摘要：自制教具是常規教具的重要補充，可以有效解決因經費不足而導致的教具匱乏問題，也可以進一步推動教育改革的進程，同時還可以培養學生的觀察力和動手能力。作者以生活中常見的小物品——激光筆為例，講述教師如何利用生活中的小物品，設計開發一系列自制教具，以滿足課程標準對提高學生科學素養和技術素養的要求。
關鍵詞：自制教具、物理教學、激光筆
1 簡介
國家舉辦了第九屆全國自制教具大賽，各省、市、自治區也舉辦了各類自制教具大賽，朱正元、陶虹、劉炳生、馮榮時、羅興凱等專家學者努力出版了《物理實驗淺談》、《中學物理實驗教學與自制教具》等重要專著。但在實際教學中初中物理簡單教具制作，由于考核方式單一、設備匱乏、相關教師實驗技能培訓不足等原因，存在著“做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗”的現狀，物理實驗教學的開展無論從師資還是設備方面都不能滿足當前課程改革的需要。
國外使用自制教具進行教學比國內更為廣泛和普遍，也更注重學生自己動手的過程。例如在美國，自制教具實驗受到高度重視，電視節目中經常播放制作成本低廉、趣味十足的教具的視頻，讓學生在玩樂的同時學到知識。此外，各學校實驗室都大量使用自制教具，并極力鼓勵學生自己探索、開發新的教具。
初中課程標準要求教師注重科學技術與環境的聯系，重視模型、教具、儀器等的制作，引導學生“動手”與“動腦”相結合。本文以激光筆為例，從多個實物維度談自制教具的開發利用。
2 以激光筆為例的系列自制教具的設計與開發
現實生活中，有很多物體可以直接作為實驗器材用于課堂演示，比如氣球、可樂瓶、電子秤等，當然，也有很多物體經過加工后用于課堂教學[1]。為了體現物理與生活的緊密聯系，本文以日常生活中常見的激光筆為基礎，從熱、光、聲等多個物理維度設計了一系列自制教具。除了利用激光筆演示光沿直線傳播、光反射、光折射等常見的實驗外，還可以設計以下一系列實驗。
2.1 光的衍射自制教具
“光的衍射”是人教版高中《物理·選修3-4》教材的內容，該部分通過單縫衍射和泊松亮點講解了光發生明顯衍射的條件和現象。教師可以利用自制的光的衍射教具（圖1）作為課堂介紹或課后知識擴展的補充，打破常規的衍射現象，激發學生的興趣，加深對光的衍射的理解。
▲圖1 自制光的衍射教具實拍圖
實驗設備：夾具、激光筆、注射器。
實驗過程及現象：用注射器吸起污水并固定位置，推動注射器擠出一滴污水，體積盡量大。讓污水滴和激光筆處于同一高度，打開激光筆，調整設備到墻面的距離，就能看到衍射圖像，甚至能看到“細菌”[2]。
思考與改進：我在2014年已經發表過相應的文章，相比之前，固定裝置做了一定改進，注射器的固定位置可以上下移動，更方便控制污水液滴與激光筆在同一高度。污水液滴的來源很多，我試過湖水、細菌培養液、灰塵水等等，都可以拿來做實驗。其中灰塵水是最方便獲取的，只要往墻角布滿灰塵的地方注入一注射器水，再用注射器吸回去就可以了，效果也很好。細菌培養液比較有挑戰性，因為它對菌的濃度有要求，不能太高初中物理簡單教具制作，否則看不出效果，也不能太低，否則觀察不到現象。
2.2 自制聲音教具的特點
“聲音特性”是華東師范大學出版的八年級科學教材第一章第二節的內容，在介紹聲音的兩個特性——響度和音調時，教師會結合示波器的波形圖進行講解。而本教具完全可以代替示波器，得到相同的波形圖，從而達到突破難點的目的。自制的聲音特性教具實物圖及裝置示意圖如圖2所示。
▲圖2 自制聲音特征教具圖
實驗器材：鐵架、激光筆、平面鏡、音叉、四面體、電動機、夾具、電線、電池。
實驗過程及現象：接通電源使電動機工作，電動機帶動四面體轉動。當音叉反射出來的光照射到四面體上時，可以形成一系列的水平線條。敲擊音叉后，其振動圖像可以看作是一系列的波[3]。改變敲擊音叉的力度，響度就會變小，我們可以看到波形的振幅也會變小，由此可見響度與振幅有關。在說明音調與頻率關系時，用頻率為512Hz的音叉與頻率為256Hz的音叉做了對比實驗，可以看出波形的稀疏程度有差異，聽到的音調也不同。
