范登河

實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中發(fā)揮著獨(dú)特的作用.為了搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，許多教師聯(lián)系教學(xué)實(shí)際，著力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的開發(fā)、設(shè)計(jì)和制做.實(shí)際上教師設(shè)計(jì)、制做實(shí)驗(yàn)器材是教師發(fā)明創(chuàng)造的體現(xiàn)，是深化教學(xué)研究和開發(fā)課程資源的體現(xiàn).經(jīng)歷這一過(guò)程，教師在專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐技能上都會(huì)有相應(yīng)提高.如何搞好實(shí)驗(yàn)器材的設(shè)計(jì)制做，更好地服務(wù)于物理教學(xué)，本文結(jié)合具體案例，談?wù)劰P者的看法.

1直觀性要強(qiáng)

物理現(xiàn)象清晰直觀是對(duì)實(shí)驗(yàn)的基本要求.無(wú)論我們借助實(shí)驗(yàn)闡述物理原理、物理過(guò)程，還是利用實(shí)驗(yàn)突破重點(diǎn)、難點(diǎn)，或?qū)⒛承┏橄蟮膯?wèn)題形象化，都要求實(shí)驗(yàn)所呈現(xiàn)的現(xiàn)象真實(shí)、清晰、直觀.

案例一：“豎直”、“垂直”關(guān)系演示儀

說(shuō)明與分析：在講授重力的方向時(shí)，初學(xué)者往往分不清“豎直”和“垂直”，導(dǎo)致頭腦混亂，解答問(wèn)題出錯(cuò).圖1所示的器材就是為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)制做的.在兩個(gè)木板的一端安裝可轉(zhuǎn)折的裝置，上面的木板上固定一木塊.木塊上的細(xì)線即為鉛垂線，金屬棒為垂直于木板的垂線.當(dāng)木板水平時(shí)，兩線重合.將楔形木塊放入兩板間，逐漸改變木板的傾斜程度，兩條線不再重合，而是彼此分開.該設(shè)計(jì)不僅演示重力的方向總是豎直向下的，而且巧妙地將“豎直”和“垂直”形象直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，突出了實(shí)驗(yàn)的直觀性.

2可視性要好

演示實(shí)驗(yàn)要有足夠的可見度，保證全體學(xué)生都能看到.制做實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，也要充分注意到這一點(diǎn).

案例二磁吸附電學(xué)元件

說(shuō)明與分析選取質(zhì)量上好的小燈座、開關(guān)等電學(xué)元件，將文字磁貼（圖2）剪切適當(dāng)大小，用雙面膠把兩者粘在一起，元件就做好了.這些元件可以被吸附在鐵制黑板上，可任意擺放，自由移動(dòng)，隨意組合.經(jīng)筆者試驗(yàn)，電池盒（連同電池）、定值電阻、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器（J2354型）均可實(shí)現(xiàn)磁吸附.利用上述元件可以完成“組成串、并電路”、“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓、導(dǎo)體的電阻的關(guān)系”、“測(cè)量小燈泡的電功率”等電學(xué)實(shí)驗(yàn).

能夠在黑板上做實(shí)驗(yàn)，這樣多方便.隨著鐵制黑板的普及，多數(shù)學(xué)校都可以實(shí)現(xiàn)這一做法.方便、靈活自不必說(shuō)，重要的是在黑板上做實(shí)驗(yàn)大大提高了實(shí)驗(yàn)的可見度.

3結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單

初中的實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好.麥克斯韋曾說(shuō)“演示實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值常常與儀器的復(fù)雜程度成反比”.自制的實(shí)驗(yàn)器材要力戒復(fù)雜，能簡(jiǎn)單，則簡(jiǎn)單.

