自制物理演示實驗器材，提升學(xué)生對大學(xué)物理實驗課堂興趣

鐘興梁 毛雪麗 馬婷婷

【摘要】從一個復(fù)雜的原理或現(xiàn)象通過簡單的演示，讓同學(xué)們能直觀的看出其中的奧妙。自制趣味物理演示器材不僅能提高制作演示器材學(xué)生的思考與動手能力，還能激發(fā)學(xué)生對物理的興趣，使老師的教學(xué)更加輕松。

【關(guān)鍵詞】自制教具 大學(xué)物理 演示實驗

【基金項目】西南科技大學(xué)實驗技術(shù)研究項目（17syjs-09）；西南科技大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項目（16xn0046）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）45-0182-02

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國外多數(shù)知名高校都十分重視大學(xué)物理演示實驗在教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的作用，他們的演示實驗設(shè)施完善，內(nèi)容豐富[1]。但由于經(jīng)費原因或者是演示器材過于復(fù)雜，國內(nèi)大多數(shù)學(xué)校在物理教學(xué)中并沒有演示器材可以使用。我校就嚴重缺乏實驗演示的相關(guān)設(shè)備，教師在實驗教學(xué)時就按照實驗過程告知同學(xué)如何使用儀器進行數(shù)據(jù)的測量，同學(xué)們只關(guān)心測出數(shù)據(jù)，一場實驗下來談不上興趣。對于基礎(chǔ)實驗面臨的問題，自制演示實驗器材的作用就至關(guān)重要，不僅能豐富物理實驗課堂趣味性，也能使教師的教學(xué)更具有說服力。

一、自制演示器材設(shè)計與演示

1.電磁感應(yīng)

電磁感應(yīng)的原理廣泛的運用于生活，當我們把鐵鍋放上電磁爐，不用生火也能做出美味的飯菜。電磁感應(yīng)廣泛的應(yīng)用于生活，但是很多同學(xué)并沒有去了解其原理，因此通過實驗演示讓學(xué)生認識什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。演示開始時，先將兩個螺線管纏繞在一根鐵芯上，將螺線管的一端接電源，并在另一端接出兩根導(dǎo)線與一LED小燈相連接，并在透明的塑料板上均勻的灑上細小的鐵屑，接通電源，發(fā)生的現(xiàn)象：鐵屑的變化反應(yīng)了在通電的螺線管周圍會產(chǎn)生磁場，并可清晰的看見磁場的分布，同時變化的磁場，使得在其變化的磁場內(nèi)的螺線管產(chǎn)生了感生電流，使LED小燈發(fā)光，將一萬用表接在LED燈的兩端可清楚的看見有電流的有讀數(shù)顯示（如圖1）。

2.分光計

我們依稀還記得那雨后掛在天邊絢麗的彩虹，陽光照射下的彩色氣泡。那么通過光的色散原理來制作演示器材。演示開始時，選擇光束集中且強度大的光源，把光源固定在一個位置。打開光源，一束白光垂直入射四棱鏡，白光經(jīng)過四棱鏡時，由于各色光的波長不同而發(fā)生色散現(xiàn)象，從而在不同的方向會產(chǎn)生不同的色散光，找出七種不同光的出射位置，選擇發(fā)生色散的光強度最強光束將其用光纖引出，光纖作為一個光的接收裝置能通體發(fā)出所接收的光，增加觀賞性。并且在背景屏上也能看到不同顏色光的光路（如圖2）。絢麗的光產(chǎn)生一種美感，雖然裝置簡單，但是看起來很有科技感，能引起學(xué)生的興趣。

3.薄透鏡焦距測定

薄透鏡在我們?nèi)粘Ｉ钪羞\用非常廣，薄透鏡在照相機，望遠鏡等產(chǎn)品中是必不可少的部分。搜集資料后發(fā)現(xiàn)，日本幾年前就設(shè)計出來了一種衣服，從后邊能穿過身體看到前面的景物。這一現(xiàn)象很有趣，只需要改變透鏡組的焦距就可以達到這樣的效果，利用經(jīng)打磨的光學(xué)透鏡來把光線折射從而造成隱形的錯覺。先準備兩組焦距不同的薄透鏡，第一和第二個透鏡間距為兩個不同透鏡的焦距之和；第三和四透鏡間距也為兩個不同透鏡的焦距之和；第二三個透鏡間距為2·f2·（f1+f2）÷（f1-f2）。演示開始時，設(shè)定好的位罝擺放兩組透鏡，就可以把穿過中間的光線扭曲至繞過金屬棒，看起來金屬棒變得隱形了。當用手指放在第四個透鏡后，從側(cè)面看發(fā)現(xiàn)金屬棒和手指在同一直線上，從前方看到了手指但依舊看不到金屬棒（在焦距處），就感覺像是手指透過了金屬棒（如圖3）。

