用日常材料设计物理演示教具

用日常材料制作物理实验教具

四川师大物理与电子工程学院潘学军

自从我们国家的前总书记江泽民同志关于“创新”讲话以来，即，1995年在全国科学技术大会和1998年在俄罗斯新西伯利亚科学城的讲演以来。这些年关于如何培养大、中、小学学生的分析问题、解决问题能力，动手实践能力，创新意识、创新能力，这类词语、话题在各种文件、报纸、文章、广播、电视等各种场合出现的频率是越来越高与其相关的话题也越来越多。

当今世界各地的教育家一致认为，培养学生的创造力是现代教育的首要目标，也是社会变革与进步的一个重要指标。如何把培养学生的实践能力、创新能力与我们的教学相结合是我们每个教育工作者义不容辞的责任。

作为一个中学物理教师若能利用日常生活中的废品和常见材料设计制作一些简易、实用的教学用具，除满足自己的教学需要外，还可通过教具制作开展一些学生的课外活动，让学生掌握一些常见工具的使用方法和技巧以培养学生热爱学习、热爱生活和勤俭节约精神并能以此提高他们的实践创新能力，就是一件非常有意义的工作。要做好这项工作需要我们在座的各位共同努力。由于在创新这方面我们的经验、方法也不太多，但我想根据近年来我们物理学专业的培养目标，为培养学生在创新、实践等方面的综合素质、综合能力所作的一些工作，给在座的各位同仁作一简要汇报，以起抛砖引玉之用。不当之处敬请批评指正。

为了加强和提高同学们的创新意识和能力，特别是提高利用新技术、新方法、新材料改造旧仪器，设计新仪器以提高中学物理教学水平和质量的能力，从2006年以来我们学院给物理学专业的学生新开设了一门叫《物理实验研究与创新》的课程，该课程开设以来一直受到学生们的欢迎，通过该课程的学习使学生在动手实践能力和创新能力方面得到一定的提高，致使我校的学生在毕业求职和这几年参加全国师范专业大学生物理专业技能大赛方面都取得较好的成绩。现在这门课已从原来开始的选修课变成必修课，课本也从讲义变成正式出版的教材。

下面将课程中有关教具制作的目的意义及部分相关自制教具应用实例中的部分内容介绍给大家，希望对你们今后的工作有所帮助。

一．自制物理实验教具的意义

物理学是一门实验科学，物理实验是物理学的重要部分。物理规律的发现、物理理论的建立和物理学的发展，都离不开实验，都必须以严格的物理实验为

基础，并受到实验的检验。因此,物理实验在物理学的创立和发展中占有十分重要的地位，同时在推动其它科学和工程技术的发展中也起到重要的作用。不言而喻，在物理教学中物理实验的作用是非常重要的。

自制仪器教具是古往今来历代科学家的优良传统。物理学的许多重大成就在很多情况下就是伴随着仪器的成功设计而诞生的。

如：1785年法国的库伦用自己设计的扭秤，通过“扭秤实验”研究电荷之间的相互作用力，发现了我们现在所熟知的库仑定律；还有1798年英国的物理学家、化学家卡文迪许利用自己设计的更大的扭秤，测定了万有引力常数G值大小；又如，英国的物理学家，约瑟夫·约翰·汤姆逊于1897年用特殊设计的阴极射线管进行实验而发现了电子，后来他又用他的学生查尔斯·汤姆逊·里斯·威尔逊发明的原子型的云室测定了电子的荷质比，从此人们不再认为原子具有整体性了。

更重要的是1888年，德国的物理学家亨利希·赫兹用他自己设计的仪器产生了预先设定频率的电磁波，并通过进一步研究，观察到了电磁波也像普通光波一样，具有反射、折射、衍射等性质。这样，麦克斯韦于1863年所作的预言完全得到了证实。7年以后，马可尼和波波夫利用赫兹的电磁波实验，分别发明了无线电报，开创了通信技术的新纪元。后来爱因斯坦对法拉第、麦克斯韦、赫兹作了如下评述：法拉第和麦克斯韦的思想，是物理学自牛顿以来的一次最深刻和富有成效的变革；……麦克斯韦的天才迫使他的同行们在概念上要作多么勇敢的跃进。只是等到赫兹以实验证明了麦克斯韦电磁波的存在以后，对新理论的抵抗才被打垮。

