摘要：自制教具是常规教具的重要补充，可以有效解决因经费不足而导致的教具匮乏问题，也可以进一步推动教育改革的进程，同时还可以培养学生的观察力和动手能力。作者以生活中常见的小物品——激光笔为例，讲述教师如何利用生活中的小物品，设计开发一系列自制教具，以满足课程标准对提高学生科学素养和技术素养的要求。
关键词：自制教具、物理教学、激光笔
1 简介
国家举办了第九届全国自制教具大赛，各省、市、自治区也举办了各类自制教具大赛，朱正元、陶虹、刘炳生、冯荣时、罗兴凯等专家学者努力出版了《物理实验浅谈》、《中学物理实验教学与自制教具》等重要专著。但在实际教学中初中物理简单教具制作，由于考核方式单一、设备匮乏、相关教师实验技能培训不足等原因，存在着“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”的现状，物理实验教学的开展无论从师资还是设备方面都不能满足当前课程改革的需要。
国外使用自制教具进行教学比国内更为广泛和普遍，也更注重学生自己动手的过程。例如在美国，自制教具实验受到高度重视，电视节目中经常播放制作成本低廉、趣味十足的教具的视频，让学生在玩乐的同时学到知识。此外，各学校实验室都大量使用自制教具，并极力鼓励学生自己探索、开发新的教具。
初中课程标准要求教师注重科学技术与环境的联系，重视模型、教具、仪器等的制作，引导学生“动手”与“动脑”相结合。本文以激光笔为例，从多个实物维度谈自制教具的开发利用。
2 以激光笔为例的系列自制教具的设计与开发
现实生活中，有很多物体可以直接作为实验器材用于课堂演示，比如气球、可乐瓶、电子秤等，当然，也有很多物体经过加工后用于课堂教学[1]。为了体现物理与生活的紧密联系，本文以日常生活中常见的激光笔为基础，从热、光、声等多个物理维度设计了一系列自制教具。除了利用激光笔演示光沿直线传播、光反射、光折射等常见的实验外，还可以设计以下一系列实验。
2.1 光的衍射自制教具
“光的衍射”是人教版高中《物理·选修3-4》教材的内容，该部分通过单缝衍射和泊松亮点讲解了光发生明显衍射的条件和现象。教师可以利用自制的光的衍射教具（图1）作为课堂介绍或课后知识扩展的补充，打破常规的衍射现象，激发学生的兴趣，加深对光的衍射的理解。
▲图1 自制光的衍射教具实拍图
实验设备：夹具、激光笔、注射器。
实验过程及现象：用注射器吸起污水并固定位置，推动注射器挤出一滴污水，体积尽量大。让污水滴和激光笔处于同一高度，打开激光笔，调整设备到墙面的距离，就能看到衍射图像，甚至能看到“细菌”[2]。
思考与改进：我在2014年已经发表过相应的文章，相比之前，固定装置做了一定改进，注射器的固定位置可以上下移动，更方便控制污水液滴与激光笔在同一高度。污水液滴的来源很多，我试过湖水、细菌培养液、灰尘水等等，都可以拿来做实验。其中灰尘水是最方便获取的，只要往墙角布满灰尘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。细菌培养液比较有挑战性，因为它对菌的浓度有要求，不能太高初中物理简单教具制作，否则看不出效果，也不能太低，否则观察不到现象。
2.2 自制声音教具的特点
“声音特性”是华东师范大学出版的八年级科学教材第一章第二节的内容，在介绍声音的两个特性——响度和音调时，教师会结合示波器的波形图进行讲解。而本教具完全可以代替示波器，得到相同的波形图，从而达到突破难点的目的。自制的声音特性教具实物图及装置示意图如图2所示。
▲图2 自制声音特征教具图
实验器材：铁架、激光笔、平面镜、音叉、四面体、电动机、夹具、电线、电池。
实验过程及现象：接通电源使电动机工作，电动机带动四面体转动。当音叉反射出来的光照射到四面体上时，可以形成一系列的水平线条。敲击音叉后，其振动图像可以看作是一系列的波[3]。改变敲击音叉的力度，响度就会变小，我们可以看到波形的振幅也会变小，由此可见响度与振幅有关。在说明音调与频率关系时，用频率为512Hz的音叉与频率为256Hz的音叉做了对比实验，可以看出波形的稀疏程度有差异，听到的音调也不同。
