試析自制教具在物理課堂中的應用

祁玉平

(上海外國語大學附屬大境中學，上海 200011)

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試析自制教具在物理課堂中的應用

祁玉平

(上海外國語大學附屬大境中學，上海 200011)

摘要：物理是一門以實驗為基礎的科學，實驗教具是物理實驗教學中不可缺少的物質基礎，是實現教學目標、提高教學質量的有效載體。文章介紹了如何開發、設計與運用自制教具，并從創設情境、體驗探究、突破思維障礙、放大實驗效果、激發創造力等方面闡述了自制教具在創設高效課堂中的作用。

關鍵詞：自制教具；高效課堂；激發情感；建構知識；解疑化難；激發創造力

物理是一門以實驗為基礎的科學，實驗教具是物理實驗教學中不可缺少的物質基礎，是實現教學目標、提高教學質量的有效載體。隨著課改的不斷深入，“情境—探究—應用”已成為高中物理基礎課的主要教學模式，圍繞著“知識與技能、過程與方法、態度情感與價值觀”這三維教學目標，教學過程更加注重教師演示實驗和學生探究實驗。為此，筆者在教學過程中，除了用好教材配套的實驗器材，更注重運用自制的教具，以豐富教學資源，激發學習興趣，提升教學效率。

一、創設情境，激發學習情感，

為創高效課堂奠定基礎

古希臘哲學家亞里士多德有句名言，“思維始于驚奇”。 驚奇能夠帶來強烈的刺激，刺激是大腦興奮的信號，是思維的驅動力。驚奇的心態往往伴隨著疑問，能夠激發學生求知的渴望和探索的意念。只有激發了學生的學習熱情，才能將學習過程轉化為內在的需求，這是提高教學效果的基本保障。物理演示實驗能為學生提供生動、鮮明的直觀形象，并且融趣、疑、難為一體，是創設思維情境的良好素材?；谶@種理念，筆者以創設情境作為重要切入口，巧妙地運用自制教具，切實收到了很好的教學效果。

如：在“力的分解”一課中，按照教材的引入方法，一是以“刀劈”為例，發現學生對此沒有新鮮感，激發性不強；二是以“用繩拉汽車”為例，夠刺激，但不能在課堂現場進行。為此，筆者用自制教具現場搭建一座小型“趙州橋”模型(見圖1)，并讓學生們猜測它能承受多重的壓力。在學生們的猜測中，請了一位體重較重的學生站在上面，親自體驗并展示這種結構的堅固(見圖2)。教學現場引起學生一片驚呼，學生萬萬沒有想到小小的幾塊木頭搭建成的這種弓形結構居然如此堅固，不僅理解了我國趙州橋為什么在古代建筑學上占有一席之地，而且也充滿著通過學習來解謎的期待。

圖1　自制趙州橋模型

圖2　課堂教學現場：學生單腳站立在趙州橋模型上

又如在高二“磁場對電流的作用左手定則”這節課中，筆者運用了一個模擬“電磁炮”的教具(見圖3), 通過電流產生的強磁場，將一個金屬物發射出去，打穿一個塑料盆的底部，實驗效果相當震撼，它激起學生極大的疑問，如“什么力量有這么大的驅動力？”“為什么電磁力有這么大的作用？”“這個電磁炮的制作原理是什么？”等問題?！八计鹩谝伞?，帶著這些疑問，學生充滿了學習的熱情。

圖3　自制電磁炮

實踐證明，這類自制的教具以它“驚奇、震撼”的特點，演示效果就像“點金術”帶給了學生極強的震撼力。學生通過親自體驗，激起了強烈的好奇心與求知欲，順利地將要學習的內容轉化成了內心的需要，為創高效的課堂奠定了良好的學習基礎。

