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物理演示教具的设计与制作 实验教学示范中心 沈阳师范大学
Henry Cavendish 1731~1810年
教具在教学过程中,具有教学特点,体现教育思想、教育目标、教学内容和教学方法的实物、模型等直观教学用器具以及实验训练器材在我国通常把教具、教学仪器、教学仪器设备等同起来使用,在不同场合下分别使用,三者没有本质上的区别。17 世纪末,英国物理学家雷恩(ChristopherWren 1632~1723)就曾用两个小玻璃球在英国皇家学会表演过碰撞实验,探索动量守恒的奥秘。最先证明电是一种电现象的富兰克林(Benjamin Franklin 1706~1790),他曾收到过他的一位朋友科林逊(Nicholson 1753~1815 植物学家、英国皇家学会会员)寄来的一个新奇的瓶子。这个瓶子用玻璃制成、内壁与外壳上都粘有金属箔片。经过十年研究,他阐明了这个后来被命名为莱顿瓶的作用,发明了电容器。这以后,又由英国物理学家威廉·汤姆生(William Thomson 1824~1907电信工程师领导铺设了世界上第一条大西洋海底电缆)发现了莱顿瓶的振荡放电理论,推算出了振荡频率,成为电磁振荡理论的开端。
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,固然比较规范、比较精致美观,但是,使用自制的教具,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,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。
制作实验器材本身也是培养学生发散思维和创造思维的过程。不少伟大的实验物理学家都曾提倡用简易器材来做物理实验。在《中国科学院院士自述》中,著名核物理学家、两弹元勋钱三强院士在追忆他当年怎样受到一代宗师吴有训先生用简易器材所做的演示实验的吸引相熏陶.使学习兴趣转向物理时,有这样一段精采的叙述:
“他们(指吴有训、萨本栋先生——编者注)授课不照本宣科,对于基本概念和难懂的关节点重复地讲解,还边讲边演示,使初学者听得清晰,记得牢。一次,吴先生讲‘振动与共振’,他在讲堂横拉了一根长绳,在等距离地方垂下一根根短线.短线上各系着一个用过的大号干电池,共挂了八节电池。他表演时,先在横绳垂直方向推动第一节电池。第一节电池便开始作单摆运动,不一会儿摆动逐渐减弱,而第二节电池则开始自动摆动起来,以后各节也依次摆动起来。这些用最普通的实验器材作的形象表演,非常生动地显示了简谐运动和共振现象。在刚学力学时,简谐运动和共振现象都是比较难懂的概念,但经吴先生讲解和演示后,道理就比较容易懂了。这样,我的学习兴趣又渐渐转向了物理。”
这种用简易器材的物理实验是大物理学家一以贯之推祟的,是描绘物理图学最直观、最“原汁原味”的。也正是这种用简易器材的实验把一个极富创造力的人才——钱三强吸引到物理学领域中来,给以后中国的原子核物理发展以极大的推动。
其实,用一些极其简易的器材来做物理实验,除了从就地取材和化废为宝经济角度出发,更考虑到简易器材有利于放手让学生课外自己动手操作,以培养学生独立实验的能力.让学生能充分观察实验全过程,从而能细细体察知识发生、发展的来龙去脉,反复品味其深奥的物理原理。所以,大凡有经验的物理教育工作者都认为:小实验能揭示深奥的大道理。因此,动手自制教具我们可以毫不夸张地说“自制教具是教学过程中永恒的话题”。
一、选题
物理演示实验教具的研制过程实际上是一种教育科学研究过程,因此,能否选择、确定合适的课题至关重要。那么,到何处去选择课题,又怎样选择合适的课题呢?其实,物理实验教学领域中无数尚未解决和有待于研究的问题,以及层出不穷的新问题,为我们提供了广阔的选题来源。具体到物理演示实验教具研制课题,主要来源于以下几个方面:
(一)物理教学改革的需要
物理演示教具在改善课堂结构、创设物理环境等方面的功能和作用逐渐被人们认识之后,为了达成某项或某些教学目标,为了某项教改方案的实施,自然会出现对某项或某些专项演示教具的需求。物理教学与教改的需要,为我们提供了选题来源。
(二)寻找差距和空白
在教学实践中,我们会发现现有的厂制教具并非尽善尽美,有的可见度小,有的原理复杂,有的操作不方便,有的可靠性差,有的存在不安全因素等等;另外,因设施条件限制,实验器材缺乏,甚至国家按一定配备标准为学校装备的实验器材中仍然存在许多空白,无法满足个性化教学要求。这些情况均为我们研制演示教具提供选题来源。
(三)融合现代科技手段
随着现代科学技术的迅猛发展以及现代教学手段在教学领域的广泛运用,物理演示教具也需要与现代科技手段相融合。例如激光器、硅光电池、压电陶瓷片、发光二极管等器件的开发运用;在教学投影仪及视频平台上开发小型演示教具;计算机辅助演示实验以
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