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近年来，物理自制教具的开发越来越受到教育研究者的关注.自制教具是指教育者利用学生日常生活中的材料，根据课程要求自行设计、研究而成的教学用具.它突出的特点是取材方便、使教学贴近学生生活实际、能够培养学生的创新思维和科技意识等.本文以初中八年级第十章第一节《浮力》一课为例，探讨自制教具“浮力演示器”的开发和使用.在对已有浮力演示器研究和分析的基础上，提出新的设计方案，从而优化物理实验教学.
1问题的提出
浮力是由于液体对物体向上和向下的压力差产生的.在教学过程中探究浮力产生的原因时，我们会以浸在水中的正方体物块为研究对象.如图1所示，甲、乙、丙是物体浸在液体中的三种不同的状态.浸没在液体中的物体，如图1乙物块，正方体的六个面分别受到水的压力，其中前后左右表面所受的这两对力大小相等、方向相反；而上下表面所处深度不同，受到水的压力也不同，进而产生了压力差即浮力.根据浮力产生的原因，我们应了解到有两种特殊情况：如图1甲，当物体部分进入液体中时，上表面所受到的向下液体的压力为零；如图1中丙，若在液体中的物体下表面和容器底部紧密接触，则液体对物体向上的压力为零.
对于这两种特殊的情况，学生理解起来难度很大.其主要原因是在日常生活中这样的实例太少，学生没有相关的生活经验.研究者想通过实验来解决这个问题，最简单的方法就是把一个能够在液体中漂浮的物体按压到容器底部，使二者紧密接触，让学生观察到物块不受水对其向上的浮力而静止在容器底部.但是实验要达到这样的效果是很难的，一般的材料很难做到这一点，因此研究者就开始自行研发能够演示该现象的教学用具.
2已有的浮力演示器
2.1材料与结构
在过去自制浮力演示器的方案中，下面这个方案很有借鉴价值.如图2所示，它是用有机玻璃粘的一个透明的长方体容器，其内部被分成了A、B两个部分.在A室下部中间打一圆孔.A室外侧下部也打一个圆孔，使上下两部分可以连通.在孔上装上橡皮塞，塞的正中插入一支两端开口的弯曲玻璃管为进水管.在B室右上部有一溢水管.
2.2操作过程
演示时，先将本可以浮在水面上的小球放到容器A室的隔板上，使其盖住连通孔，此时小球将容器隔成了两部分.接下来向A室中加入水，观察到小球静止在A室底部并没有上浮.再向B室中加水，当水到达一定高度（可能未与A室的水相连）小球受到水给它向上的压力大于小球的重力和水对其向下的压力，则会上浮.
2.3改进与设计
以上所介绍的浮力演示器能够形象直观地说明浮力产生的原因，但在实验操作的过程中还是存在一些问题.
2.3.1所用小球的质量
在生活中实际操作本实验时，大多数教师所使用的小球是乒乓球.乒乓球能够在水中漂浮，并且能够盖住连通孔，这很符合实验的设计和要求.但是由于乒乓球的质量过小，只要下面的水一接触其底部，乒乓球就会上浮.这使实验现象过快，可能会导致学生并没有注意到是由于水与球的底部接触而对球产生了向上的浮力.
因此笔者认为应该选用质量较大的小球，能够明显观察到小球的底部浸入水中后才发生浮向水面的现象，这样就避免了学生因为疏忽而错过实验现象的情况.
2.3.2仅能定性观察
该实验能够明显看到小球由在A室底部上浮到水的表面，使学生定性观察到该实验的现象，直观地观察到水接触小球底部之后，使小球得到了向上的浮力.可如果想研究上下水面什么高度的时候小球会上浮，还无法进行定量测量.
所以，笔者认为应该在该装置的外壁固定一个刻度尺，通过刻度尺可以定量地读出上下部分的水位.在研究物体上浮的原因时，我们不仅能通过明显的实验现象说明具体原因，还能进行定量的分析，比较上下水位的差值.
2.3.3仪器制作较复杂
本实验仪器所使用的材料，如有机玻璃片、橡皮塞等物品可以在市面上买到，但是制作过程复杂、技术上要求较高.
自制教具不仅要比一般现成的实验教具具有明显、可控性强的优点，还要具备可制作、贴近学生生活的优势.这不仅能够提高教师的教学效率，还能增强学生对该实验的兴趣，使他们了解到可以利用生活中的一切物品进行科学的实验，并有利于他们在家庭进行实验操作，以加深對知识的理解.
3新教具的选材与制作
通过上面的分析，笔者认为虽然该浮力演示器的现象明显、操作简单，但是不易于广大教师制作，并且与学生生活距离较远，不利于学生放学后在家里进行反复操作.针对上述的缺点，设计了如下的实验教具.
