实验中的应用探讨
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摘 要 演示实验在高中物理教学中占据重要地位，其教学的特殊性尤为突出，可以有效帮助学生观察实验特点，提高动手操作能力。基于此，以高中物理演示实验中的自制教具作为研究对象，分析演示实验中教师自制教具的特点，分别从仿制法、改造法以及组合法等角度阐述自制教具在演示实验中的应用实践。
关键词 高中物理;自制教具;演示实验;实验室
中图分类号：G633.7 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）17-0116-02
1 前言
高中教学改革不断推进，自制教具与演示实验相结合，符合教学改革的要求，满足学生对知识点的趣味需求。自制教具可以提高学生对演示实验的兴趣度，提升学生的求知欲望，培养学生的思维能力，帮助学生补充物理实验资源，提高高中物理教学的有效性。
2 高中物理演示实验教学理论阐述
高中物理演示实验教学主要有三种形式：
1）以教师作为课堂的主体，在与学生互动的同时进行实验演示;
2）以学生作为课堂主体，教师引导学生分组展开实验;
3）学生与教师前往室外进行实验，要求学生独立完成学习任务。
演示实验是学生和教师当前最喜爱的教学方式，学生认为这样可以充分发挥想象力，通过自己动手操作加深对知识点的理解。目前，教师进行物理演示实验教学主要有两种类型[1]：
1）操作型演示实验，即教师使用实验仪器和设备，自己制作模型，或者使用生活中常见的物品为学生进行实验操作;
2）模拟型演示实验，即教师使用多媒体设备，以视频、音频等多媒体技术作为教学实践载体，让学生直观观看实验效果。
3 高中物理演示实验中自制教具的特点
在高中物理演示实验中，使用自制教具除了具有趣味性与教育性特点以外，还具有经济性、灵活性、直观性等特点。
经济实用，成本低廉 很多物理教师选择自制教具是因为这样做经济又实用。高中物理教学与自制教具息息相关，学生需要通过实验看到知识点的本质，将其化为自己的知识储备。很多学校实验室设备不齐全，教师自制教具可以弥补学校设备器材的空缺。很多自制教具来源于实际生活，一些生活用品甚至是生活废旧物品都可以被用作自制教具。通过合理地改造，这些生活材料可以变废为宝，成为学生掌握物理知识的法宝[2]。
操作方便，使用灵活 实验教学中的自制教具操作方便，使用起来十分灵活，有利于实现物理实验效果，提高学生的参与性。教师可以根据演示实验的实际需求设计教具，引导学生协助完成教具的制作，这种制作方式会让物理教学设计更加充满乐趣。自制教具既可以方便学生观察实验现象，又能满足学生的实际需要。教师可以任意改造自制教具，根据教学实践寻找演示实验中存在的漏洞，改进自制教具的同时提高动手能力，发挥自制教具的最大价值。
现象直观，效果明显 高中物理实验教学中，自制教具是对已有的仪器设备或前人的研究成果进行改造。在演示实验教学中使用自制教具，可以让学生直观地看到实验现象，对实验结果进行分析。自制教具可以按照实验要求将原本模糊的实验现象具体化、形象化，帮助教师突破教学重点，解决物理难点，直观演示物理概念。
设计科学，性能可靠 从另一角度来说，自制教具是高中物理演示实验的辅助工具，无论是教具的设计还是制作，都要坚持教具的科学性。应用在演示实验中的自制教具必须保证严谨性与科学性，这样才能够确保实验结果的真实准确，才能让自制教具发挥实用价值。此外，自制教具必须保证使用时安全可靠，不能在应用时发生危险。
4 自制教具在高中物理演示实验中的应用实践
仿制法 高中物理演示实验自制教具以模仿为基础。教师为学生仿制教学用具，有效节省备课时间，制作起来十分方便，对演示实验教学的帮助较大。自制教具是教师展开物理教学活动的重要环节，自制教具的对象由教材实验内容决定，教师也可以从网络中寻找自制教具的方法。通过仿制教具，教师能够更好地体验自制教具的研制步骤，感受演示实验的各个步骤，有利于提高对本节实验课程的认识。仿制教具不是照搬照抄原有的物品，教师可以改造原有的设备仪器，但是不能改变它的原理。教师还可以充分利用身边的设备与仪器，将闲置物品和废旧物品用在高中物理演示实验教学中，实现原仪器设备的二次加工[3]。
某教师为了达到实验效果，节约资金，选择的教具原材料都是废弃材料，部分特殊材料是利用业余时间在二手电子市场低价购置。该教师用一把废羽毛球拍、几根铁架等材料制成一台电磁感应器。这台成本接近于零的仪器，为学生成功演示了电磁原理，实验的生动逼真程度竟然超过学校配发的仪器。此外，他用一根细线、一段泡沫塑料、一枚针制作了电荷发生器，并在课堂演示实验中演示摩擦起电和电的基本原理，即使坐在教室后排的学生也可以看得清清楚楚。除此之外，该教师还自行设计了物理教具如电磁波发射与接收演示器、声波雷达、脉冲高压发生器、失重现象演示仪、电磁阻尼演示器、空气对流演示器、触电演示器等，将高中物理课堂中抽象而枯燥的知识变得生动形象，引导学生清晰地看到实验结果，提高学习成绩，巩固理论知识。