思考与改进：本自制教具对电机有一定的选择性，要求转速越慢越好。另外，如果只用激光笔和带有平面镜的音叉，还可以得到其他实验结论。例如，当激光笔发出的光线照射到音叉上的平面镜上时贝语网校，光线经过反射后，在壁上会出现一个亮点。当敲击音叉使其振动时，可以观察到光点在快速跳跃，形成上下不一的小亮线。这也说明音叉确实在振动，声音是由物体振动产生的。
2.3 自制小变形放大教具
本自制教具用于演示固体热胀冷缩现象，激光笔有一定的放大效果，设备和操作比较简单，效果非常明显，自制小变形放大教具实际图片如图3所示。
▲图3：小变形放大自制教具实拍图
实验器材：单杠、激光笔、主杆、金属丝、装置底座。
实验过程及现象：打开激光笔将光照射到墙面上，标记光点，并记录杠杆横杆一开始指向的刻度。然后用打火机均匀加热金属丝，观察光点下降到某一位置再标记。最后停止加热，将装置放置几分钟，就可以看到光点基本回到了初始位置。
思考与改进：金属丝本身的热胀冷缩很小，因此实验时需要控制激光笔与墙面的距离，距离越大光斑位置下降越明显。当然后续实验可以加一个大号量角器来测量角度的变化，从而达到量化的效果。
如图4所示，不同初始温度条件下电容变化趋势大致相同，初始温度50℃下的电容曲线在-5~15℃范围内波动，经过多次测试发现，此范围内电容波动具有可重复性，因此分析判断应为油样预热处理所致。
2.4 布朗运动自制教具
布朗运动是分子热运动的基础，但由于分子运动太过微观，很难配备显微镜，许多教师都在努力攻克这一难题。本文介绍了一种自制的利用激光笔观察布朗运动的教具，该教具的示意图如图4所示。
▲图4 布朗运动自制教具示意图
实验器材：激光笔，手机，手机显微镜，透明盒子，酒精灯。
实验过程及现象：在透明盒子里点燃一小段艾条，组装手机显微镜和手机，打开手机摄像系统，打开激光笔，就能看到亮点飘浮[4]。如果点燃酒精灯，可以看到粒子运动得更剧烈了。
思考与改进：此自制教具最大的特点是使用方便，手机显微镜代替了实验室里的显微镜，同时配合激光笔的使用，可以看到亮点不规则的移动，还能说明温度与移动强度的关系。当然在讲授空气污染课程时，也可以用无污染与重度污染的空气做对比实验，培养青少年的环保意识。
3 总结与思考
我们总说科学研究的对象是自然，我们需要给学生提供认识自然的机会，我们的物理课程的教育也应该以学生的生活经验为基础。然而在现实生活中，我们的教育却开始脱节，书本上很多例子都是我们以前经历过的事情，却无法与当代学生产生共鸣。“关注学生在学习过程中遇到的困难和问题，采取有效的教学策略，引导和帮助学生。”这是课程标准对我们的要求。笔者认为，自制教具是一种非常好的教学策略和方法。教具来源于生活，取之于生活，拉近了学生的距离。教具用于教学，辅助教学，让学生更容易理解知识内容。师生可以自己制作教具，在辅助教学的同时，也锻炼了学生的思维和动手能力，真是一举两得啊！
本文介绍了一系列以激光笔为主开发的自制教具，可用于课堂演示实验和学生探究实验，教师在使用时需要考虑其对课堂教学的适用性，在设计系列实验时还要考虑其对课程内容的促进作用和实效性，让生活真正走进物理课堂[5]。
参考
1 陈晨. 初中物理课堂低成本系列实验的开发、设计与教学实践——以气球系列实验为例[J]. 物理教学, 2018, 40(3): 42～44
2 林竹,王戈,彭宝金,等.光的衍射教学演示仪[J].物理教师,2014,35(8):64
3 林竹,王戈,王家伟.可见声音[J].物理学报,2014(6):127
4 李红艳,彭朝阳.用激光笔演示布朗运动[J].湖南中学物理,2018(5):65～66
5 张嘉琪,吴炜. 初中物理系列实验的开发探讨——以蜡烛为例[J]. 物理教师,2017,38(10):28-30
进入“话题组”