笔者找来了一个体积较大的饮料瓶，切掉底部并倒置使其成为了一个漏斗，如图3所示.图中在瓶口处是一个乒乓球，但实际教学中利用弹力球效果更明显.在实验时，将弹力球放到瓶口处，向瓶内倒水，则可观察到弹力球仍堵住瓶口并不上浮，只见细细的水流从瓶口漏出.接下来，可以将瓶盖盖在瓶口处或用手堵住瓶口，观察到从瓶口漏出的水积于乒乓球下表面和瓶盖的空间后，也就是当物体下表面所受到的压力大于上表面的压力时，就会产生浮力并大于重力时，弹力球就会浮上来.
4对比分析
笔者设计的实验教具与已有实验教具的对比，有两个实验可以直观地演示“浮力是由于液体对物体向上和向下的压强差产生”这个知识点，但第二个实验装置在实验现象的明显性、教具制作的便捷性以及教学内容生活化的方面优于前者.
4.1实验现象的明显性
在本教具中，将乒乓球改为了质量略大的弹力球.这是由于乒乓球的质量较小，在本实验中如果用乒乓球做实验，则只要将瓶盖盖住，瞬间乒乓球就会上浮.乒乓球的实验现象明显，但却短暂、稍纵即逝，学生也不易认为是由于乒乓球底部浸入了水才给了它一个向上的浮力.弹力球的质量略大，不会因为底部稍一沾水就上浮的现象.所以，用弹力球代替乒乓球是为了避免学生对实验现象的误解而导致的错误观念.
另外，在没有盖瓶盖之前，同学们都观察到瓶中的水流了下来.虽然在平口的弹力球的两边都有水，但是它并没有上浮.而当把瓶盖盖住，水就会充满弹力球与瓶盖的空隙，弹力球由于底部浸入水中，受到了水对其向上的压力，所以才会上浮.这更加说明了是由于水对物体底部有向上的作用力使其产生了浮力.
4.2教具制作的便捷性
本教具材料易得，所用材料都是日常生活中最常见的物品.制作方法简单，而且不需要二次加工，这大大提高了教师的教学效率，可以进行广泛的推广.同时，它也体现着废物利用、环保的理念，让我们实现了绿色教学、使用绿色教具.
4.3教学内容的生活化
当今的教育提倡所教的内容贴近学生生活，充分利用学生原有的生活经验激发学习兴趣.这样的教具不仅可以让学生在课下自己动手制作、重现实验现象，还能激发学生充分利用身边的物体进行科学研究的兴趣.只有充分调动学生学习的兴趣，教学才会得到良好的效果.
5总结与展望
在科技飞速发展的今天，教育注重学生的全面发展，同时也提高了对学生观察能力、动手能力的要求.物理知识不仅是从课堂中老师的教授、课本习得的，它也是源于日常生活中的观察和体验.这就对教师的能力有了更高的要求.教师应该充分重视实验教学，在课下研究实验教学、并尝试利用学生生活中常见的物品自制教具.在不断的学习和创新中、在教师和同学们的共同努力下，实现教师的教育理想和学生的成才之梦想.
1问题的提出
浮力是由于液体对物体向上和向下的压力差产生的.在教学过程中探究浮力产生的原因时，我们会以浸在水中的正方体物块为研究对象.如图1所示，甲、乙、丙是物体浸在液体中的三种不同的状态.浸没在液体中的物体，如图1乙物块，正方体的六个面分别受到水的压力，其中前后左右表面所受的这两对力大小相等、方向相反；而上下表面所处深度不同，受到水的压力也不同，进而产生了压力差即浮力.根据浮力产生的原因，我们应了解到有两种特殊情况：如图1甲，当物体部分进入液体中时，上表面所受到的向下液体的压力为零；如图1中丙，若在液体中的物体下表面和容器底部紧密接触，则液体对物体向上的压力为零.
对于这两种特殊的情况，学生理解起来难度很大.其主要原因是在日常生活中这样的实例太少，学生没有相关的生活经验.研究者想通过实验来解决这个问题，最简单的方法就是把一个能够在液体中漂浮的物体按压到容器底部，使二者紧密接触，让学生观察到物块不受水对其向上的浮力而静止在容器底部.但是实验要达到这样的效果是很难的，一般的材料很难做到这一点，因此研究者就开始自行研发能够演示该现象的教学用具.
2已有的浮力演示器
2.1材料与结构
在过去自制浮力演示器的方案中，下面这个方案很有借鉴价值.如图2所示，它是用有机玻璃粘的一个透明的长方体容器，其内部被分成了A、B两个部分.在A室下部中间打一圆孔.A室外侧下部也打一个圆孔，使上下两部分可以连通.在孔上装上橡皮塞，塞的正中插入一支两端开口的弯曲玻璃管为进水管.在B室右上部有一溢水管.
2.2操作过程
演示时，先将本可以浮在水面上的小球放到容器A室的隔板上，使其盖住连通孔，此时小球将容器隔成了两部分.接下来向A室中加入水，观察到小球静止在A室底部并没有上浮.再向B室中加水，当水到达一定高度（可能未与A室的水相连）小球受到水给它向上的压力大于小球的重力和水对其向下的压力，则会上浮.
2.3改进与设计
以上所介绍的浮力演示器能够形象直观地说明浮力产生的原因，但在实验操作的过程中还是存在一些问题.