改造法 物理实验室中已有的仪器可以呈现出相应的物理现象，但是有的物理现象不易显现，学生观察实验结果时无法对其具体分析。教师可以对这些仪器进行科学化改造，提高仪器设备的可见度，通过加大自制教具的尺寸，将长度变化改为角度变化，也可以在仪器上安装声音装置，帮助学生更加直观地观察实验效果。
某教师为了帮助学生巩固物理平抛运动相关知识，加深对曲线运动的理解，使用演示实验和频闪照片等方式探寻物体平抛运动的基本规律。但是这样做，学生依旧无法直观看到实验结果，对物體平抛运动规律无法进一步深入理解。于是，教师考虑能否制作出一个自制教具，让该教具可以持续进行平抛运动。学生猜想到水流，让水流在持续的前提下水平喷出，并提出问题：如何保证水流实现持续喷出的效果？教师引导学生联系生活实际，想想自己生病的时候挂点滴的吊瓶，里面的水滴落的速度就是均匀的，于是引出本次演示实验的教具。具体演示实验操作如下。 1）准备一个储水瓶，将瓶子的管口朝向调整好，把瓶口夹子取下来，让水流可以从画好的坐标系O点喷出，学生观察水柱水平方向喷出时的运动轨迹。
2）教师邀请一位学生来到讲台前描绘水柱运动轨迹，根据该名学生的描绘，其他人进行记录与分析，及时提出问题。
3）教师重新夹上夹子，对有机玻璃板上水柱平抛运动轨迹做出定量分析，引导学生根据轨迹现象得到水柱平抛运动规律情况，并在坐标系中计算出水柱喷出的初速度。
总结本次物理演示实验中自制教具的功能，该教具成功解决了教材中教具的不足，利用医院里点滴的原理，让水柱喷出后水流速度不变，并形成稳定的水柱为学生展示平抛运动。学生根据运动轨迹将坐标在有机玻璃板上记录，得到的数据准确且真实。有的坐标轨迹可以与频闪照片媲美，学生可以对记录下来的运动轨迹进行探讨与分析，研究物体平抛运动在水平或垂直方向的特点，最终总结出平抛运动规律，从而提高学生解决问题的能力，有利于培养学生的独立思考与判断能力，进一步养成良好的思维习惯。
组合法 使用组合法进行演示实验，就是将各种自制教具进行组合，根据自制教具的不同用途设计出新的自制教具。组合法的优势在于将自制教具的优势充分发挥。教师不应该将自制教具变得复杂化，保持演示实验原理的具体化、形象化，从而对高中物理演示实验产生正面的影响。
某教师在进行向心力演示实验的时候，想要教授学生关于向心力与质量、角速度与半径的关系，但是向心力演示器属于厂制仪器，该学校没有配备。于是，该教师引导学生利用机械守恒公式，将速度大小的测量变为高度大小的测量。教师拿出教具，将其放在水平桌面上，对仪器调零校准后提出问题：探究四个物理量之间的关系。
首先，保持摆球质量和摆线长度不变，将摆球移动到高度h，摆球从静止开始下摆，当摆动到最低点的时候，读取测力计上的读数，也就是向心力F的大小，将最大示数记录下来。再记录小球的质量m和圆周运动半径r。重复以上实验三次，改变h的大小后再重复三次实验，并记录测力计中的读数。
其次，保持m和初始高度h不变，改变摆线长度，再进行试验，记录F大小。
最后，保持小球运动半径r与下落初始高度h不变，改变质量m的大小，再测量并记录F的大小。
实验完成后，学生们对F的大小进行计算，发现m与r相等时，F与h成正比;m与h相等时，F与r成反比;r与h相等时，F与m成正比。最终得出结论：误差允许范围内，向心力大小表达式为。
5 结语
总而言之，随着教学改革的持续推进，学生成为高中物理教学的主体，自制教具对学生掌握物理知识具有积极作用。物理实验自制教具的开发和利用提高了高中物理演示实验教学的实效性，在自制教具的帮助下，提高了学生对知识的理解能力，有利于提高学生的学习成绩，发挥学生的主观能动性，加强教师与学生之间的沟通，营造良好的教学氛围。
参考文献
[1]韦颖怡.高中物理电磁学部分自制教具的开发与应用研究[D].山东：鲁东大学，2018.
[2]揭梦昀.自制光学演示实验教具在初中物理教学中的实践研究[D].江西：赣南师范大学，2017.
[3]邵娇美.高中物理自制教具的開发与利用[D].昆明：云南师范大学，2016.
[4]毛吓梅.运用自制教具提高中学物理演示实验有效性教学的研究[D].福州：福建师范大学，2017.
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