在中学物理教学课堂上，国外很重视学生自己动手自制仪器。例如英国 T om Decan 著的中学物理教材中，他在讲述胡克 (Hooke Robert 1635～1703) 定律时，就要求学生用新的裸铜线自制弹簧秤。他要求每个学生用直径1mm左右的铜丝，在圆铅笔上绕 (25 ～ 30) 圈然后每次用10克砝码将弹簧拉长，做出记录。由此总结出胡克定律的基本思想。

我们认为，提倡自制教具，不仅仅是教学条件困难才自制教具，即使办学条件好的重点中学也该重视自制教具。教师用自己制作的教具与使用厂家生产的教具来讲课，教学效果是不一样的。使用厂家制造的仪器，虽然比较规范、比较精致美观，但是，使用自制的仪器教具，却可以更能让学生看到仪器的内部构造，了解仪器的工作原理。另外更重要的是：当学生看到那些用生活物品与身边的常见材料来做实验时，会使学生觉得物理离自己更近，容易激发学生热爱物理、热爱科学的情感。

现在普通高中新物理课程标准中已明确指出：要突出物理学科特点，发挥实验在物理教学中的重要作用，物理实验是高中物理教学中的重要内容。教师应该积极开发适合教学的实验项目，充分利用实验资源做实验。提倡使用身边随手可得的普通物品做物理实验。观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验技能，培养实事求是的科学态度，引起学习兴趣，具有不可代替的重要作用。大力加强演示和学生实验，学校和教师应根据课程标准的要求安排足够的学生实验和演示实验；应最大限度地利用实验室现有的器材，力求利用多年闲置的器材开发新的实验；充分地开发和利用实验室的丰富课程资源，实验室的课程资源不仅限于实验室的现有设备，学生身边的物品和器具也是重要的实验室资源。利用日常器具做实验，不但具有简便、直观等优点，而且有利于学生动手，发展学生的实验技能，培养学生的创新意识。尽快改变实验室的封闭式管理状态，实验室应该尽快向学生开放，鼓励学生主动做课外实验。

第三次全国教育工作会议精神以及《新世纪高等教育教学改革工程》中均提出，从新世纪对高等学校人才培养的要求出发，要建立高等学校基础课实验教学示范中心，开展对高等学校高层次基础课实验室建设方面的研究，重视高校实验室工作，改善实验室条件，推进实验室管理体制改革，创建实验教学改革的机制，改革人才培养的模式。

在物理教育硕士研究生的《物理实验设计与研究》课程教学大纲中也曾明确提出：通过典型实验的实验室学习研究，使学员会根据中学物理教学的要求，设计和改进实验，能自制和改进教具，并能应用新技术、新材料更新和充实中学物理实验内容。

近年来不管是对中学、大学还是研究生,其物理相关教学课程要求中都对物理分组实验、演示实验、教具制作提出了明确要求。为了提高培养人材的创新、实践能力，适应社会需求，很多高校都根据本校的特点和培养目标要求，除继续开设大学物理实验外还陆续开设了设计性实验、综合性实验和简单仪器教具制作一类的课程，通过这类课程的学习进一步提高学生理论联系实际和动手实践的能力。为此，我今天给大家讲自制教具这个话题同样也是为了使大家在提高中学物理教学质量和实践动手能力等方面有所帮助。

鉴于我国目前中学物理实验教学现状，自制教具既可以培养学生的创造能力和开阔学生思维，也是解决当前仪器不足的有效途径。所以在任何条件下物理教师都应该亲自动手自制一些教具，不断改进实验条件。即使将来教学条件有所改善，这一传统也绝不能丢掉。重视自制教具的作用也是物理教学中一条重要指导思想。