二、演示器材配套的演示視頻的錄制

多媒體教學(xué)是指在教學(xué)過程中運用系統(tǒng)科學(xué)的觀察和方法，組織多媒體信息，形成合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化，使學(xué)生真正體會到物理學(xué)科的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生觀察及分析問題的能力[2]。在加入實驗演示這一環(huán)節(jié)后，一部分演示實驗在演示時可能占用的時間較長，但學(xué)時依舊沒有變，從而壓縮后面的內(nèi)容的時間，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不佳。面對這一情況我們可以選擇用簡短的插入動畫和模型的視頻，在課前進行演示，既不占用實驗課堂時間，又能使課堂氣氛變得活躍。

三、自制物理演示器材用于教學(xué)的作用

大學(xué)物理演示實驗具有把復(fù)雜的物理理論用簡單的物理演示實驗詮釋出來的獨特優(yōu)勢。演示實驗?zāi)軐W(xué)生以往的記憶性知識和生活中的所感所見相結(jié)合，從而有效地縮短學(xué)生理解抽象理論的時間，達到縮短課時，提高教學(xué)質(zhì)量的目的，更好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，給學(xué)生更多的學(xué)習(xí)動力。

1.對學(xué)生的作用

首先可以用簡單直觀的演示實驗來鍛煉學(xué)生的觀察和分析能力，進一步鍛煉思維能力。通過鍛煉后再增加演示實驗的復(fù)雜度，讓學(xué)生自己去觀察分析物理現(xiàn)象和過程。同時創(chuàng)造條件，使學(xué)生參與到演示實驗的展示、制作、維護、改進等創(chuàng)新實踐活動中，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。通過自制與大學(xué)物理實驗教學(xué)配套演示實驗設(shè)備和視頻，教師在課堂上演示，突破現(xiàn)有教師講解實驗內(nèi)容，學(xué)生填鴨式記錄實驗步驟，測試實驗數(shù)據(jù)的沉悶的教學(xué)方式。通過演示生活相關(guān)物理現(xiàn)象，把來源于生活的趣味物理實驗在基礎(chǔ)物理實驗課堂中演示出來，使學(xué)生了解物理實驗與生活息息相關(guān)，不僅能夠提高學(xué)生對實驗課的興趣和主動動手參與度，還能改變以往學(xué)生認為大學(xué)物理實驗課無用論的思想。使學(xué)生充分參與到物理現(xiàn)象的思考中，并能夠清晰的明確本次實驗課程的目的，真正實現(xiàn)學(xué)生從被動填鴨式實驗課程轉(zhuǎn)換為自覺主動的動手驗證的實驗過程。

2.對學(xué)校的作用

對于大多數(shù)高校實驗演示器材的短缺，通過自制演示實驗器材這條路能幫助學(xué)校完善演示設(shè)備，還能幫助學(xué)校培養(yǎng)這方面的人才。由于演示器材的短缺，很多本科生都表現(xiàn)出對物理實驗不感興趣的態(tài)度，他們認為實驗就是單純的去完成學(xué)業(yè)要求，并不去反思做這個實驗到底有什么用，往往是做過就忘了。對于這些學(xué)生，并不能培養(yǎng)到他們的創(chuàng)新和實踐能力，這就意味著和有著這些能力的人存在著差距。若是學(xué)校足夠重視演示實驗對教學(xué)的作用，把演示實驗加入課堂，開設(shè)相應(yīng)的實驗室開放基金或者比賽，鼓勵學(xué)生自制演示實驗器材，這樣不僅有利于提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，還有利于學(xué)校培養(yǎng)物理方面的人才。

結(jié)束語

物理實驗課堂可以充分利用演示器材來增加學(xué)生的興趣，鼓勵學(xué)生自主開發(fā)演示器材。使學(xué)生從觀看演示者變成演示者，讓學(xué)生培養(yǎng)出自主探究能力和實踐創(chuàng)新能力，這就是課堂演示實驗的意義所在。

參考文獻：

[1]劉慧，喬月鳳.大學(xué)物理演示實驗教學(xué)現(xiàn)狀及本校開展情況.物理通報，2014（11）：81-83.

[2]陳璐暢，鄧有鴻.如何讓演示實驗在物理教學(xué)中發(fā)揮真正的作用[J].物理通報，2017（07）：96-99.

作者簡介：

鐘興梁， 西南科技大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)1503級本科生。

馬婷婷，西南科技大學(xué)理學(xué)院講師，從事大學(xué)物理實驗教學(xué)及儀器開發(fā)工作。