中學物理教具的設計與制作

蔡淑寬 李志陽

摘 要：傳統(tǒng)的物理實驗教學課堂上，很多老師都是以驗證性實驗為主，極大地束縛了學生的創(chuàng)造性思維，也不利于教師個人素質的提升。隨著新課程改革的不斷推進，教師隨手取材自制實驗教具進行實驗教學需成為物理課堂上的一部分。結合自制水透鏡的案例，闡述了對中學物理自制教具的認識，教具制作的基本方法，讓更多的老師了解初中物理自制教具的必要性，同時為物理教學提供更多可以借鑒的自制教具素材。

關鍵詞：中學物理；自制教具；案例示范

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗在物理教學中的作用是不言而喻的。在英國，科學教學備受重視，在科學教學中以“科學探究”為其首要特色；在美國中學物理教學中，只要教師能夠用實驗說明的一般就不用語言說明；在德國物理教學界流傳著這樣一種說法：“沒有演示實驗的一堂課是不可想象的”；在日本有一個中學教師自愿組織起來的“山貓”學會，他們致力于開發(fā)隨手取材的實驗裝置，千方百計地激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造熱情，使教學充滿樂趣，從而成功地吸引了大批學生。在中國，《義務教育物理課程標準（2011年版）》也明確指出：“利用日常用品進行物理實驗，這樣既可以拉近物理學與生活的距離，讓學生深切地感受到科學的真實性，補充實驗課程資源，而且有利于增強學生的創(chuàng)新意識。”教師除了利用已有的實驗器材進行實驗教學，還應大力提倡利用身邊物品，創(chuàng)造性地設計實驗，為學生創(chuàng)設豐富多彩的活動情境，激發(fā)學生的學習興趣。

筆者通過查閱大量的文獻和相關書籍，歸納總結出對自制教具的認識、中學物理教具制作意義及必要性、教具制作的基本方法以及筆者結合自己的經(jīng)驗介紹如何自制水透鏡，希望給廣大教師提供更多可以借鑒的自制教具素材，從而有效地豐富初中物理課堂。

一、對自制教具的認識

自制教具指的是教師根據(jù)教學中的重難點，利用隨手可得的物品自行構思、設計、制作的一類能解決問題、滿足教學需要的手工工具。這樣的手工工具能讓學生深切地體會到物理就在我們身邊，感受到物理和社會、生活的密切聯(lián)系。

自制教具是在創(chuàng)造性思維的基礎上產(chǎn)生的，一般的創(chuàng)造性思維有以下幾種方式：創(chuàng)造構建型、推理改進型、綜合歸納型、科技創(chuàng)新型等。自制教具的設計一定要滿足科學性、教育性、簡易性、直觀性、實用性等要求，且滿足結構簡明，但并不簡陋的原則，突出為教育教學服務的宗旨。

二、中學物理教具的制作意義及必要性

關于自制教具的必要性，不同教師有不同的觀點，有些教師認為教具的制作是廠家的事情，而且其生產(chǎn)的教具制作精美，配備充足，作為一線的教師，只要教好書就可以了，沒有必要再花精力去自制教具。殊不知，實驗教具沒有最好的，而需在教學實踐中不斷改進與創(chuàng)新。比如，在探究兩種電荷間的相互作用的實驗中，教科書上給的實驗器材如圖1所示，但早在2014年郭衛(wèi)東老師就指出了該實驗的缺點，并設計出更靈敏的實驗裝置，如圖2所示。學生在這個實驗教具的基礎上完成課堂分組實驗，實現(xiàn)學生自主探究“電荷相互作用規(guī)律和電荷種類”實驗，實驗過程可控性強，效果明顯。

這樣的例子并非唾手可得，只有在教學實踐中使用、驗證成品儀器，就會發(fā)現(xiàn)有些成品儀器或因實驗現(xiàn)象不明顯，或因操作復雜不適合我們的教學工作。一線教師更能根據(jù)需求改進或創(chuàng)造出新的自制教具并服務于教學。通常自制的教具更貼近生活，更能培養(yǎng)學生的學習興趣、激發(fā)學生的求知欲。此外，設計和制作教具也有利于培養(yǎng)教師的創(chuàng)新意識和動手能力，對提高教師的個人業(yè)務水平有很大的幫助。因此，有教師已經(jīng)提出中小學教師自制教具獲獎應作為職評的業(yè)績條件之一。

三、教具制作基本方法及案例示范

結合物理的學科特點，自制教具一般有以下幾種設計方法：功能變通法、比較法、模擬示動法、增效法等。下面是個人利用功能變通的方法自制的水透鏡，筆者就制作過程及其在教學中的應用進行闡述。

