自制教具讓課堂教學充滿創造力

隨著新課改的開展和深入，我國的教學理念和教學手段也相應地發生了很大的變化，課堂上不再是一味的“填鴨式”灌輸，而是開始關注到學生的個性差異，倡導學生主動探究，學生在課堂上自主性得到提高。相應的互聯網、多媒體、視頻、電子白板、錄像等現代技術手段被充分應用到課堂上，課堂的容量和可操作性得到很大提高，但實驗室的裝備并沒有得到相應的提升，很多學校使用的依然是十幾年前甚至幾十年前的儀器，根本滿足不了新課改中強調的探究要求。究其原因主要有：1.受到傳統教學思想——重理論輕實踐的影響，認為物理教學只要會解題就行了，實驗可有可無。2.受到評價機制的影響，國內物理實驗的評價還只停留在書面形式，由于不需要去設計，不需要去動手操作，只要把實驗原理弄清楚，去應付那些考題還是很容易的，一些老師出現了“黑板上做實驗”、“以講代做”等現象，所以實驗教學的重要性和嚴肅性得不到保證，體現在教學儀器的開發上就表現在不像高考試題那樣每個教師都會去傾力去研究、去推敲。3.由于國內的實驗器材都是請專家設計、由廠家批量生產，實驗教學嚴重忽視了“教學有法、但無定法”的原則，所以設計出來的實驗儀器只能說能基本滿足實驗需要，但缺乏個性。4.在巨大的升學壓力下，一線教師沒有時間也沒有精力去設計開發一些教具儀器。

一、為什么要去自制教具

究竟要不要去自制教具，答案是肯定的。一則自制教具可以補充我們實驗室現有儀器的不足。二則教師可以根據自己的教學設計和教學風格自制一些個性化教具，不僅課堂上給人耳目一新的感覺，而且可以極大地提高上課效率。比如在講兩大小確定的力合成時，四根吸管一根鐵絲就可以做成效果很好的教具，直觀地把平行四邊形法則以及變換展示在學生面前。在講解壓強時可以自制“水袋滾釘板”的教具，在輕松的氛圍中就把壓強和受力面積的關系演繹得清清楚楚。三則可以通過和學生一起自制教具改變課堂方式，突出動手探究環節。比如上滑動變阻器時，給學生一些簡單的圓木棒（作用類似于滑動變阻器的瓷管）、漆包電阻線、金屬薄片、連接導線等工具，讓學生去自制儀器，在自制過程中怎么往木棒上繞線、怎樣用金屬薄片去做滑動片、在接觸的地方怎樣去剝開漆包線的絕緣皮，這些過程都是在培養學生的動手能力。學生會出現這樣那樣的問題，老師予以指導，師生很容易形成一種和諧的合作關系，當學生把滑動變阻器做好以后，也許做得很粗糙、很不完美，但在其中動手能力的提高和對成功的體驗不是靠單純的說教可以達到的。假如我們在物理課堂以及課外都能給學生提供一些動手的機會，就不會出現以前流傳的某名校中文系的高材生連個電燈泡都不會更換的諷刺笑話了吧。再比如游標卡尺的讀數在高中教學始終是個難點，盡管有大型的教學游標卡尺，還有很多讀數的課件，但教學效果總是不太理想，主要原因是學生只不過在老師的指引下被動參與，是為了應付考試而被動學習，很多學生都是靠記憶讀數，時間一長，記憶消退，當更換另一種分度，我們的學生就難以應付。假如換個方式，提供一些硬紙片、大回形針，要學生利用手邊的刻度尺自己去做出10分度、20分度、50分度的游標卡尺，學生就會主動去思考，主要難點就是怎樣在硬紙片上按要求標出刻度線，這就真正觸及到這個實驗的原理部分了，只有原理懂了才可能刻出正確的刻度線，而一旦能正確刻出刻度，學生對游標卡尺的原理就徹底弄懂，并且成為自己的一項技能而形成永久記憶，這樣比單純的讀數訓練要有效得多，上課形式要生動得多，學生更樂于接受。原教育部副部長韋鈺對自制教具是這樣評價的：“制作教具是一種教研活動，自制教具是一項教育科研成果，應該鼓勵和保護”。

二、自制教具必須遵循的原則

1.自制教具必須取材簡單、廉價、容易獲取，如日常生活中的小玩具、瓶瓶罐罐。

2.需要學生初步的動手能力但工藝不宜太復雜。太復雜容易讓學生失去信心，并且學生更易被儀器的復雜工藝所吸引，使學生對儀器本身的關注超過了對它功能的關注。麥克斯韋說過：“實驗的教育價值與實驗裝置的復雜程度成反比”。

