對(duì)中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的認(rèn)識(shí)與體會(huì)

劉桂斌

(佛山市南海區(qū)第一中學(xué)廣東 佛山528200)

摘 要：筆者結(jié)合多年參與中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，抓住“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會(huì)”的理念，從創(chuàng)作的科學(xué)性、新穎和直觀性、實(shí)效和安全性、簡(jiǎn)易和先進(jìn)性等方面出發(fā)，探究物理科技創(chuàng)作的要求；同時(shí)，圍繞有關(guān)要求，結(jié)合物理科技創(chuàng)作的作品，闡述中學(xué)生如何進(jìn)行作品創(chuàng)作.

關(guān)鍵詞：中學(xué)生科技 創(chuàng)作

收稿日期：(2014-12-10)

中學(xué)生物理科技創(chuàng)作是指中學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用廉價(jià)、易得的材料，創(chuàng)作出能呈現(xiàn)一定物理原理并有一定實(shí)用價(jià)值的作品.

開展中學(xué)生物理科技創(chuàng)作活動(dòng)的意義在于：

(1)有助于落實(shí)物理課標(biāo)要求.

(2)有助于學(xué)生物理興趣的培養(yǎng).

(3)有助于探究式教學(xué)的開展.

(4)有助于打破科學(xué)的神秘感.

當(dāng)前，學(xué)校和社會(huì)已經(jīng)開始意識(shí)到開展中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的意義.本文談一下自己的認(rèn)識(shí)與體會(huì).

1中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的基本要求

中學(xué)生物理科技創(chuàng)作作品應(yīng)該具有取材方便、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，但同時(shí)它也要能夠較準(zhǔn)確地、形象地展示物理現(xiàn)象或揭示教學(xué)規(guī)律，并且有一定的應(yīng)用價(jià)值.一般來說，物理科技創(chuàng)作應(yīng)具有以下幾方面的特點(diǎn).

1．1科學(xué)性

中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的作品是驗(yàn)證物理規(guī)律或應(yīng)用物理規(guī)律.作品創(chuàng)作的過程和最終作品必須符合物理學(xué)原理,能夠反映客觀事實(shí)和規(guī)律，無科學(xué)性和原則性錯(cuò)誤；同時(shí)作品本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法以基本存在的客觀實(shí)際為依據(jù)，符合科學(xué)理論要求.

1.2新穎和直觀性

由于年齡、經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí)的限制，中學(xué)生不太可能創(chuàng)作出涉及原理和過程太復(fù)雜、深?yuàn)W的作品，但是中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的作品應(yīng)該有明顯的展示效果，可觀察性強(qiáng)，能將抽象的物理概念或規(guī)律形象化、直觀化，并且要注意作品展現(xiàn)形式及結(jié)構(gòu)新穎，能夠令人耳目一新.

1.3實(shí)效和安全性

中學(xué)生物理科技創(chuàng)作的目的是輔助物理教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生各個(gè)方面的能力以及科學(xué)探究的精神，作品要能夠充分使物理和生活相結(jié)合，能夠解決物理學(xué)習(xí)和生活中的問題.同時(shí)創(chuàng)作是以學(xué)生為主體，要重視創(chuàng)作過程及其操作演示的安全.另外，作品應(yīng)盡可能堅(jiān)固耐用、不易損壞、保管方便，可以反復(fù)地成功演示.

1.4簡(jiǎn)易和先進(jìn)性

中學(xué)生利用第二課堂或業(yè)余時(shí)間進(jìn)行物理科技創(chuàng)作，作品應(yīng)該盡量簡(jiǎn)易，這里簡(jiǎn)易含有兩個(gè)方面，一是取材方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易；二是操作簡(jiǎn)單易行.但是作品設(shè)計(jì)必須要能夠推陳出新，對(duì)物理規(guī)律的驗(yàn)證和應(yīng)用有巧妙、合理和先進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì).

