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談改進(jìn)、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(jiǎn)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(gè)較漫長的孕育過程，現(xiàn)在略淡一二。
1. 需要產(chǎn)生動(dòng)機(jī)物理教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門課程，幾乎每節(jié)課都有實(shí)驗(yàn)。物理上的每個(gè)定律的產(chǎn)生，都是從實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)是否做得成功，而實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課無實(shí)驗(yàn)的尷尬處境，按圖索驥（物理課本上的儀器樣式）自己動(dòng)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(dòng)手制作了彈簧測(cè)力計(jì)、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(shí)用，湊合著做實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，而急需做的演示實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(dòng)機(jī)。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(gè)儀器的發(fā)明填補(bǔ)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(shí)驗(yàn)的空白。
2. 在動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生靈感一個(gè)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(gè)初、高中教材的知識(shí)體系和各個(gè)章節(jié)中知識(shí)點(diǎn)的縱橫向聯(lián)系，了解各個(gè)章節(jié)中的重點(diǎn)難點(diǎn)，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(dòng)權(quán)。物理教學(xué)中的重點(diǎn)，幾乎都是通過實(shí)驗(yàn)來凸現(xiàn)的，突破難點(diǎn)的過程亦貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中。這類實(shí)驗(yàn)做好了能起事半功倍之效。因此，有的演示實(shí)驗(yàn)非做不可，有的分組實(shí)驗(yàn)非做不可，不做不行。甚至有的演示實(shí)驗(yàn)做了還要讓學(xué)生再做分組實(shí)驗(yàn)，以加深學(xué)生對(duì)此類知識(shí)的理解，并培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)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(gè)儀器，教者覺得講此類課非常吃力，費(fèi)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(shí)，按現(xiàn)有儀器條件，只能讓學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)，無條件做演示實(shí)驗(yàn)。教學(xué)中體會(huì)到若讓學(xué)生先看一下演示實(shí)驗(yàn)，獲得導(dǎo)向性知識(shí)信息，再做分組實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)好得多。況且，現(xiàn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)儀器本身就有缺陷，對(duì)“反射線、入射線、法線在同一平面內(nèi)”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沒有動(dòng)態(tài)效果，不能給學(xué)生留下較深的印象。結(jié)果分組實(shí)驗(yàn)效果大打折扣；還有如“探究牛頓第一定律”的實(shí)驗(yàn)，由于小車自身的問題，從斜面下滑中總是跑偏，實(shí)驗(yàn)效果很不理想；教材中有彈簧測(cè)力計(jì)原理的內(nèi)容編排而實(shí)驗(yàn)室無彈簧測(cè)力計(jì)原理演示器材等。我從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需要出發(fā)，下決心改進(jìn)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(fèi)了大量的課余時(shí)間，利用簡(jiǎn)陋的木工工具，設(shè)計(jì)改進(jìn)的儀器模型，反復(fù)改進(jìn)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(cè)力計(jì)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(jiǎng)，其它改進(jìn)型儀器至今還在實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮作用呢！改進(jìn)和發(fā)明教學(xué)儀器談何容易？看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上要付出大量的腦力和體力的勞動(dòng)，。
一是要求發(fā)明者要有較扎實(shí)的專業(yè)基本功，解決和處理好實(shí)驗(yàn)儀器的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀性、可操作性以及實(shí)驗(yàn)材料取材的方便性等問題。
二是要勤于動(dòng)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(yuǎn)的農(nóng)村中學(xué)加工工具簡(jiǎn)陋，難度可想而知，沒有耐心和毅力是不行的。
三是要有奉獻(xiàn)精神，不計(jì)報(bào)酬和個(gè)人得失。否則，沒門。我認(rèn)為，改進(jìn)和發(fā)明物理儀器的靈感從哪里來？那就是從教學(xué)實(shí)踐的需要中來；從你勤于動(dòng)手，敢于求實(shí)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(xiàn)的精神中來。
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