從滑動(dòng)變阻器的教學(xué)談自制教具的原則和注意事項(xiàng)

江西省南昌市第十九中學(xué)(330006) 高 靜

江西省南昌市教研室(330006)潘碧霞

在新中國成立初期，教學(xué)儀器匱乏，鼓勵(lì)師生自制教具，解決教學(xué)中重難點(diǎn)問題，即教具的作用是講清實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)效果好，完成教學(xué)任務(wù)，取材容易，價(jià)格低廉。隨著時(shí)代的發(fā)展，對教具的制作提出了新的要求。在制作理念上，更多的要求體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，支持探究性教學(xué)。在制作技術(shù)上，重視新技術(shù)和新材料的應(yīng)用。在制作工藝上要求設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思巧妙，制作簡單。綜上所述，新時(shí)期的自制教具原則主要有以下3條：目的性原則、教育性原則、創(chuàng)新性原則。下面以滑動(dòng)變阻器的教學(xué)為例闡述自制教具的原則和注意事項(xiàng)。

滑動(dòng)變阻器是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本儀器之一，把滑動(dòng)變阻器正確接入電路中以及判斷其接入電路中的電阻大小的變化是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了突破本節(jié)課的難點(diǎn)，安排了以下4個(gè)實(shí)驗(yàn)：用鉛筆芯改變小燈泡的亮度，了解滑動(dòng)變阻器的工作原理；自制滑動(dòng)變阻器，了解滑動(dòng)變阻器的基本結(jié)構(gòu)；用溫變材料顯示滑動(dòng)變阻器的有效電阻；用滑動(dòng)變阻器和音頻發(fā)射器組裝成教具演奏歌曲，解釋錄音棚調(diào)音臺(tái)的工作原理。

1 自制教具的原則

1.1 目的性原則

自制教具應(yīng)以解決教學(xué)實(shí)踐中遇到的問題為目的，倘若為了參加自制教具比賽冥思苦想，就脫離了教學(xué)實(shí)際。自制教具用于新課導(dǎo)入時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)具有趣味性或新奇性，能激發(fā)學(xué)生研究問題的興趣，或者引導(dǎo)學(xué)生提出與課題相關(guān)的問題。自制教具用于突破教學(xué)難點(diǎn)時(shí)，其所展示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)該能為學(xué)生提供必要的感性素材，引導(dǎo)學(xué)生思維活動(dòng)的發(fā)展。例如在滑動(dòng)變阻器的教學(xué)中，學(xué)生由于不能直觀感知電流流過電阻絲的路徑，很難正確的判斷電阻絲接入電路中的有效長度。為了攻克這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，自制滑動(dòng)變阻器的目的是把電流流過電阻絲的路徑顯示出來，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象掌握判斷滑動(dòng)變阻器的有效電阻的方法。自制教具用于幫助學(xué)生深化或應(yīng)用物理知識(shí)時(shí)，應(yīng)突出實(shí)驗(yàn)的思考性以及理論聯(lián)系實(shí)際的要求。例如用滑動(dòng)變阻器和音頻發(fā)射器組裝成教具，演奏歌曲，解釋錄音棚調(diào)音臺(tái)的工作原理。

1.2 教學(xué)性原則

教具是為教學(xué)服務(wù)的，自制的教具應(yīng)符合教學(xué)的基本原則。因此自制的教具應(yīng)該利用其生動(dòng)、直觀的特點(diǎn)，用簡單明了的方式，展示學(xué)科知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生思維，達(dá)到解決實(shí)際問題的目的。即自制教具的教學(xué)性原則主要體現(xiàn)在直觀性、啟發(fā)性和簡明性上。

1.2.1 直觀性原則

自制的教具以真實(shí)、形象、生動(dòng)的方式展示教學(xué)內(nèi)容，把抽象的知識(shí)以形象生動(dòng)的方式展示出來。例如為了讓學(xué)生直觀感知電流流過電阻絲的路徑，根據(jù)電流的熱效應(yīng)和變色指甲油變色的原理制作變色滑動(dòng)變阻器，把滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻絲的長度轉(zhuǎn)化為指甲油顏色變化的范圍。當(dāng)把滑動(dòng)變阻器“一上一下”兩個(gè)接線柱接入電路中時(shí)，滑片在移動(dòng)的過程中，接入電路中的有效電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化，其變化可通過電流的熱效應(yīng)轉(zhuǎn)化為變色指甲油的顏色變化,如圖1所示。

為了讓學(xué)生直觀的感受到調(diào)音臺(tái)是通過改變接入電路中的電阻值來改變電路中的電流，再通過音頻發(fā)生器轉(zhuǎn)化成對應(yīng)頻率的聲信號(hào)，應(yīng)用滑動(dòng)變阻器和音頻發(fā)射器組裝成教具來解釋電子琴的工作原理，如圖2所示。即把滑片滑到滑動(dòng)變阻器的適當(dāng)位置，按下安裝在滑動(dòng)變阻器上的常開開關(guān)，音頻信號(hào)發(fā)生器把電流轉(zhuǎn)化為對應(yīng)頻率的聲信號(hào)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以直觀的看到滑片在滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器輸入到音頻發(fā)射器的電流是變化的，根據(jù)聽到的音調(diào)不同，可以判斷出音頻發(fā)射器輸出的聲音的頻率也是變化的。

圖1 變色滑動(dòng)變阻器

圖2 用自制教具解釋電子琴的工作原理

1.2.2 啟發(fā)性

自制教具應(yīng)通過簡明、直觀的現(xiàn)象啟迪學(xué)生的思維、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。在新課導(dǎo)入階段，利用自制教具創(chuàng)設(shè)物理情景，再設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、進(jìn)行科學(xué)猜想。