思考與改進：本自制教具對電機有一定的選擇性，要求轉速越慢越好。另外，如果只用激光筆和帶有平面鏡的音叉，還可以得到其他實驗結論。例如，當激光筆發出的光線照射到音叉上的平面鏡上時貝語網校，光線經過反射后，在壁上會出現一個亮點。當敲擊音叉使其振動時，可以觀察到光點在快速跳躍，形成上下不一的小亮線。這也說明音叉確實在振動，聲音是由物體振動產生的。
2.3 自制小變形放大教具
本自制教具用于演示固體熱脹冷縮現象，激光筆有一定的放大效果，設備和操作比較簡單，效果非常明顯，自制小變形放大教具實際圖片如圖3所示。
▲圖3：小變形放大自制教具實拍圖
實驗器材：單杠、激光筆、主桿、金屬絲、裝置底座。
實驗過程及現象：打開激光筆將光照射到墻面上，標記光點，并記錄杠桿橫桿一開始指向的刻度。然后用打火機均勻加熱金屬絲，觀察光點下降到某一位置再標記。最后停止加熱，將裝置放置幾分鐘，就可以看到光點基本回到了初始位置。
思考與改進：金屬絲本身的熱脹冷縮很小，因此實驗時需要控制激光筆與墻面的距離，距離越大光斑位置下降越明顯。當然后續實驗可以加一個大號量角器來測量角度的變化，從而達到量化的效果。
如圖4所示，不同初始溫度條件下電容變化趨勢大致相同，初始溫度50℃下的電容曲線在-5~15℃范圍內波動，經過多次測試發現，此范圍內電容波動具有可重復性，因此分析判斷應為油樣預熱處理所致。
2.4 布朗運動自制教具
布朗運動是分子熱運動的基礎，但由于分子運動太過微觀，很難配備顯微鏡，許多教師都在努力攻克這一難題。本文介紹了一種自制的利用激光筆觀察布朗運動的教具，該教具的示意圖如圖4所示。
▲圖4 布朗運動自制教具示意圖
實驗器材：激光筆，手機，手機顯微鏡，透明盒子，酒精燈。
實驗過程及現象：在透明盒子里點燃一小段艾條，組裝手機顯微鏡和手機，打開手機攝像系統，打開激光筆，就能看到亮點飄浮[4]。如果點燃酒精燈，可以看到粒子運動得更劇烈了。
思考與改進：此自制教具最大的特點是使用方便，手機顯微鏡代替了實驗室里的顯微鏡，同時配合激光筆的使用，可以看到亮點不規則的移動，還能說明溫度與移動強度的關系。當然在講授空氣污染課程時，也可以用無污染與重度污染的空氣做對比實驗，培養青少年的環保意識。
3 總結與思考
我們總說科學研究的對象是自然，我們需要給學生提供認識自然的機會，我們的物理課程的教育也應該以學生的生活經驗為基礎。然而在現實生活中，我們的教育卻開始脫節，書本上很多例子都是我們以前經歷過的事情，卻無法與當代學生產生共鳴。“關注學生在學習過程中遇到的困難和問題，采取有效的教學策略，引導和幫助學生。”這是課程標準對我們的要求。筆者認為，自制教具是一種非常好的教學策略和方法。教具來源于生活，取之于生活，拉近了學生的距離。教具用于教學，輔助教學，讓學生更容易理解知識內容。師生可以自己制作教具，在輔助教學的同時，也鍛煉了學生的思維和動手能力，真是一舉兩得啊！
本文介紹了一系列以激光筆為主開發的自制教具，可用于課堂演示實驗和學生探究實驗，教師在使用時需要考慮其對課堂教學的適用性，在設計系列實驗時還要考慮其對課程內容的促進作用和實效性，讓生活真正走進物理課堂[5]。
參考
1 陳晨. 初中物理課堂低成本系列實驗的開發、設計與教學實踐——以氣球系列實驗為例[J]. 物理教學, 2018, 40(3): 42～44
2 林竹,王戈,彭寶金,等.光的衍射教學演示儀[J].物理教師,2014,35(8):64
3 林竹,王戈,王家偉.可見聲音[J].物理學報,2014(6):127
4 李紅艷,彭朝陽.用激光筆演示布朗運動[J].湖南中學物理,2018(5):65～66
5 張嘉琪,吳煒. 初中物理系列實驗的開發探討——以蠟燭為例[J]. 物理教師,2017,38(10):28-30
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