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自制教具为中学物理增添无限风采
摘要：实验展示是激发学生学习物理的最好的方法，但是，由于种种条件的限制，并不是所有的实验教具实验室都能提供。在这种情况下，我们只有自己动手自制教具来探究科学的奥秘，自制的教具虽没有那么精良，但是其也为物理课堂增添了不少风采。
关键字：自制教具 物理实验
由于物理这门课的特殊性，实验是其必不可少的一个组成部分，长期一线工作的经验告诉我，在物理教学中，做好实验是非常重要，也可以说是让学生对物理感兴趣的一种最好的方法。物理这门课是研究物体的规律，要讲清楚那个“理”，传统的“一根粉”说“理”教学方法在新时代已经不再适用了。毛主席曾经说过：“你要想知道梨的味道，你就得亲口吃一吃。”对于我们学习物理也是的，你要想知道那个“理”，你就必须自己亲手去做一做实验，从实践中得出真理。但是，由于种种条件的限制，并不是所有的实验教具各个学校的实验室都能提供，尤其是农村学校。我们的物理课还得继续上，怎么办呢？此时，自制教具就可以解决这些问题。
一、自制教具可以填补实验教具的不足
“没有枪没有炮，我们自己造”，积极响应毛主席同志提出的“自己动手，丰衣足食”的口号。物理研究的都是我们身边的“理”，那么，我们就应该可以利用我们身边常见的物品来自制我们探究实验所需的教具。可以用来填补我们实验教具的不足，特别是在农村学校，由于资金的压力，有些比较贵重的实验仪器学校根本供应不起或者没有足够的经费去维护现有的教具，导致实验教具严重缺少或损坏无法使用。因此，很多实验紧靠实验室的教具是没有办法来开展的。比如说，我们现在研究《弹力》那节内容中的微小变化这个知识点，学生们都知道我们挤压海绵、扭曲铁丝等这些物体时，他们都有明显的形变，这个变化都是学生可以用眼睛直接来观察到的，这个大家都理解。现在，你说我们用手指挤压桌面或者墙壁，桌面、墙壁也发生了形变，这时，我们的学生用手挤压桌面或者墙壁，他没有看到桌面或墙壁发生形变，俗话说“眼见为实，耳听为虚”，那学生们就不能接受这个“理”，如果接受也只能是强行记忆。但是，现在我们的问题是实验室中没有可以观察微笑变化的实验教具，为了解决这个问题，我们只能自制教具。我们可以使用一大肚、细口玻璃瓶来完成这个实验，具体做法是：准备一个玻璃瓶、一根细长的玻璃管、一个橡皮塞、一些混有红墨水的水、蜡块，将玻璃管插入橡皮塞中，玻璃瓶装满混有红墨水的水，再用橡皮塞塞紧玻璃瓶，最后用蜡将瓶口处漏气部位封死。这样，一个简易的自制研究微小形变的实验教具就做好了，用手挤压玻璃瓶，我们会发现玻璃管中的红墨水会上升，松开手水又会下降，玻璃管中的水面不管是上升还是下降，都是由于玻璃瓶被挤压后玻璃瓶发生微小形变而产生的。几个很常见的生活用品就做成了实验教具，成本低廉、操作简单、现象明显，在某些方面比精良的厂制教具更加具有优势。
二、自制教具可以改进现有实验教具的不足
从工厂里制造出来的实验教具虽说很精良，但是由于课程更新或者教具老化等等原因，厂制实验教具使用起来有时也感到力不从心。比如说：我们在研究不论物体轻重，它们都具有相同的重力加速度时，我们使用牛顿管演示给学生看。从理论上来说，当牛顿管里有空气时，由于空气阻力作用，里面的羽毛和铁片不是同时落到管底；当把牛顿管里的空气抽空时，两者同时落到管底。但是，当我们做实验时就发现不管管里有没有空气效果都不明显，两者好像都是同时落到管底，原来里面的羽毛取得是毛的根部，比我们想象中的羽毛要硬的多、重的多。而且，牛顿管配套的抽气机也是个大麻烦，那是一个很重的家伙，使用起来很不方便。对于这样的实验教具，在上课的时候我想有不少的教师都不想使用它，实际上我们想完成这个实验，我们只需要一张纸片和一个粉笔头就可以了，开始时纸片展开和粉笔头在同一位置同时释放，我们会发现粉笔头先着地；如果把纸片捏成团，还是和粉笔头在同一个位置同时释放，我们会发现两者同时落地，这也起到了“牛顿管”的作用。可见，这样的自制教具要比“牛顿管”要好的多。