例如用圖2中的教具演奏歌曲，并通過以下兩個(gè)問題引入滑動(dòng)變阻器的教學(xué)，

(1)通過移動(dòng)教具的哪部分，達(dá)到改變音調(diào)的目的？

(2)為什么滑片在移動(dòng)的過程中，可以改變音調(diào)？

自制教具應(yīng)以鮮明、生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)表象不斷引導(dǎo)學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生把觀察和思維緊密結(jié)合起來積極思考，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)由表及里逐步深化。

例如在學(xué)生進(jìn)行用鉛筆芯改變小燈泡亮度的活動(dòng)基礎(chǔ)上。通過以下4個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生自制滑動(dòng)變阻器，讓學(xué)生了解滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)以及制作滑動(dòng)變阻器的技巧。

(1)要使燈泡在更大的范圍里變化，對接入電路中的電阻絲的長度有什么要求？

(2)電阻絲很長很長占的空間很大，怎樣解決這個(gè)問題？

(3)電阻絲一圈一圈相碰怎樣解決？

(4)電阻絲涂上絕緣漆，滑片與電阻絲絕緣，又該如何解決？

1.2.3 科學(xué)性

自制教具的科學(xué)性體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：①原理具有科學(xué)性。②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是真實(shí)的，而不是人為控制的。③教具除了要幫助學(xué)生學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)，還要有助于學(xué)生樹立科學(xué)意識(shí)，掌握科學(xué)方法。

如圖3所示,用發(fā)光二極管自制可視性滑動(dòng)變阻器，該教具雖然可以把滑動(dòng)變阻器接入電路中的有效電阻絲長度，通過發(fā)光二極管的點(diǎn)亮個(gè)數(shù)直觀的顯示出來，但由于該教具是在金屬桿上安裝開關(guān)代替滑動(dòng)變阻器的滑片，通過接通金屬桿上的開關(guān)個(gè)數(shù)來控制滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻大小。換言之，該教具能說明滑動(dòng)變阻器的工作原理，但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是人為控制的。同時(shí)該教具不能體現(xiàn)甚至?xí)`導(dǎo)學(xué)生忽視滑動(dòng)變阻器制作的技巧。制作滑動(dòng)變阻器時(shí)，使用涂有絕緣漆的電阻絲以緊密排繞的方式縮小電阻絲所占用的空間，刮掉滑片與電阻絲接觸處的絕緣漆，在保證滑片與電阻絲接觸良好的前提下，同時(shí)保證電阻絲與電阻絲之間是絕緣的。

圖3 可視性滑動(dòng)變阻器

1.3 創(chuàng)新性原則

自制教具的創(chuàng)新性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、取材、制作和使用等方面。

筆者為了把電流流過滑動(dòng)變阻器電阻絲的路徑顯示出來。最初采用的方法是用多媒體技術(shù)模擬電流流過電阻絲的情景，現(xiàn)象雖然直觀形象，但由于缺乏真實(shí)性，不能有效的說服學(xué)生，導(dǎo)致教學(xué)效果不好。為了真實(shí)形象的把電流流過電阻絲的路徑轉(zhuǎn)化為其他可視現(xiàn)象，在綜合分析學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和水平的基礎(chǔ)上，選擇了原理簡單的變色指甲油把電流流過電阻絲的路徑顯示出來。

2 自制教具的注意事項(xiàng)

教具是為教學(xué)服務(wù)的，再設(shè)計(jì)教具的時(shí)候要考慮教學(xué)環(huán)境和教學(xué)時(shí)間的限制，也要確保實(shí)驗(yàn)具有良好的教學(xué)效果。

2.1 教學(xué)環(huán)境的限制

不同類型的變色指甲油的臨界變色溫度是不同的，利用變色指甲油制作變色滑動(dòng)變阻器，要根據(jù)教室的室內(nèi)溫度選擇指甲油變色的臨界溫度，要選擇臨界溫度高于室內(nèi)溫度的變色指甲油。如果臨界溫度低于室內(nèi)溫度，變色指甲油只能呈現(xiàn)溫變后的顏色，就不能利用電流的熱效應(yīng)把滑動(dòng)變阻器上有電流流過的電阻絲和沒有電流流過的電阻絲通過變色指甲油的顏色變化區(qū)分開。

2.2 教學(xué)時(shí)間的限制

要在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，高效地完成教學(xué)任務(wù)，就要有效的利用課堂上的每一分鐘，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)具有即時(shí)性。

制作變色滑動(dòng)變阻器時(shí)，選擇的變色指甲油的臨界變色溫度與教室的室內(nèi)溫度不能相差較大，如果溫度相差較大需要較長的通電時(shí)間才能使變色指甲油的顏色發(fā)生變化。根據(jù)焦耳定律，純電阻電路中的電阻越小，電阻兩段的電壓越大，電流熱效應(yīng)越明顯。因此，為了使滑動(dòng)變阻器的電阻絲在較短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)較高的溫度，應(yīng)選用“最大阻值小，允許通過的最大電流大”的滑動(dòng)變阻器。

2.3 有良好的教學(xué)效果

為了讓班上的每個(gè)學(xué)生看清演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，儀器的尺寸要足夠大，放置的高度要合適，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的顏色與儀器背景顏色的對比度要大，必要的時(shí)候可以借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)放大實(shí)驗(yàn)。例如制作變色滑動(dòng)變阻器時(shí)，在滿足所需規(guī)格的前提下，盡量選擇尺寸大的滑動(dòng)變阻器。選擇變色指甲油時(shí)，要選溫變前和溫變后色差大的指甲油。如果此時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象依然不能確保所有人都看得清，可以借助投影儀或同屏技術(shù)放大。