二、體驗探究，實現知識的有效構建，為創高效課堂提供保障

構建主義學習理論認為，學習過程是人的認知思維活動的主動建構過程，是學生通過自身原有的知識經驗與外界環境進行交互活動以獲取、建構新知識的過程。這種知識不是通過教師傳授得到，而是學生在一定的情境下，利用必要的學習資料或親身體驗，通過“同化”和“順應”的方式構建而獲得。蘇霍姆林斯基也說過，“在人的心靈深處都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是發現者、研究者、探索者?！蔽锢硎且婚T以實驗為基礎的自然科學，實驗是學生獲得物理表象的載體，也是獲得物理思維的基石。因此，一個高效的課堂，就要求教師設計出能讓學生參與的、特定的實驗探究活動的學具，讓學生在“做”中體驗，在“體驗”中學習，把學習過程科學且有質量地展現為一個可供學生經歷的時空，讓學生去體驗物理知識的動態生成。

如在“反沖運動”的教學中，教材只有一個演示實驗(見圖4)，這個演示實驗通過在試管塞被水蒸氣噴出的瞬間，來觀察小車的反沖現象，雖然也有一定的震撼力，但缺點是演示過程需要一定的加熱時間，而且有一定的危險性。而教材對“反沖運動的明顯程度與什么因素有關”只列舉了一些例子，并僅局限于文字。為此，筆者設計制作了這樣一個反沖小車(見圖5)，作為學生活動的學具：兩人一組，通過打氣的多少和在小車上增加砝碼來研究反沖的效果受什么因素影響。這種將演示實驗轉化為學生自主的探究活動，為學生提供了親自參與體驗的平臺，學生學習的積極性高漲；且這個學具制作簡單，操作方便，效果明顯。

圖4　教材實驗：反沖運動

圖5　自制氣球反沖小車

像這樣的學具，提高了學生的參與度，加深了學生的體驗性，有利于對所學知識的有效構建，為創高效的課堂提供了保障。這正印證了美國著名教師哈立德·顏森的那句格言：“講給我聽，我將忘記；演示給我看，我將記得；與我有關，我將要學?！?/p>

三、解疑化難，突破思維障礙，為創高效課堂打通脈絡

常常聽到學生說物理難學，其原因是物理學科的特點對思維能力要求較高，學生常常對一些問題難以建立起情景，或在某些問題的某一個環節出現思維障礙。教師也感到物理難教，也是不知通過什么方式能更好地幫助學生突破思維障礙。其實，設計自制教具和學具是一種很有效的手段。

如：在“磁場對電流的作用：左手定則”一課中，學生的思維難點在于如何建立磁場、電流、磁場力三者方向間的空間關系。基于突破思維難點的考慮，筆者設計了這樣一個三維演示器(見圖6)：用三根金屬棒制作三個方向簽，紅、黃、綠分別代表電流、磁場、安培力的方向，一端由鉸鏈相連，可以自由旋轉。在學生探究的基礎上，通過這個演示器顯示學生實驗的結果，幫助學生構建三者在方向上所遵從的空間規律，將抽象思維轉化為形象思維，突破思維難點，從而順利總結得出左手定則。這一自制教具的應用收到了很好的教學效果。仔細思考，這一學具還有欠缺，就是先入為主地搭建了一個三維空間結構，不利于學生思維主動構建的過程。所以筆者嘗試再作進一步的改進，將鉸鏈拆開，變成三根方向簽，配以六面帶插孔的模具(見圖7)，學生可根據實驗結果自行構建這種三維結構。這樣的改變，使探究物理規律的思維過程更加突顯，效果更好。

圖6　自制三維演示器

圖7　自制帶插孔的三根方向簽

再如：在進行靜電現象教學中，雖然教師已從理論上講解了尖端放電現象，但學生還是感到抽象，于是筆者運用了這樣一個自制教具(見圖8)：在兩塊金屬板間加上高電壓產生強電場，觀察其中一個金屬球和一個金屬針在這個強電場中的放電現象。通過這種對比實驗，效果極其明顯，可謂是“耳聽是虛，眼見為實”。像這樣的自制教具的演示實驗，能夠幫助學生建立情景，突破思維障礙，變抽象為形象，為創高效的課堂打通了脈絡，印證了“千言萬語說不清，一做實驗就明白”的真諦。