初中物理在探究“浮力本质”这个问题时，一般情况下是通过压强与深度关系演示仪和理论分析来探究：学生通过压强与深度关系演示仪只能知道液体内部对物体存在着压强，并且随着深度的变化而变化，然后我们对物体上下左右面进行受力分析，分析出浮力的本质是由于物体上下表面受到的压力差造成的。这样的探究学生可以接受，但学生可能不会留下深刻的印象，那为了使学生能留下更深的印象，我们可以通过自制实验教具来改进这个实验教具的不足。
（1）准备的仪器：上端开口的大玻璃水箱一个、四周密封的小玻璃盒一个、皮管一个、塑料饮料瓶塞、蜡块、强力胶；
（2）仪器安装：如图所示，在密封小玻璃盒的左右两侧各开大小适合的小孔，将皮管与右侧小孔用强力胶接合，保证不漏水；再在玻璃盒上方开一比塑料饮料瓶塞稍小的孔，在孔边周边涂上蜡块，磨光滑，饮料瓶塞平面处向下与小孔压紧。
（3）实验内容：在大玻璃水箱中注入适量的水，用手指压住小玻璃盒左侧小孔，在小玻璃盒进入水中时水不会从左侧小孔进入盒内；将小玻璃盒平稳轻轻的放入水中，直到瓶盖与水面有一段距离，皮管一端通向大玻璃箱外面。这时，将看到塑料瓶盖在水中没有上浮，慢慢松开压住左侧小孔的手指，水从小孔处进入玻璃盒中，当小玻璃盒进满水时，塑料瓶盖上浮。
（4）实验原理：本实验，皮管与外界相通，小玻璃盒内外大气压强一致，塑料瓶盖下表面受到的压强和外界相同，塑料瓶盖在水中下沉时还受到水对他向下的压力，此时瓶盖上方受到的压力比下方大，塑料瓶盖不会上浮。当松开小玻璃盒左侧小孔时，玻璃盒内进满水，水与瓶盖下表面接触，这时瓶盖下表面受到的水对它的压力大于上表面，瓶盖在上下表面压力差的作用下上浮，即体现了浮力是由于物体受到的上下压力差原因造成的。
（5）本实验的优点在于：（1）瓶盖在整个实验过程中受到的压力有个变化过程：瓶盖在水中时，受到水对它向下的压力使之不能上浮；玻璃盒中空气排空，瓶盖受到水对它的压力下表面大于上表面，瓶盖上浮；（2）实验过程是一个动态的变化过程，与静态实验的相比，动态实验更能引起学生的兴趣，激发学生去思考；（3）这个实验教具虽然看上去很复杂，其实做成这一套实验教具只需要几十元，玻璃店就可以做，很节约成本。
三、自制教具可以培养学生的创新精神
实验教具的制作，也可以让学生来做，俗话说的好“三个臭皮匠顶个诸葛亮”，学生的思维也是不可小觑的，同一个知识点学生可以发挥其聪明才智制作出不同的实验教具，班级可以定期开展评比活动，奖励自制教具实用又有创新的同学，即培养了学生的创新精神，又激发学生学习物理的兴趣。自制实验教具不是一个简单的过程，学生首先必须弄清楚实验的原理，然后从身边去选择自制教具的道具，再去进行设计、制作、创新。同一种材料经过不同的设计，可以做成多种实验教具，比如说我们身边常见的塑料瓶，到处都是的，我们拿来有什么用呢？其实用处很大，经过处理与加工可以做成涉及力学、光学、热学、电学等知识的实验教具：（1）探究摩擦实验，用手抓住一塑料瓶，瓶子没有落下来，说明它受到竖直向上的静摩擦力；（2）体验大气压的存在的实验教具，将一塑料瓶内装满水，用一张硬纸片紧压在瓶口，然后瓶口朝下，发现硬纸片能托住水，有力地证明大气压的存在；（3）体验光的折射实验教具，透过盛水的塑料瓶，可以发现物品变大了，这可以体验光的折射现象（4）体验摩擦起电的现象，用丝绸或毛毛皮摩擦一小塑料瓶，将其靠近碎纸屑，会发现碎纸屑被吸引，这是由于塑料瓶带电吸引轻小物体引起的。一个生活中常见的，可能不起眼的物品其实都可以做成物理实验教具，关键是看是否有创新意识。坚持培养学生自制教具的习惯，学生的物理思维将会变的越来越宽广；其实，要是教师坚持实验自制教具，其综合业务水平也会有很大的提高。
总之，如果坚持自制教具，对我们的物理教学质量、教学改革，以及教师的业务水平提高都起到了积极作用。
参考文献：
[1]陈兆华.开展自制教具活动解决实验教学问题.教学仪器与实验,2007(12).