2.3.1所用小球的质量
在生活中实际操作本实验时，大多数教师所使用的小球是乒乓球.乒乓球能够在水中漂浮，并且能够盖住连通孔，这很符合实验的设计和要求.但是由于乒乓球的质量过小，只要下面的水一接触其底部，乒乓球就会上浮.这使实验现象过快，可能会导致学生并没有注意到是由于水与球的底部接触而对球产生了向上的浮力.
因此笔者认为应该选用质量较大的小球，能够明显观察到小球的底部浸入水中后才发生浮向水面的现象，这样就避免了学生因为疏忽而错过实验现象的情况.
2.3.2仅能定性观察
该实验能够明显看到小球由在A室底部上浮到水的表面，使学生定性观察到该实验的现象，直观地观察到水接触小球底部之后，使小球得到了向上的浮力.可如果想研究上下水面什么高度的时候小球会上浮，还无法进行定量测量.
所以，笔者认为应该在该装置的外壁固定一个刻度尺，通过刻度尺可以定量地读出上下部分的水位.在研究物体上浮的原因时，我们不仅能通过明显的实验现象说明具体原因，还能进行定量的分析，比较上下水位的差值.
2.3.3仪器制作较复杂
本实验仪器所使用的材料，如有机玻璃片、橡皮塞等物品可以在市面上买到，但是制作过程复杂、技术上要求较高.
自制教具不仅要比一般现成的实验教具具有明显、可控性强的优点，还要具备可制作、贴近学生生活的优势.这不仅能够提高教师的教学效率，还能增强学生对该实验的兴趣，使他们了解到可以利用生活中的一切物品进行科学的实验，并有利于他们在家庭进行实验操作，以加深對知识的理解.
3新教具的选材与制作
通过上面的分析，笔者认为虽然该浮力演示器的现象明显、操作简单，但是不易于广大教师制作，并且与学生生活距离较远，不利于学生放学后在家里进行反复操作.针对上述的缺点，设计了如下的实验教具.
笔者找来了一个体积较大的饮料瓶，切掉底部并倒置使其成为了一个漏斗，如图3所示.图中在瓶口处是一个乒乓球，但实际教学中利用弹力球效果更明显.在实验时，将弹力球放到瓶口处，向瓶内倒水，则可观察到弹力球仍堵住瓶口并不上浮，只见细细的水流从瓶口漏出.接下来，可以将瓶盖盖在瓶口处或用手堵住瓶口，观察到从瓶口漏出的水积于乒乓球下表面和瓶盖的空间后，也就是当物体下表面所受到的压力大于上表面的压力时，就会产生浮力并大于重力时，弹力球就会浮上来.
4对比分析
笔者设计的实验教具与已有实验教具的对比，有两个实验可以直观地演示“浮力是由于液体对物体向上和向下的压强差产生”这个知识点，但第二个实验装置在实验现象的明显性、教具制作的便捷性以及教学内容生活化的方面优于前者.
4.1实验现象的明显性
在本教具中，将乒乓球改为了质量略大的弹力球.这是由于乒乓球的质量较小，在本实验中如果用乒乓球做实验，则只要将瓶盖盖住，瞬间乒乓球就会上浮.乒乓球的实验现象明显，但却短暂、稍纵即逝，学生也不易认为是由于乒乓球底部浸入了水才给了它一个向上的浮力.弹力球的质量略大，不会因为底部稍一沾水就上浮的现象.所以，用弹力球代替乒乓球是为了避免学生对实验现象的误解而导致的错误观念.
另外，在没有盖瓶盖之前，同学们都观察到瓶中的水流了下来.虽然在平口的弹力球的两边都有水，但是它并没有上浮.而当把瓶盖盖住，水就会充满弹力球与瓶盖的空隙，弹力球由于底部浸入水中，受到了水对其向上的压力，所以才会上浮.这更加说明了是由于水对物体底部有向上的作用力使其产生了浮力.
4.2教具制作的便捷性
本教具材料易得，所用材料都是日常生活中最常见的物品.制作方法简单，而且不需要二次加工，这大大提高了教师的教学效率，可以进行广泛的推广.同时，它也体现着废物利用、环保的理念，让我们实现了绿色教学、使用绿色教具.
4.3教学内容的生活化
当今的教育提倡所教的内容贴近学生生活，充分利用学生原有的生活经验激发学习兴趣.这样的教具不仅可以让学生在课下自己动手制作、重现实验现象，还能激发学生充分利用身边的物体进行科学研究的兴趣.只有充分调动学生学习的兴趣，教学才会得到良好的效果.
5总结与展望
在科技飞速发展的今天，教育注重学生的全面发展，同时也提高了对学生观察能力、动手能力的要求.物理知识不仅是从课堂中老师的教授、课本习得的，它也是源于日常生活中的观察和体验.这就对教师的能力有了更高的要求.教师应该充分重视实验教学，在课下研究实验教学、并尝试利用学生生活中常见的物品自制教具.在不断的学习和创新中、在教师和同学们的共同努力下，实现教师的教育理想和学生的成才之梦想.