曾建斌

摘 要 物理是自然科學(xué)的重要分支，物理由理論和實(shí)驗(yàn)組成。實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識世界的重要活動。自制教具是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的組成部分，可以鞏固知識，培養(yǎng)興趣。

關(guān)鍵詞 物理 自制教具

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

教具是物理實(shí)驗(yàn)的工具。這些教具分為兩個(gè)類型。一類是專為證明課本某個(gè)原理而制作的，另一類是將所學(xué)理論開發(fā)出某種產(chǎn)品。無論這種產(chǎn)品是否過時(shí)，是否適用，這并不重要。重要是通過自制教具，體驗(yàn)運(yùn)用某種原理進(jìn)行產(chǎn)品開放的創(chuàng)造過程。體驗(yàn)其發(fā)明家們的探索精神。

例一，學(xué)習(xí)了液體加熱變成汽體的知識，運(yùn)用于生產(chǎn)如蒸氣機(jī)的發(fā)明。遵循這一啟示，可以制作類似的產(chǎn)品，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神，如有位學(xué)習(xí)制作了蒸汽船。先用厚紙板制作一艘船，在船上安裝一個(gè)鋁皮制的密閉容器。接一根小鐵管通到船的尾部沒入水中。密閉容器下面放一盞油燈。點(diǎn)燃油燈，加熱容器里的水，水變成了蒸氣，順著鐵管由尾部排出，由汽體沖擊水的反作用力推動船前進(jìn)。雖然蒸氣機(jī)不是這樣的，是推動密閉氣缸里的活塞做功，帶著機(jī)器輪轉(zhuǎn)動，機(jī)器輪帶動工作輪轉(zhuǎn)動工作。但這位學(xué)生的制作也算是利用蒸汽在做功。說明學(xué)生懂得了蒸汽做功的根本原理（是汽體的沖擊力）。有了這種創(chuàng)造精神，將來就可能發(fā)明有適用價(jià)值的產(chǎn)品，而且每個(gè)產(chǎn)品都是雛形不斷實(shí)驗(yàn)改進(jìn)而完善的。學(xué)生在制作教具的過程中，只要有所體驗(yàn)就是收獲。

例二，“山澗發(fā)電站”示意裝置。在一個(gè)斜面上釘上兩根木條，形成一道山間水槽。表示將山澗常年流水集于所修的水槽之中，用作驅(qū)動發(fā)電機(jī)的動力。再制作一個(gè)木頭葉輪，葉輪的制作又是培養(yǎng)動腦動手的能力。動腦要去觀察實(shí)際的水輪機(jī)。然后進(jìn)行仿制。由于所制教具只有一尺多長，制作就是細(xì)致工作。制作過程要涉及到工具，如鑿子、铇子、尺子、鉆子、鋸子。由于制作這件教具是一個(gè)任務(wù)，也是一件作品，胸中有了一個(gè)目標(biāo)，就有一定要做成功的信心。這其中所運(yùn)用的數(shù)學(xué)（計(jì)算），物理學(xué)（力學(xué)）。葉輪安裝在水槽之上，葉輪外又有一個(gè)輪子。輪子也帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動。安裝好后，只有從水槽上方接上水源如自來水，水沖擊葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)動又帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動。這樣就能發(fā)電了。雖然這是原始的工作原理（現(xiàn)代實(shí)際的水力發(fā)電，對水的利用，使用的水輪機(jī)都是現(xiàn)代化了的），但就是這種原始的工作原理體現(xiàn)了對水力利用的基本原理。