[2]吕冬梅.葛永文.中学物理教具制作.中学物理教学参考2001,(09).
[3]刘有菊. 中学物理教学中的自制教具.保山师专学报, 2000,(04)
[4]包亮.中学物理教具设计与制作.《新课程学习（社会综合）》2009，(03).
李政道博士说过：自己制作的教具，永远比买来的好。乍一听这句话，似乎是一种自慰与调侃，但仔细分析，却蕴涵有很深刻的道理。师生自己动手设计、制作教具，不仅可以提高学生的实验能力、想象能力，活跃思维，还可以激发学生的学习兴趣，让学生真正体会到观察和实验是学习科学的基本方法。国际上通常把自制教具称为“无价”（non-cost）或“廉价”（low-cost）教具，这种“定义”意指花钱少，而并不是指教具的使用价值低。相反，国外教育界人士非但不小看这“廉价”教具，而是非常推崇，广为提倡。许多关于“廉价”教具的国际研讨会都是作为教学原则和教学方法的学术活动来进行的。我们可以毫不夸张地说：“自制教具是教师的永恒课题”。
农村初中教师在自制教具时应始终坚持把实用性放在第一位。教师自制教具是为教学而服务的，自制教具的目的是为了改进教学方法，使学生能顺利的克服学习中的难点，更深刻、牢固的掌握所学知识，从而有效地提高教学的质量。教师自制教具要做到 “做以致用”，不要追求其形式，“不为自制而自制”。如何才能做出实用的教具，笔者有以下几点体会。
一、发挥物理教师团队的力量
一般自制教具的过程是：一个教师有了灵感，发现了需要改进实验、改进教具的点子，在物理教研组内往往会掀起讨论的热潮并将其逐步完善，教具由动手能力强的老师操刀完成，这样的教具凝聚了整个物理教研组的智慧。
二、在生活中发现教具
从生活中直接发现的教具最容易被学生接受，容易达到良好的教学效果。知识是既来源于生活又要应用于生活的。一个很普通的现象，很可能就蕴含了一个很重要的知识，若通过自制的教具来加以解释说明，学生就会很容易地接受、掌握该知识。例如，搬运地板的吸盘，能方便的将很重的地板搬起，其原理就是运用了大气压强的知识。上课时，教师可把吸盘拿到教室中，让学生使用吸盘抬起桌子、凳子甚至用吸盘将自己吊在墙上（图1、图2），这对学生来讲是很新奇的。通过这样的震撼情景，学生对学习大气压强知识的积极性就提高很多了。而通过用两个吸盘对吸来模拟马德保半球实验也能取得相同的效果而且操作更加方便（图3），节省了一定的课堂时间，从而提高了课堂的效率。
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三、将生活中的玩具变成学具
每个学生都曾经玩过各种玩具，玩具对学生有着无法取代的吸引力。而玩具中往往蕴含了很多物理知识，我们将一些玩具改制成教具，用来说明某个知识时，无疑会大大激发学生学习的兴趣，从而提高学习效率。这样的教具制作简单、操作方便，容易引起学生的共鸣，能使学生在玩中获得知识，使课堂更加和谐，学生学习更轻松。例如如图4，笔者做的用于说明平衡力的“不倒的挑担人”，用来说明动能和重力势能相互转化的“翻跟头的小人”，用来内能转化为机械能的“火柴爆竹”等等就属于这类教具，这些教具在实际教学中都取得了很好的效果。
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四、利用身边常见的废旧的物品做教具