2中學(xué)生物理科技作品的創(chuàng)作途徑

中學(xué)生物理科技創(chuàng)作是以中學(xué)生為主體，不是由教師或家長(zhǎng)包辦代替，因此創(chuàng)作的思路符合中學(xué)生的知識(shí)水平和思維特點(diǎn)，一般來說，中學(xué)生進(jìn)行物理科技創(chuàng)作常見有下面幾種途徑.

2．1學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的物理規(guī)律和原理的驗(yàn)證創(chuàng)作

這類創(chuàng)作的主要目的是驗(yàn)證，因此必須重點(diǎn)考慮作品的新穎和直觀性、簡(jiǎn)易和先進(jìn)性.如高一在學(xué)習(xí)粵教版必修1“平拋運(yùn)動(dòng)”知識(shí)時(shí)，知道平拋運(yùn)動(dòng)是由水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)合成的，教師就引導(dǎo)學(xué)生提出一個(gè)創(chuàng)作課題，“如何表現(xiàn)出平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的等效性？”下面是一組學(xué)生設(shè)計(jì)的優(yōu)秀獲獎(jiǎng)作品.

(1)設(shè)計(jì)思路

證明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的等效性，設(shè)計(jì)做平拋運(yùn)動(dòng)的鋼球和做自由落體運(yùn)動(dòng)的塑料瓶在同一高度同時(shí)運(yùn)動(dòng)，鋼球在足夠大的不同擊發(fā)速度下都能夠進(jìn)入開口的塑料瓶中.

(2)作品創(chuàng)作

1)在塑料瓶側(cè)面開孔，孔徑略大于小鋼球直徑.將細(xì)鋼條固定在瓶蓋上，用細(xì)線穿在細(xì)鋼條上使鋼條水平并能夠平衡地吊起塑料瓶.

2)在長(zhǎng)木板右端固定一帶滑輪的支架，左端固定一能夠發(fā)射鋼球的彈射裝置.

3)掛著塑料瓶的細(xì)線跨過支架上的滑輪，細(xì)線的另一端線頭被鋼球壓在彈射管上，固定前調(diào)整好塑料瓶的高度，確保小鋼球與塑料瓶側(cè)面開孔在同一水平直線上.

4)擊發(fā)小鋼球，球飛出做平拋運(yùn)動(dòng)，線頭也同時(shí)脫落，塑料瓶做自由落體運(yùn)動(dòng)，觀察小鋼球能否進(jìn)入塑料瓶中.

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1　驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置

(3)作品效果

操作簡(jiǎn)單，而且每次小鋼球都能夠很準(zhǔn)確地打進(jìn)塑料瓶里面，直觀驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的等效性.

2.2學(xué)生對(duì)物理規(guī)律和原理的應(yīng)用創(chuàng)作

這類創(chuàng)作的主要目的是應(yīng)用，因此必須重點(diǎn)考慮作品的實(shí)效和安全性，兼顧新穎和直觀性、簡(jiǎn)易和先進(jìn)性.如高二在學(xué)習(xí)粵教版選修3-4關(guān)于“光的折射和折射率”知識(shí)時(shí)，學(xué)生知道不同的物質(zhì)有不同的折射率，從課本知道了水的折射率為1.333，酒精的折射率為1.360.學(xué)生提出“家里的洗潔劑、食用油等液體的折射率是多大？”“能否設(shè)計(jì)出一種適合測(cè)量液體折射率的簡(jiǎn)易儀器？”下面是一組學(xué)生設(shè)計(jì)的優(yōu)秀獲獎(jiǎng)作品.

(1)設(shè)計(jì)思路

圖2　測(cè)量液體折射率實(shí)驗(yàn)原理

(2)作品創(chuàng)作

根據(jù)設(shè)計(jì)的思路，入射光可以從激光筆發(fā)出，容易觀察；盛裝液體的容器截取一小段有機(jī)透明塑料圓管，兩邊再用平面透明塑料粘住，防止泄漏液體；OA使用一根金屬絲，往上(垂直于有機(jī)塑料板)折起，并且可以繞圓心O轉(zhuǎn)動(dòng)，如果光剛好照到折起部分，表明折射光線和金屬絲重合，即可以用金屬絲代替折射光線.在實(shí)際制作中，取OA=20 cm，入射角i=30°，所以

實(shí)驗(yàn)過程只需測(cè)量AB的長(zhǎng)度.把它們固定在一個(gè)有機(jī)塑料板上即可完成.