筆者針對的課題是人教版八年級上冊的第五章第一節(jié)《透鏡》。其中有這樣一個知識點：“凸透鏡的焦距越小，透鏡對光的會聚作用越強”，對于怎么讓學生深刻理解凸透鏡的凸起程度會影響到其對光的會聚本領的強弱，進而改變凸透鏡的焦距大小，經(jīng)過多方的思考和嘗試，最終確定選用水透鏡（如圖3）來突破這個知識點。

制作材料：礦泉水瓶，氣球，502膠水，剪刀，小刀，一塊70 cm *15cm的泡沫。

制作過程：用剪刀截取礦泉水瓶中間一段，大約7 cm高，并將裁剪部分修剪平整。截取的這段瓶子必須沒有花紋，否則后面的實驗現(xiàn)象會不明顯。裁剪出一塊面積大小大于礦泉水瓶底面積的氣球。這些工作可以提前讓學生完成并提交半成品。然后用502膠水將氣球粘在截取的這段瓶子的一側（考慮到502的使用具有危險性，由教師本人完成該環(huán)節(jié)）。此外，為了固定這塊水透鏡，需選取木板或泡沫板并刻槽固定，鑒于泡沫板更易刻槽，本次教具采用泡沫板。在其上表面裁出一個面積略大于水透鏡底面積，深約為2 cm的凹槽。

使用過程：將水透鏡固定在泡沫凹槽中，往水透鏡中加入純凈水，打出一束平行光射到水透鏡上，透過水透鏡后的光清晰地呈現(xiàn)在泡沫白板上（如圖4）。學生利用這塊水透鏡完成分組實驗可以突破凸透鏡的以下三個知識點：（1）過薄透鏡光心的光傳播方向不發(fā)生改變；（2）凸透鏡對光有會聚作用；（3）凸透鏡越凸，對光的會聚作用越強，對應的焦距越小。

在本節(jié)最后的總結中，筆者還展示了自制的另一塊水透鏡（如圖5），這塊水透鏡不僅焦距可變，而且可以通過注射器注水和吸水使這塊水透鏡在凸凹透鏡上轉變。值得一提的是，在這兩項自制教具的幫助下，筆者在某次省級比賽中獲得初中組一等獎的好成績。

最近幾年在郭衛(wèi)東、黃樹清等老師的帶領下，涌現(xiàn)了少數(shù)熱衷于自制教具的物理教師，他們利用廢棄的圓珠筆芯、礦泉水瓶、注射器等制作出實驗現(xiàn)象明顯的演示教具和學生隨堂實驗教具，受到同行們的一致好評，同時也給一線教師提供了非常好的教學素材。但是物理教師何其多，有多少人依然照本宣科，沉浸在年復一年的常規(guī)教學、重復實驗工作中。筆者借筆倡議，以自己的親身經(jīng)歷為鑒，望更多的一線物理教師能突破自我，共同創(chuàng)新，給予學生一堂更精彩、更有創(chuàng)新意識的物理課。

參考文獻：

[1]范亞穎，盧慕稚，李飛躍.初中物理實驗教學與自制教具研究綜述[J].物理之友，2014（11）：26-28.

[2]張世剛.自制教具是初中物理實驗教學不可或缺的一環(huán)[J].物理之友，2014（12）：34-37.

[3]郭衛(wèi)東.靜電系列實驗設計[J].物理教學探討，2014（6）：71-73.

[4]喬亞光，蔡昌景，張麗霞，等.對自制教具的再認識：中小學教師自制教具獲獎應作為職評的業(yè)績條件之一[J].教學儀器與實驗，2007：63-64.

[5]郭衛(wèi)東.低成本物理實驗的巧妙設計與應用[J].物理教學探討，2012（7）：1-3.

[6]黃樹清.中學物理自制教具設計制作的研究與實踐[J].物理通報，2001（10）：37-39.

[7]周平均.初中物理實驗教學中如何運用低成本實驗教具[J].實驗教學與儀器，2010（S1）：40-41.

[8]張世剛.自制教具是初中物理實驗教學不可或缺的一環(huán)[J].物理之友，2014（12）：34，37.

作者簡介：蔡淑寬（1982—），女，廈門一中，一級教師，碩士，研究方向：物理教育、信息化教學。

李志陽（1981—），男，廈門華廈學院，副教授，碩士，研究方向：電子信息技術、信息化教學、大學物理教學。

編輯 張珍珍