例三，孔明燈的制作。孔明燈，每逢過年，超市里有的賣。只要20元錢就可以買一個(gè)，按照操作程序，點(diǎn)燃下面的燃具，張開上面的空間，里面的空氣烤熱了，孔明燈就升上天空了。但看來簡單的東西，由學(xué)生自己制作，就要遇到不少的問題。就是由老師制作也不是輕易能完成。因?yàn)橐婕暗郊堎|(zhì)、空間大小，燃具大小，裝置等。紙質(zhì)要靭而輕，燃具的燃料所能發(fā)出的熱能的多少及能持續(xù)的時(shí)間，紙應(yīng)剪成什么形狀，怎樣粘接，這些都是要遇到的問題，制好后，還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能否升入空中。孔明燈所證明的原理是空氣的熱脹冷縮?？諝馐軣幔ɑ鹂荆┡蛎?，密度變小，比重變小而上升，這樣就把孔明燈帶上天空了。證明了空氣的熱脹上升，可以解釋很多自然現(xiàn)象。如風(fēng)的形成，一處的熱空氣上升，周圍的冷空氣流來填補(bǔ)就形成了風(fēng)等等。孔明燈的制作涉及到對各種力的考慮，如紙質(zhì)厚重就會增加熱空氣上升的承重，不易升起來，空間過小，熱空氣的上浮力不足以提升孔明燈的重量。燃具小，火力不強(qiáng)，不足以烤熱空氣。燃料不足，不能在空中持續(xù)進(jìn)行。這個(gè)過程也讓學(xué)生體驗(yàn)到，發(fā)現(xiàn)了一種原理，要開發(fā)成產(chǎn)品，要經(jīng)歷不短的過程，并非有了正確的原理，就能在新產(chǎn)品運(yùn)用上一次成功。而是要不斷試驗(yàn)不斷改進(jìn)才能進(jìn)入市場。愛迪生發(fā)明電燈泡，為了尋找耐燒的烏絲，經(jīng)歷了上千次失敗才成功的。

例四，舌簧喇叭的教具制作。無論現(xiàn)代化高科技的喇叭是用怎樣的材料，用怎樣的結(jié)構(gòu)方式，但其基本原理都是振動發(fā)聲。振動發(fā)聲在生活中常見的物體很多，如鑼鼓、盆瓢，各種樂器（管弦、打擊樂器），以及任何的物體只要敲擊振動就能發(fā)出聲音。這些用不著進(jìn)行教具制作。但那些發(fā)音原理較隱蔽的就能引起學(xué)生的好奇心與探索欲。如舌簧喇叭就是其中之一。舌簧喇叭的制作要涉及的知識有電學(xué)中的電磁鐵，有振動發(fā)聲的共鳴箱及振動片。（1）電磁鐵的制作可以因 陋就簡，就地取材。如一顆鐵釘，兩尺漆包銅導(dǎo)線就可以繞成簡易電磁鐵。安裝在一個(gè)框架內(nèi)，再制一個(gè)喇叭形的振動共鳴器（用富于韌性與彈性的高質(zhì)紙制作），共鳴器的外部中心粘貼一個(gè)簿鐵圓片，大約一顆小扭扣大。把它安裝在挨著電磁鐵一端（有一絲縫隙，距離大了，磁力作用不強(qiáng)，完全挨著電磁鐵則沒有振動的空間余地）。這樣，將電磁鐵的兩個(gè)電極（正負(fù)極）接出兩根導(dǎo)淺，連接在一個(gè)坐機(jī)電話的送話器上。一人對著送話器說話，不同頻律的聲音振動送話器上的磁片，形成相同聲音頻律的電流傳到舌簧喇叭上。舌簧喇叭的電磁鐵的磁場發(fā)生相同頻律的變化。電磁鐵對共鳴器底部的簿鐵片的引力也發(fā)生相同頻律的變化。簿鐵片發(fā)生同頻律的振動牽動共鳴器也發(fā)生同頻律的振動。這時(shí)就能聽見與另一端說話的同樣的聲音。這個(gè)教具證明的原理有兩點(diǎn)：一是電磁鐵的原理，它的磁力大小隨電流強(qiáng)弱的變化而變化。電流的強(qiáng)弱又與聲音的振動大小有關(guān)。二是聲音由振動頻律相同，所以喇叭發(fā)出的聲音就與送話器那端說話的聲音相同。三是證明振動發(fā)聲的大小又與振動的幅度大小有關(guān)。

總之，通過教具的制作，能鍛煉學(xué)生的動手能力，鞏固知識的能力，體驗(yàn)科學(xué)發(fā)明的過程，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造精神。