关于自制教具，物理学家麦克斯韦曾这样说过：“实验的教育价值往往与仪器的复杂性成反比，学生用自制的仪器，虽然经常出毛病，但它却比用仔细调好的仪器能学到更多的东西。”在平时的生活中，我们有重点、有目标的收集可利用的、安全的废旧材料。如：废旧纸板、月饼盒、矿泉水瓶、手纸筒等，并利用这些废旧材料合理的设计制作相应的教具。这样不仅可以废物利用，有效的节约教育教学资源，同时还能起到教育学生勤俭的美德作用。我校大部分的自制教具都取材于这些被视为废物的材料，很少动用学校公用经费。如，用来说明流速与压强的“机翼模型”、“喷泉”，用来说明声音可以传递能量的乒乓球桶等。利用矿泉水瓶也可以做多个实验:①说明气体对外做功内能减少的“矿泉水瓶炮”。将矿泉水瓶中间用力拧，快速打开瓶盖，即可看到瓶盖飞出瓶内出现白雾，很方便的说明气体对瓶盖做功内能减少，如图4-1所示。②茶壶的奥秘。堵住瓶盖上的小洞水不流出，松开手指瓶子下的小洞中有水流出，如图4-2。所示③浮沉子。矿泉水瓶装满水，里面放上稍上浮的浮子，用力捏瓶子浮子下沉，松开手浮子上浮。如图4-3所示④滚动摩擦。将矿泉水瓶横放在斜面上，瓶子会自动滚下来，而竖着放瓶子不会滑下来，要用力推才能滑下来。⑤瓶子提水。矿泉水瓶底部去掉瓶盖上扎一小洞，将矿泉水瓶浸没在水中，当手指堵住瓶盖上的小孔时，向上提起矿泉水瓶，瓶内的水也会被提起来，当不堵住小孔提起瓶子时瓶内的水不会被提起来。⑥变瘪的矿泉水瓶。瓶内装入少量的热水，等水蒸气充满整个瓶子后盖紧瓶盖，当瓶内水蒸气冷却后，在大气压的作用下，瓶子会变瘪。⑦吹不大的气球。将两个气球分别放在一个底部有孔一个密封的瓶内，底部有空的瓶内气球可以被吹大，密封的瓶内气球无论怎样吹都吹不大。⑧帕斯卡裂桶实验：一矿泉水瓶划几道细裂缝，另一矿泉水瓶底部去掉，两瓶用塑料管相连，举高装满水底部去掉的矿泉水瓶，另一矿泉水瓶的裂缝中会有水射出。矿泉水瓶被举起的越高，水射得越远。
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五、改进、补充已有实验教具
虽然现有的实验器材能够满足教学中的绝大部分要求，但有的教具由于存在某种功能的缺陷，有些实验需要通过再自制一些教具来完成。对现有的实验器材进行改进，以弥补现有教具的不足，从而达到最佳的教学效果、提高教学质量，这也是我们自制教具的任务之一。例如：在用注射器做测量大气压值的实验中，由于原来实验室配备的针筒直径较大，需要用专门配备的弹簧测力计拉动来做实验，这样的器材在课上只适合做演示实验，不能满足现在的课程标准，不能普及为学生分组实验，因此我们选用更小的针筒，以配合在实验室中所做的任何弹簧测力计的实验。我们同时在针筒里注入少量的油，这样即排尽了空气又减少了摩擦，使测量出来的大气压值的精确程度大大的提高了。
[参 考 文 献]
[1]戴春华.如何获得演示实验更大效应[J].中学物理，2009（4）.
[2]刘炳升、冯容士.中学物理实验教学与自制教具[M].上海：上海教育出版社，2000.
[3]陶洪.物理实验论[M]。南宁：广西教育出版社，1997.
（责任编辑：张华伟）
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