開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：自制教具的選題*

馬艷華

(河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 河北 石家莊 050024)

自制教具不僅僅是解決儀器短缺的途徑，同時(shí)也是對課程標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)．課程標(biāo)準(zhǔn)對中學(xué)物理教師提出了自制教具的能力要求[1,2]，這就促使自制教具成為師范生(指師范專業(yè)的學(xué)生)必須掌握的教學(xué)技能．我們自2010年起對《中學(xué)物理教學(xué)法實(shí)驗(yàn)》進(jìn)行課程內(nèi)容改革，設(shè)置了開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：自制教具，要求學(xué)生以2～4人為一組，進(jìn)行教具的自制．在“自制教具項(xiàng)目”的實(shí)踐過程中，“自制教具的選題”成為師范生提出的最為廣泛的問題．

本文以我校物理學(xué)院2009級175名同學(xué)提交的55份自制教具作品的選題作為研究依據(jù)，提出具有可踐行性的選題思路，供廣大中學(xué)物理教師參考．

1 教材中的制作方案

此類教具制作采用了教材中的方案，選題來自于初中物理教材中的“想想做做”、“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”以及高中物理教材中的“演示”、“做一做”、“實(shí)驗(yàn)”、“問題與練習(xí)”等欄目．在師范生提交的55份自制教具作品中，此類教具作品為13例，個(gè)案百分比達(dá)到23.6%．此類選題緊密配合教材內(nèi)容，保證了教材中以動(dòng)手實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)活動(dòng)能夠在課堂教學(xué)中順利進(jìn)行．

【例1】驗(yàn)證環(huán)形電流的磁場方向

選題來源：人教版《高中物理·選修3-1》第三章“磁場”中第3節(jié)“幾種常見的磁場”中“做一做”欄目．教材中的制作示意圖如圖1(a)所示．

制作方法：用漆包線繞一個(gè)十幾匝的線圈，并用膠布把線圈豎直固定在一硬紙板上，線圈的兩端連入電路中．把細(xì)針磁化后，用細(xì)線吊起在線圈的軸線中心位置，并使小細(xì)針處在線圈平面內(nèi)．先判斷一下，如果接通電路，被磁化的小細(xì)針怎樣偏轉(zhuǎn)．然后進(jìn)行實(shí)際操作，看一看實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟判斷是否一致．自制教具作品如圖1(b)所示．

關(guān)鍵點(diǎn)撥：在教具制作過程中，將普通的縫衣針磁化，代替教材方案中的“小磁針”．

圖1 驗(yàn)證環(huán)形電流的磁場方向教具

2 對教材方案進(jìn)行改進(jìn)

此類教具制作的選題來自于教材中的方案，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了有針對性的改進(jìn)與提高．在師范生提交的自制教具作品中，此類作品為7例，個(gè)案百分比達(dá)到12.7%．與第一類選題相比，此類選題作品反映出制作者能夠在實(shí)踐中不斷探索、有所發(fā)現(xiàn)，是制作者認(rèn)真思考、努力實(shí)踐的結(jié)晶．

【例2】定性研究液體浮力與密度的關(guān)系

選題來源：人教版九年級《初中物理》第十四章“壓強(qiáng)和浮力” 第5節(jié)“浮力”中“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”第5題：動(dòng)手做本書八年級上冊圖0.1-9中雞蛋在自來水中下沉、在鹽水中上浮的實(shí)驗(yàn)，解釋所看到的現(xiàn)象．教材中的裝置示意圖如圖2(a)所示．

方案設(shè)計(jì)：將小玻璃瓶密封，浸入盛水的燒杯中，倒入適量鹽水，使其能夠懸浮其中．往燒杯中逐漸加入鹽水，并觀察小玻璃瓶的運(yùn)動(dòng)，記錄其運(yùn)動(dòng)方向．待小瓶上浮狀態(tài)穩(wěn)定后，即達(dá)到漂浮狀態(tài)．再緩緩加入一些熱水，觀察小玻璃瓶的運(yùn)動(dòng)方向．自制教具作品如圖2(b)所示．