案例三電磁繼電器

說(shuō)明與分析：目前教師演示多用J2413-A型電磁繼電器.該繼電器從產(chǎn)品性能角度講無(wú)可挑剔，但對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)就顯得復(fù)雜.較多的彈簧片、較多的觸點(diǎn)，讓學(xué)生看得眼花繚亂.盡管設(shè)計(jì)上采用了開放式的結(jié)構(gòu)，但學(xué)生還是難以一看就懂的.圖3是利用廢舊材料制成的繼電器，部件少，觸點(diǎn)間距寬，元件分布面積大.此設(shè)計(jì)不僅保證了觸點(diǎn)動(dòng)作穩(wěn)定可靠，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了、工作過(guò)程清晰可見.

4操作要方便

操作簡(jiǎn)捷、方便是對(duì)自制實(shí)驗(yàn)裝置的又一項(xiàng)要求，如果實(shí)驗(yàn)器材在使用過(guò)程中需要顧及的因素過(guò)多，無(wú)疑對(duì)實(shí)驗(yàn)的效果產(chǎn)生影響.

案例四： 滑輪演示板

說(shuō)明與分析： 測(cè)量重物移動(dòng)的距離與繩子自由端移動(dòng)的距離，這在講授滑輪、滑輪組以及測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率中都要涉及到.通常這樣的實(shí)驗(yàn)我們是使用鐵架臺(tái)、刻度尺來(lái)進(jìn)行的.但這樣的實(shí)驗(yàn)存在明顯的弊端：一是重物和繩自由端的初始位置、終止位置無(wú)法標(biāo)記；二是重物移動(dòng)的距離和自由端移動(dòng)的距離難以準(zhǔn)確測(cè)量.這給師生的操作帶來(lái)難度，如果學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能弱，就有完不成實(shí)驗(yàn)的可能.如圖4所示的示教板有效地克服了這兩個(gè)弊端，一組平行線作為“參照物”，可標(biāo)記重物和繩自由端的位置；板上標(biāo)注的刻度相當(dāng)于刻度尺，重物和繩自由端移動(dòng)的距離可以在板上直接讀出.使用時(shí)向上提重物就可以了，極大地方便了實(shí)驗(yàn)的操作.

5設(shè)計(jì)要新穎

一件好的實(shí)驗(yàn)器材一定集實(shí)用性、科學(xué)性于一體，蘊(yùn)涵著想像力和創(chuàng)造力. 我們講究設(shè)計(jì)新穎就是要在堅(jiān)持簡(jiǎn)單、實(shí)用原則的基礎(chǔ)上，力求有所突破、有所創(chuàng)新. 這是因?yàn)楠?dú)特的創(chuàng)意、巧妙的設(shè)計(jì)會(huì)使實(shí)驗(yàn)器材的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程更加科學(xué)合理，性能得到優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)的效果得到增強(qiáng). 同時(shí)也會(huì)使“作品”好用、好看、好玩，凸顯科技美. 查閱相關(guān)資料，我們看到好多教師研制的實(shí)驗(yàn)器材既傳承了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)又極富時(shí)代氣息，有的還將傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，把實(shí)驗(yàn)器材的研制推向更高的層次.

案例五： 小小火力發(fā)電機(jī)

說(shuō)明與分析如圖5是一名教師在參加全國(guó)優(yōu)質(zhì)課競(jìng)賽時(shí)設(shè)計(jì)制做的徽型火力發(fā)電機(jī).該實(shí)驗(yàn)裝置由熱機(jī)和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成，熱源來(lái)自于酒精燈，產(chǎn)生的電流由發(fā)光二極管顯示.該設(shè)計(jì)的新穎之處集中在熱機(jī)部分：材料使用了常見的大試管、注射器、玩具轉(zhuǎn)輪，讓人感覺到科學(xué)就在身邊；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，組合巧妙，較少部件的簡(jiǎn)單組合，就把熱機(jī)的原理及工作的過(guò)程清晰準(zhǔn)確地展現(xiàn)出來(lái)；熱機(jī)的工作物質(zhì)不是蒸氣、不是燃?xì)?，而是使用了空氣，這就大大減化了設(shè)計(jì)，降低了器材的復(fù)雜程度.該器材性能優(yōu)良、制做精細(xì)，設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，可謂自制器材中的上品.