對中學生物理科技創作的認識與體會

對中學生物理科技創作的認識與體會

劉桂斌

(佛山市南海區第一中學廣東 佛山528200)

摘 要：筆者結合多年參與中學生物理科技創作的實踐經驗，抓住“從生活走進物理，從物理走向社會”的理念，從創作的科學性、新穎和直觀性、實效和安全性、簡易和先進性等方面出發，探究物理科技創作的要求；同時，圍繞有關要求，結合物理科技創作的作品，闡述中學生如何進行作品創作.

關鍵詞：中學生科技 創作

收稿日期：(2014-12-10)

中學生物理科技創作是指中學生在學習過程中利用廉價、易得的材料，創作出能呈現一定物理原理并有一定實用價值的作品.

開展中學生物理科技創作活動的意義在于：

(1)有助于落實物理課標要求.

(2)有助于學生物理興趣的培養.

(3)有助于探究式教學的開展.

(4)有助于打破科學的神秘感.

當前，學校和社會已經開始意識到開展中學生物理科技創作的意義.本文談一下自己的認識與體會.

1中學生物理科技創作的基本要求

中學生物理科技創作作品應該具有取材方便、成本低廉、結構簡單、操作簡便等特點，但同時它也要能夠較準確地、形象地展示物理現象或揭示教學規律，并且有一定的應用價值.一般來說，物理科技創作應具有以下幾方面的特點.

1．1科學性

中學生物理科技創作的作品是驗證物理規律或應用物理規律.作品創作的過程和最終作品必須符合物理學原理,能夠反映客觀事實和規律，無科學性和原則性錯誤；同時作品本身結構特點及設計方法以基本存在的客觀實際為依據，符合科學理論要求.

1.2新穎和直觀性

由于年齡、經驗和學識的限制，中學生不太可能創作出涉及原理和過程太復雜、深奧的作品，但是中學生物理科技創作的作品應該有明顯的展示效果，可觀察性強，能將抽象的物理概念或規律形象化、直觀化，并且要注意作品展現形式及結構新穎，能夠令人耳目一新.

1.3實效和安全性

中學生物理科技創作的目的是輔助物理教學，培養學生各個方面的能力以及科學探究的精神，作品要能夠充分使物理和生活相結合，能夠解決物理學習和生活中的問題.同時創作是以學生為主體，要重視創作過程及其操作演示的安全.另外，作品應盡可能堅固耐用、不易損壞、保管方便，可以反復地成功演示.

1.4簡易和先進性

中學生利用第二課堂或業余時間進行物理科技創作，作品應該盡量簡易，這里簡易含有兩個方面，一是取材方便，結構簡單，制作容易；二是操作簡單易行.但是作品設計必須要能夠推陳出新，對物理規律的驗證和應用有巧妙、合理和先進的創新設計.

2中學生物理科技作品的創作途徑

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

2．1學生對學習的物理規律和原理的驗證創作

這類創作的主要目的是驗證，因此必須重點考慮作品的新穎和直觀性、簡易和先進性.如高一在學習粵教版必修1“平拋運動”知識時，知道平拋運動是由水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動合成的，教師就引導學生提出一個創作課題，“如何表現出平拋運動在豎直方向的分運動和自由落體運動的等效性？”下面是一組學生設計的優秀獲獎作品.

(1)設計思路

證明平拋運動在豎直方向的分運動和自由落體運動的等效性，設計做平拋運動的鋼球和做自由落體運動的塑料瓶在同一高度同時運動，鋼球在足夠大的不同擊發速度下都能夠進入開口的塑料瓶中.

(2)作品創作

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

2)在長木板右端固定一帶滑輪的支架，左端固定一能夠發射鋼球的彈射裝置.

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

4)擊發小鋼球，球飛出做平拋運動，線頭也同時脫落，塑料瓶做自由落體運動，觀察小鋼球能否進入塑料瓶中.

實驗裝置如圖1所示.

圖1　驗證平拋運動豎直方向做自由落體運動的實驗裝置

(3)作品效果

操作簡單，而且每次小鋼球都能夠很準確地打進塑料瓶里面，直觀驗證平拋運動在豎直方向的分運動和自由落體運動的等效性.

2.2學生對物理規律和原理的應用創作

這類創作的主要目的是應用，因此必須重點考慮作品的實效和安全性，兼顧新穎和直觀性、簡易和先進性.如高二在學習粵教版選修3-4關于“光的折射和折射率”知識時，學生知道不同的物質有不同的折射率，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？”“能否設計出一種適合測量液體折射率的簡易儀器？”下面是一組學生設計的優秀獲獎作品.

(1)設計思路

圖2　測量液體折射率實驗原理

(2)作品創作

根據設計的思路，入射光可以從激光筆發出，容易觀察；盛裝液體的容器截取一小段有機透明塑料圓管，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(垂直于有機塑料板)折起，并且可以繞圓心O轉動，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.在實際制作中，取OA=20 cm，入射角i=30°，所以

實驗過程只需測量AB的長度.把它們固定在一個有機塑料板上即可完成.

(3)作品效果

測量方法簡單，可驗證水的折射率為1.335，可以測量洗潔劑的折射率為1.368，液體折射率測量結果較準確.實驗裝置如圖3所示.

圖3　測量液體折射率實驗裝置

2.3學生對實用科技或實驗原理的改進和創新類創作

這類創作的主要目的是推陳出新，主要考慮作品的實效和安全性、兼顧新穎和直觀性、簡易和先進性.

如我校女生訓練排球時，經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：有些女學生力氣較小，在充氣過程中會停頓，而且拔出充氣針動作較慢，容易發生漏氣的情況，以致本來合適的壓強又不夠了，需要幾次反復充氣才能達到要求.為了解決充氣針充氣過程和充氣針拔出的瞬間漏氣現象，我校的學生設計了優秀的獲獎作品.

(1)設計思路

學生們想到自行車輪胎的充氣是不會往外漏氣的，可以用自行車氣嘴和充氣針進行組合，設計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)作品創作

找一個自行車的氣嘴、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，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

結構簡單，對球類充氣方便有效，不會發生漏氣現象，方便女生、老人和兒童使用.創作作品如圖4所示.

圖4　設計的防漏充氣針

3對科技創作的思考

中學生物理科技創作是具有思考、設計、創作、操作的實踐活動，是學生理論與實踐的有益促進.隨著對物理科技創作的重視，一些值得思考和探討的問題也相應出現，如比賽的功利化，有些作品已經不是中學生自己完成，而是出現了“大手拉小手”來完成的現象，導致中學生搞科研，越做越“高、精、尖”，作品與學生掌握知識的實際水平脫節，不能真正體現中學生群體的創作水平.創作應該是由中學生自己選題、自己設計和研究、自己制作或撰寫報告的項目，物理教師或者科技工作者只能夠提供必要的幫助、評價、建議，絕對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注物理科技創作的發展，并參與到其中.

參 考 文 獻

1安忠，劉炳昇．中學物理實驗教學研究.北京：高等教育出版社, 1985.24