自制教具在中學物理教學中的應用

孫輝　趙振宇

摘 要：物理學是一門以實驗為基礎的科學，在中學物理教學中實驗發揮著不可替代的作用.近年來由于中考帶來的升學壓力，應試教育思想占據主導地位，教學比重發生嚴重傾斜，實驗教學僅僅是走走過場，長期以往導致學生動手能力與探究能力缺失，不利于學生的全面發展.筆者與小組成員共同自制的教具“力光電綜合實驗儀”可應用于初中物理教學中，能夠在達到實驗目的的同時提高實驗教學的效率，并促進學生探究能力與創新能力的發展.

關鍵詞：力光電綜合實驗儀;初中物理;科學探究;自制教具

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）06-0046-02

作者簡介：孫輝（1997-），男，黑龍江雞西人，碩士研究生，研究方向：中學物理學科教學;

趙振宇（1968-），女，黑龍江哈爾濱人，教授，碩士生導師，研究方向：中學物理學科教學.

實驗在初中物理教學中發揮著不可替代的作用，教師自制教具更是能夠提高實驗教學的質量，培養學生的觀察能力、動手能力、探究能力以及創新能力，筆者與小組成員自制的“力光電綜合實驗儀”能夠應用于初中物理教學中，配合著實驗教學大大提升了教學效率.

1 自制教具“力光電綜合實驗儀”的結構

筆者與小組成員共同制作了“力光電綜合實驗儀”（簡稱為“實驗儀”，如圖1、圖2所示），該“實驗儀”以2016年高考全國理綜二卷25題為力學部分原型（如圖3、圖4所示），在此基礎上加入光學、電學部分.

該“實驗儀”囊括初高中物理大部分實驗，可放置于班級中，教師講到某一實驗時可直接對“實驗儀”中某一部分進行組裝并演示，學生在課下也可以自己動手進行組裝演示，提高了實驗教學的效率同時促進學生動手能力、探究能力與創新能力的發展.其外殼為一個長方體木質箱，長800mm、寬668mm、高386mm，正面及背面為800mm×386mm，側面為668mm×386mm，頂面和底面為800mm×668mm，背面裝有四個滑輪以方便攜帶;頂面有“力光電綜合實驗儀”的標志.內部可以分為力學實驗、電學實驗與光學實驗三個部分.力學部分由軌道、彈簧、小鐵球、電磁鐵、水槽等組成，可演示初中部分摩擦力、壓強、浮力、流體壓強與流速關系等實驗，可演示高中部分勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動、力的合成與分解、胡克定律、碰撞、反沖運動等.電學部分由導線、電池、滑動變阻器、小燈泡、磁鐵以及鋁管等組成，可演示初中部分串并聯電路、歐姆定律、磁生電等實驗，可演示高中部分電磁感應、分壓與限流、電磁阻尼、電磁驅動等實驗.光學部分由平面鏡、水槽、激光筆、凸透鏡、凹透鏡、三棱鏡、卷尺、長木板、量角器、光屏等構成，可演示初中部分小孔成像、光的反射、光的折射、漫反射、鏡面反射以及凸透鏡成像規律等實驗，也可演示高中部分全反射.

2 自制教具“力光電綜合實驗儀”在初中物理教學中應用的優缺點

2.1 “實驗儀”在初中物理教學中應用的優點

節省教師準備實驗儀器的時間，提高實驗教學效率.

實驗教學需要準備的時間較長，教師要提前準備好實驗器材、實驗方案等，初中物理教學中還面臨著升學的壓力，這些原因在一定的程度上阻礙了實驗教學的開展.“實驗儀”在初中物理教學中的應用在很大程度上解決了這一問題，“實驗儀”中已經準備好特定實驗需要的儀器，教師只需要將儀器進行組裝與簡單的調試即可演示.

課下學生可自己進行實驗，提高學習物理的興趣.