關(guān)鍵點(diǎn)撥：此方案設(shè)計(jì)中利用熱水來改變水溶液的密度，實(shí)現(xiàn)減小密度的條件，保證能在一次演示中看到懸浮、上升、下沉三種浮沉狀態(tài)．

圖2 定性研究液體浮力與密度的關(guān)系教具

3 利用插圖資源

此類教具制作的選題來源于教材中的插圖．與前兩類選題相比，教材中僅有插圖示意，但無相關(guān)的教具設(shè)計(jì)方案．插圖作為一種重要的教學(xué)資源，在教學(xué)中日益受到師生的重視．充分合理地利用插圖資源，將其轉(zhuǎn)化為生動(dòng)真實(shí)的教具并應(yīng)用于教學(xué)中，有利于教學(xué)難點(diǎn)的突破，充分體現(xiàn)了制作者的智慧與創(chuàng)造力．在師范生提交的自制教具作品中，此類作品為10例，個(gè)案百分比達(dá)到18.2%．

【例3】液體壓強(qiáng)計(jì)的制作與使用

選題來源：人教版九年級《初中物理》第十四章“壓強(qiáng)和浮力”第2節(jié)“液體的壓強(qiáng)”中“演示”插圖14.2-3液體內(nèi)部同一深度朝各個(gè)方向的壓強(qiáng)是否相等？教材中的插圖如圖3(a)所示．

制作方法：將輸液管彎成U形，用膠帶粘在硬紙板上．在硬紙板兩邊用直尺標(biāo)上刻度，將U型輸液管的下端與零刻度對齊，方便讀數(shù)．在水中滴入幾滴紅墨水，裝入U(xiǎn)型管內(nèi)，保證管內(nèi)無氣泡并且U型管的兩端液面相平．將U型管連有半截滴斗的一端放進(jìn)盛水的容器中，觀察U型管兩邊液面的變化．保持滴斗在水中的深度不變，改變其方向，觀察U型管兩邊液面是否發(fā)生變化．自制教具作品如圖3(b)所示．

圖3 液體壓強(qiáng)計(jì)教具

關(guān)鍵點(diǎn)撥：制作者依據(jù)教材中的插圖制作教具“液體壓強(qiáng)計(jì)”，巧妙地利用了輸液管的半截滴斗(將滴斗截開)作為教材中高深莫測的“探頭”，成功地完成了“液體的壓強(qiáng)”演示實(shí)驗(yàn)．

4 非教材方案

此類教具制作的選題與教材內(nèi)容緊密相關(guān)，卻采用了不同于教材的其他方案．由于未采用教材中的方案，此類教具往往具有趣味性、奇異性的特點(diǎn)，屬于非主流方案．同時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表現(xiàn)出豐富生動(dòng)的特點(diǎn)，能夠起到“設(shè)疑”的作用，比較適合教學(xué)設(shè)計(jì)中“引入課題”階段使用．在師范生提交的自制教具作品中，該類教具為14例，個(gè)案百分比達(dá)到25.5%．

【例4】電磁感應(yīng)現(xiàn)象演示

選題來源：人教版《高中物理·選修3-2》第四章“電磁感應(yīng)”第2節(jié)“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”．教材中的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4(a)所示．

方案設(shè)計(jì)：用漆包線纏繞兩個(gè)線圈A和B．把線圈A和耳機(jī)接起來，耳機(jī)插在MP3上；線圈B與小音箱的插頭相連．把MP3打開，并且接通音箱的電源．當(dāng)MP3播放音樂時(shí)，線圈A中的電流會(huì)隨著音調(diào)的高低發(fā)生變化．當(dāng)A，B兩個(gè)線圈互相靠近時(shí)，與線圈B相連的音箱中的聲音會(huì)越來越清晰；當(dāng)兩個(gè)線圈遠(yuǎn)離時(shí)，音箱中的聲音會(huì)越來越弱，直至消失．自制教具作品如圖4(b)所示．

