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談改進、發(fā)明物理教學(xué)儀器的靈感
所謂發(fā)明，那就是在科學(xué)技術(shù)上你做出了前人沒想到的東西或者想到了而又沒有做出來的東西。盡管這些發(fā)明，看起來不是太復(fù)雜，也沒有多神妙。但是發(fā)明者不僅率先做出來，而是趕在所有人前面先做出來，所以就叫發(fā)明。的確發(fā)明出來的產(chǎn)品有的看起來不是太復(fù)雜，甚至有的還很簡單，但產(chǎn)生這種發(fā)明的靈感是很復(fù)雜的，甚至要經(jīng)歷一個較漫長的孕育過程，現(xiàn)在略淡一二。
1. 需要產(chǎn)生動機物理教學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的一門課程，幾乎每節(jié)課都有實驗。物理上的每個定律的產(chǎn)生，都是從實驗現(xiàn)象中推理總結(jié)出來的。衡量一節(jié)物理課是否上得成功，很大程度上取決于實驗是否做得成功，而實驗成功與否，又取決于是否有得心應(yīng)手的教學(xué)儀器。上世紀(jì)八十年代初期至九十年代，多數(shù)農(nóng)村中學(xué)缺少教學(xué)儀器，筆者所在的中學(xué)也不例外。于是物理教師們?yōu)閿[脫實驗課無實驗的尷尬處境，按圖索驥（物理課本上的儀器樣式）自己動手仿制，雖算不上發(fā)明，但為了把物理課上好，激發(fā)學(xué)生興趣，我們這些教物理的自己動手制作了彈簧測力計、土水平儀、阿基米德定律演示器、螺線管、電磁感應(yīng)線圈和串、并聯(lián)電路演示器等。雖然式樣土氣，工藝粗燥，但很實用，湊合著做實驗，同樣培養(yǎng)了一批批優(yōu)秀的初中畢業(yè)生，他們中有的后來還考上了國內(nèi)名牌大學(xué)。到了本世紀(jì)初，國家出于“普九”的需要，投巨資給各中學(xué)配備了較完整的教學(xué)儀器。農(nóng)村中學(xué)的實驗儀器設(shè)備改善了許多。但是新問題出現(xiàn)了，原來這些新儀器在使用中才發(fā)現(xiàn)有的不配套，有的儀器本身存在缺陷，有的儀器只能做學(xué)生分組實驗，而急需做的演示實驗又無專用儀器。教師在使用過程中不是得心應(yīng)手，或應(yīng)有的儀器而又沒有，于是教者就產(chǎn)生了改進現(xiàn)有儀器，或者發(fā)明某種緊缺而又急需的教學(xué)儀器的動機。筆者就是在這種背景下發(fā)明“光的反射、折射現(xiàn)象演示器”的，這個儀器的發(fā)明填補了現(xiàn)有光學(xué)儀器不能做“光的反射和光的折射現(xiàn)象”演示實驗的空白。
2. 在動機中產(chǎn)生靈感一個合格的初中物理教師，不僅要熟悉自己所教教材，還要熟悉整個初、高中教材的知識體系和各個章節(jié)中知識點的縱橫向聯(lián)系，了解各個章節(jié)中的重點難點，把握教學(xué)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵，從而掌握教學(xué)過程中的主動權(quán)。物理教學(xué)中的重點，幾乎都是通過實驗來凸現(xiàn)的，突破難點的過程亦貫穿于整個實驗的各個環(huán)節(jié)之中。這類實驗做好了能起事半功倍之效。因此，有的演示實驗非做不可，有的分組實驗非做不可，不做不行。甚至有的演示實驗做了還要讓學(xué)生再做分組實驗，以加深學(xué)生對此類知識的理解，并培養(yǎng)學(xué)生動手操作實驗的能力和掌握探究性學(xué)習(xí)方法的能力。如果儀器不配套或干脆沒有這個儀器，教者覺得講此類課非常吃力，費很大的勁把問題也說不清楚。學(xué)生聽得模模糊糊，味同嚼蠟，教師自覺尷尬，效果也就可想而知了。如講“光的反射定律和光的折射現(xiàn)象”時，按現(xiàn)有儀器條件，只能讓學(xué)生做分組實驗，無條件做演示實驗。教學(xué)中體會到若讓學(xué)生先看一下演示實驗，獲得導(dǎo)向性知識信息，再做分組實驗，效果會好得多。況且，現(xiàn)行學(xué)生分組實驗儀器本身就有缺陷，對“反射線、入射線、法線在同一平面內(nèi)”的實驗現(xiàn)象沒有動態(tài)效果，不能給學(xué)生留下較深的印象。結(jié)果分組實驗效果大打折扣；還有如“探究牛頓第一定律”的實驗，由于小車自身的問題，從斜面下滑中總是跑偏，實驗效果很不理想；教材中有彈簧測力計原理的內(nèi)容編排而實驗室無彈簧測力計原理演示器材等。我從實驗教學(xué)的實際需要出發(fā)，下決心改進這些有缺陷的儀器，甚至萌發(fā)了要發(fā)明“光的反射、折射現(xiàn)象演示器”的念頭。我耗費了大量的課余時間，利用簡陋的木工工具，設(shè)計改進的儀器模型，反復(fù)改進直至得心應(yīng)手。如將伽利略斜面小車的軌道裝上滑槽，防止跑偏，自制彈簧測力計原理演示器等，還發(fā)明了組合式“光的反射、折射現(xiàn)象演示器”。該儀器于2006年還獲得了陜西省教育科學(xué)研究成果三等獎，其它改進型儀器至今還在實驗室發(fā)揮作用呢！改進和發(fā)明教學(xué)儀器談何容易？看似簡單，實際上要付出大量的腦力和體力的勞動，。
一是要求發(fā)明者要有較扎實的專業(yè)基本功，解決和處理好實驗儀器的科學(xué)性、實驗現(xiàn)象的直觀性、可操作性以及實驗材料取材的方便性等問題。
二是要勤于動手舍得下功夫，既要有吃苦精神，還要有耐心和毅力。尤其是邊遠的農(nóng)村中學(xué)加工工具簡陋，難度可想而知，沒有耐心和毅力是不行的。
三是要有奉獻精神，不計報酬和個人得失。否則，沒門。我認(rèn)為，改進和發(fā)明物理儀器的靈感從哪里來？那就是從教學(xué)實踐的需要中來；從你勤于動手，敢于求實創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度中來；從你吃苦耐勞，勇于探索，樂于奉獻的精神中來。
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