3.自制教具必須有一定創意，有創新性，并且易于仿制和推廣。

4.能使實驗現象更直觀明了，實驗成功率高，是已有儀器無法取代的。

5.最好能結合新技術、新材料。如傳感器、相機、錄像等開發一些傳統儀器無法做到的實驗，這一點上海的馮容士老師領銜的中小學數字化實驗系統研發中心研制出的digita linformation system（簡稱DIS）實驗室為我們作出了一種方向性的指引。利用傳感器可以開發出一些在以前授課時一直想做但受制于現有測量手段沒法去做、或者效果很不理想、或者只能定性研究無法定量研究的實驗，如摩擦力的變化過程、超失重過程中力的變化過程、螺線管內部的磁場分布、向心力大小的測定等實驗，極大地豐富了我們的課堂。

6.自制教具的用材及制作過程必須安全環保。自制教具所用的原材料必須是無毒環保的，不得使用有害材料，對于有電壓要求、有溫度要求的一定要選相應的原材料，不使用有輻射的材料。

三、實例：自制平拋斜拋儀

平拋演示儀在各種雜志上經常出現，不管是用了頻閃照片還是錄像等現代化的手段，都不外乎把平拋運動軌跡記錄下來。但存在一個共同缺點，就是不能把平拋運動軌跡比較長時間地穩定顯示在學生面前，而是由一個一個瞬間拼湊而成，而每一個瞬間在學生頭腦里都是一閃而過。本自制教具旨在解決這個問題，能把動態的平拋運動長時間展現在學生面前，讓學生很輕松自如地去觀察、去研究。

設計思路以及過程：本實驗要把平拋路徑展示出來，很多同學都想到選擇用水流，但最大的難點就是怎樣保證平拋的初速度一樣，為達到這個目的，學生設計了很多方案。有的學生提出用注射器射水，但要使出水速度一定，推水力道很難控制。也有同學設計出如下圖1的裝置，保持入水口和兩個出水口的速度恒定，這樣就能保證上面容器中的水位一定，從而射水孔的壓強就能保證一定，就可以得到恒定的射水速度，這樣設計基本上能滿足要求，也在學生的已有認知之內，學生比較容易接受，不足之處就是三個孔的大小尺寸較難定，還因為一般教室沒有通水，所以這套裝置在教室里不太好操作。有學生突然想到在醫院里掛水的時候藥液是均勻地滴下的，能不能把它利用到本實驗中？下面就對這種想法進行可行性論證。學生提出去找一些廢棄的吊瓶裝置來嘗試，但老師馬上進行了否決，因為這里面有安全隱患，假如是用過的吊瓶和針頭，可能帶有患者的病毒，如果直接拿來使用，會對學生健康造成威脅。所以到醫院購買消過毒沒使用過的吊瓶裝置（要學校出示使用證明），如下圖2所示，嘗試下來完全滿足實驗要求，但為什么藥瓶中液面下降卻能保證針頭出水速度一定呢？因為好奇，在自制教具時就生成了探索的動力，通過問老師、自己查文獻參考，最終使自己的認知得到提升。

準備材料：吊瓶裝置（整套、包括針頭）、規則長木條、在木條上等間距地標上一些刻度線、一些細線、小鐵環、透明膠布、鐵夾。

實驗裝置：如圖3用膠布把針頭固定在長木板上，使針頭前端與長木板上某條刻度線對齊，用軟管把A、C連接起來。

實驗過程：接通裝置后，調節長木條高度，保持木條水平，使針頭出水水流合適（水流便于觀察但落到下面還不分散），用鐵架臺固定長木條，可以在長木條后面放置白色背景，用紅水做這個實驗效果更明顯。如圖4平拋運動的軌跡就很清晰地展示出來了，可以讓學生嘗試在每一條刻度線處掛上下端系著鐵環的線圈，調整線圈長度，使水流可以正好通過下端鐵圈，用鐵夾在長木條上固定住線圈位置。

可以研究的問題：

1.在相同時間里面，測出平拋運動下落的豎直高度，求出比值。

2.求出水流的射出速度。

拓展：保持針頭位置不變，把長木條向上或者向下傾斜一定角度，變成斜拋運動，我們會驚奇地發現水流還會穿過原先固定住的那些鐵圈，這是為什么？可以進一步激發學生對斜拋運動的研究。

（責任編輯 郭振玲）