圖4 電磁感應(yīng)教具

關(guān)鍵點(diǎn)撥：此教具的制作巧妙地利用MP3播放的音樂作為實(shí)驗(yàn)信號，利用音箱播放出的音樂作為檢測信號，將電磁感應(yīng)現(xiàn)象以聽覺信息表現(xiàn)出來．與教材中傳統(tǒng)的“向線圈中插入、拔出磁鐵，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向”實(shí)驗(yàn)方案比較，給人以耳目一新的感覺．

5 綜合性應(yīng)用類方案

此類教具制作的選題往往在教材中找不到直接關(guān)聯(lián)的某單一內(nèi)容，大多來源于綜合性習(xí)題或應(yīng)用類型的動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)．由于這類教具體現(xiàn)為物理概念、規(guī)律的綜合應(yīng)用，一般較適合于教學(xué)設(shè)計(jì)中的“知識(shí)應(yīng)用”階段使用．在師范生提交的自制教具作品中，該類作品為11例，個(gè)案百分比達(dá)到20%．

【例5】動(dòng)量守恒與簡諧運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)用

習(xí)題描述：一輛小車處于光滑水平面上，車上掛有一單擺．單擺擺球從一定高度開始擺動(dòng)后，求系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程及最終的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．

制作方法：在牙膏盒兩側(cè)分別鉆兩個(gè)大小相同、左右對稱的圓孔，取兩根圓木棍插入其中，作為轉(zhuǎn)軸使用．將4個(gè)膠帶卷裝在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)，作為車輪使用．在牙膏盒上面前后各鉆一個(gè)小孔，取兩根小棍分別插在這兩孔中，做成支架．另取一根小棍橫放在支架上，并用膠帶固定．將硬幣用膠帶固定在輕繩末端，視作“擺球”；將細(xì)繩懸掛在橫置的小棍中央，構(gòu)成單擺．整個(gè)裝置放在水平玻璃面上演示，當(dāng)硬幣從高處擺下來時(shí)，可觀察到由小車與單擺構(gòu)成的系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程．自制教具作品如圖5所示．

關(guān)鍵點(diǎn)撥：制作者依據(jù)習(xí)題描述，所制作的教具抓住了“小車”、“單擺”、“光滑水平面”這些物理模型的關(guān)鍵特征．將此教具運(yùn)用于習(xí)題教學(xué)中，能夠有效地展現(xiàn)習(xí)題描述的物理情景，豐富學(xué)生的物理表象，有針對性地突破習(xí)題教學(xué)中的難點(diǎn)問題．

圖5 動(dòng)量守恒與簡諧運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)用教具

6 總結(jié)

通過對師范生提交的55份自制教具作品進(jìn)行選題的分類，我們發(fā)現(xiàn)5類選題個(gè)案百分比有所差異，按照個(gè)案數(shù)目由高到低排序依次為：非教材方案、教材中的制作方案、綜合應(yīng)用類方案、利用插圖資源、對教材方案進(jìn)行改進(jìn)．這說明師范生的自制教具作品大多處于“模仿”階段，或者直接按照教材中的方案進(jìn)行制作，或者直接按照參考資料中的非教材方案、綜合應(yīng)用類方案進(jìn)行制作．而有針對性地利用插圖資源或者對教材方案進(jìn)行改進(jìn)，這樣的個(gè)案只占少數(shù)．

以上5類選題個(gè)案百分比雖有所差異，但同時(shí)也蘊(yùn)含著共同點(diǎn)：教具制作的選題內(nèi)容緊密聯(lián)系物理教學(xué)．由此可見，“教具為教學(xué)而生”是教具制作的核心原則．教具的制作應(yīng)充分考慮其“教學(xué)性”特征，關(guān)鍵在于突破教學(xué)中的重點(diǎn)難點(diǎn)問題，提高課堂教學(xué)的有效性．

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國教育部制訂.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：北京師范大學(xué)出版社，2001.45

2 中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2003.63～64