圖8　自制尖端放電實驗

四、放大實驗，凸顯效果，是創高效課堂不可忽視的一面

我們知道，并不是所有的物理現象在任何條件下都能清晰地顯示出來，所以改進實驗器材、放大實驗效果是筆者研究的一個重要方面。

例如：顯示微小形變的實驗，教材上的這個實驗(見圖9)，效果不是很明顯，特別是距離比較遠的學生不太容易看到現象，為此筆者與實驗教師一起設計了這個裝置(見圖10)：用多個平面鏡，這些平面鏡可以自由旋轉，改變方向和角度，這樣我們可以觀察光線經過3次反射和5次反射的兩種情況的比較，不僅可以觀察到明顯的現象，也可以通過兩次的對比，看到反射次數越多，實驗現象越明顯。像這種設計放大顯示實驗，能幫助學生更清楚地看清實驗現象以及背后的規律。

圖9　教材演示微小形變實驗

圖10　自制微小形變演示儀

又如：有些實驗需要教師邊示范、邊演示，但由于這些都是桌面實驗，不方便學生觀察，用實物投影又受到投影畫面大小的影響，也不方便教師的操作，為此筆者設計吸壁式實驗，將教師的桌面演示實驗轉化為黑板演示實驗，既方便學生觀察，又方便教師直觀的演示和講解。如：力的合成與分解(見圖11)、電場中等勢線的描繪(見圖12)，這樣改進的教具，為創高效的課堂增添了濃重的一筆。

圖11　自制吸壁實驗：力的合成

圖12　自制吸壁實驗：電場中等勢線的描繪

麥克斯韋說過：“一次演示實驗所使用的材料越簡單，學生越熟悉，就越想透徹地獲得所驗證的結果?！崩钫澜淌谝嘣f：“自己制作的教具，永遠比買來的好?！钡拇_如此，在課堂教學中學生對自制的教具比對買來的儀器感興趣的多，下課后他們總是要過來圍在器材旁仔細觀察這些教具是怎樣做的，運用了什么原理，用了什么材料。當他們發現只不過是一些飲料瓶、激光筆、木頭、硬紙板、泡沫塑料、金屬小球等常見的生活用品時，就不再覺得物理理論是空中樓閣，可望不可即，研究物理也并不神秘，從而會有一種發自內心的欲望，也想嘗試著自己做些教具和科技小制作。于是筆者利用拓展課、實驗課和研究課，為學生創造這樣的機會和平臺。

比如，學習了牛頓第三定律，安排學生自制水火箭；學習了電磁感應，讓他們制作手搖電筒；學習了力矩平衡之后學習制作桿秤；學習了氣體定律之后制作浮沉子等。隨著這種活動的開展，學生先是模仿，逐漸產生創造的靈感，就可以自己設計和制作一些教具或科技作品。圖13展示的就是筆者指導學生制作的重力小車，在上海市第20屆TI實驗團體賽中獲得二等獎。

圖13　學生自制重力小車

像這樣開展學生的制作活動，培養了學生熱愛科學的思想，開拓了學生的眼界，擴大了知識面，使學生學到了課堂上學不到的知識，體會到了生活、技術中的物理，這是課堂教學的延伸，是實現高效課堂質的飛躍。

教學實踐證明，自制教具對于激發學生求知欲望、提高學生參與意識、加深學生體驗、增強學生創新能力、提高課堂效率，都有著不可缺少的重要作用?？傊?，自制教具的研發和使用，給物理教學帶來的變化是顯著的，它不僅提高了課堂教學的質量，也提升了筆者的專業水平和創新能力。自制教具使物理課堂“活”起來，使學生的頭腦“動”起來，使教學的效率“高”起來。

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The Application of Self-made Teaching Aids in the Physics Classroom

QI Yuping

(Dajing High School Affiliated to Shanghai International Studies University, Shanghai 200011)

Abstract:Physics is a natural science based on exporiments, the experimental teaching aids has been the indispensable matorial basis in the teaching of physical experiments, serving to fulfill teaching objectives and enhance teaching quality. In this paper, the author will elaborate on the role that self-made teaching aids have in improving efficiency in class from the perspectives of creating scenarios, experiencing exploratory study, freeing mind form barriers, enlarging experiment effect, stimulating creativity and so on.

Key words:self-made teaching aids, effective class, arouse emotions, construct knowledge, solve tricky problems, stimulate creativity

作者簡介：祁玉平，四川武勝人，上海外國語大學附屬大境中學高級教師，主要從事高中物理教學研究。