(3)作品效果

測(cè)量方法簡(jiǎn)單，可驗(yàn)證水的折射率為1.335，可以測(cè)量洗潔劑的折射率為1.368，液體折射率測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確.實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示.

圖3　測(cè)量液體折射率實(shí)驗(yàn)裝置

2.3學(xué)生對(duì)實(shí)用科技或?qū)嶒?yàn)原理的改進(jìn)和創(chuàng)新類創(chuàng)作

這類創(chuàng)作的主要目的是推陳出新，主要考慮作品的實(shí)效和安全性、兼顧新穎和直觀性、簡(jiǎn)易和先進(jìn)性.

如我校女生訓(xùn)練排球時(shí)，經(jīng)常需要用氣筒給排球充氣，不過在充氣過程中就遇到了問題：有些女學(xué)生力氣較小，在充氣過程中會(huì)停頓，而且拔出充氣針動(dòng)作較慢，容易發(fā)生漏氣的情況，以致本來合適的壓強(qiáng)又不夠了，需要幾次反復(fù)充氣才能達(dá)到要求.為了解決充氣針充氣過程和充氣針拔出的瞬間漏氣現(xiàn)象，我校的學(xué)生設(shè)計(jì)了優(yōu)秀的獲獎(jiǎng)作品.

(1)設(shè)計(jì)思路

學(xué)生們想到自行車輪胎的充氣是不會(huì)往外漏氣的，可以用自行車氣嘴和充氣針進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)出一種用氣筒能夠向球里面充氣，但球里面的氣不往外漏的防漏充氣針.

(2)作品創(chuàng)作

找一個(gè)自行車的氣嘴、球類充氣針、一段膠管.先把氣嘴打磨，使中間有點(diǎn)隆起，套上膠管的一端后，剛好能夠把自行車氣嘴的螺母套緊，套緊的螺母方便與打氣筒嘴連接.再把膠管的另外一端與充氣針連接，完成制作防漏充氣針.使用防漏充氣針時(shí)，把打氣筒和套螺母的自行車氣嘴連接，充氣針和球類相接就能使用.

(3)作品效果

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)球類充氣方便有效，不會(huì)發(fā)生漏氣現(xiàn)象，方便女生、老人和兒童使用.創(chuàng)作作品如圖4所示.

圖4　設(shè)計(jì)的防漏充氣針

3對(duì)科技創(chuàng)作的思考

中學(xué)生物理科技創(chuàng)作是具有思考、設(shè)計(jì)、創(chuàng)作、操作的實(shí)踐活動(dòng)，是學(xué)生理論與實(shí)踐的有益促進(jìn).隨著對(duì)物理科技創(chuàng)作的重視，一些值得思考和探討的問題也相應(yīng)出現(xiàn)，如比賽的功利化，有些作品已經(jīng)不是中學(xué)生自己完成，而是出現(xiàn)了“大手拉小手”來完成的現(xiàn)象，導(dǎo)致中學(xué)生搞科研，越做越“高、精、尖”，作品與學(xué)生掌握知識(shí)的實(shí)際水平脫節(jié)，不能真正體現(xiàn)中學(xué)生群體的創(chuàng)作水平.創(chuàng)作應(yīng)該是由中學(xué)生自己選題、自己設(shè)計(jì)和研究、自己制作或撰寫報(bào)告的項(xiàng)目，物理教師或者科技工作者只能夠提供必要的幫助、評(píng)價(jià)、建議，絕對(duì)不能夠代替甚至包辦.本文旨在引起教師和廣大科技工作者的重視和關(guān)注物理科技創(chuàng)作的發(fā)展，并參與到其中.

參 考 文 獻(xiàn)

1安忠，劉炳昇．中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究.北京：高等教育出版社, 1985.24