現階段實驗教學僅僅局限于課堂或實驗室中，教師下課后就將實驗儀器拿走，或學生從實驗室出來后便無法繼續探究，學生在其它時間接觸不到實驗儀器，更無法自己動手進行實驗.“實驗儀”的設計致力于解決這一問題，該儀器放在班級中，學生課下感興趣時可自己動手進行實驗，同時儀器可演示多個實驗，學生動手實驗時不局限于剛剛學過的知識，可以利用儀器進行復習與預習，在不斷的探究中提高學習物理的興趣.

制作成本低，可推廣使用.

“實驗儀”中大部分儀器為實驗室中淘汰的儀器，筆者與組員在制作過程中充分利用學校實驗室中已有的儀器，在老師的幫助下，將一些已經淘汰的儀器充分利用，進行重新的組裝，確保實驗效果明顯，總體制作成本較低，考慮到初中學生心智正處于發育之中，“實驗儀”放在教室中可能會存在損壞的現象，教師可將實驗室中的儀器進行替換，且成本較低，可以推廣使用.

2.2 “實驗儀”在初中物理教學中應用的缺點及其改進措施

體積過大，不方便攜帶.

“實驗儀”長800mm、寬668mm、高386mm，質量約為10kg，雖然底部裝有輪子，但總體上體積過大，不方便攜帶與運輸，且“實驗儀”中電路板、易碎儀器較多，運輸過程中容易損害儀器.針對這一問題筆者認為可將外殼木質箱子用硬度較大、質量較小的塑料板進行替換，同時利用釘子、膠帶加固電路板與外殼的鏈接，運輸過程中填充泡沫板防止易碎儀器的損壞.

實驗現象明顯但數據的測量存在誤差.

“實驗儀”演示實驗現象雖然明顯，但在數據的測量中往往誤差較大，尤其學生自己動手進行操作時，在數據分析時往往誤差較大.筆者認為可將“實驗儀”與數字傳感器相結合，結合朗威系統進行演示，通過朗威系統將傳感器中的數字信號進行擬合，可以在很大程度上減少實驗帶來的誤差.

實驗覆蓋面不全.

初中物理教學可分為聲、光、力、熱、電五部分，每一部分都包含實驗教學的內容，“實驗儀”中僅包含力、光、電中的部分實驗，在聲、熱部分教學中“實驗儀”則無用武之地，同時學生也無法演示相關部分的實驗.筆者認為可以對“實驗儀”進行改進，增加音叉等實驗儀器，對于物態變化部分危險系數較大不適合學生自己演示的實驗可輔以多媒體演示.

2.3 自制教具“力光電綜合實驗儀”的發展前景

實驗教學能夠激發學生的學習興趣，提高探究能力與創新能力，自制教具能夠提高實驗教學的有效性，拉近物理知識與實際生活的距離，使課堂生活化，使實驗教學更加完善.作為一名中學物理教師，必須具備自制教具的能力，善于進行實驗教學.現階段中學物理教學注重學生核心素養的培養，在物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任中，科學探究是一種學習科學知識、發展科學思維、形成科學態度的手段和途徑，科學思維是學生全面發展的必備品格與關鍵能力.實驗教學過程中能夠培養學生的科學探究精神，實驗過程中學生經歷科學的探究過程，只有歷經科學探究的過程才能掌握科學方法，進而形成正確的科學態度與責任.結合以上的分析，筆者認為“實驗儀”在初中物理教學中應用前景很大，通過不斷的完善應用的范圍也將越來越廣，可推廣于初中物理課堂中，其制作簡單、成本低等優點十分適合推廣使用，筆者將繼續對“實驗儀”進行改善，以期望能夠早日應用于課堂之中.在參加國賽過程中也積累了許多寶貴的經驗，部分專家認為該儀器應注重測量時的精確度，僅依靠實驗現象并不能解釋現象中蘊含的科學本質，所以“實驗儀”在進一步的完善中將注重在精確度上的研究，同時擴大演示實驗的覆蓋面，完善“實驗儀”在初中物理教學中的應用.

3 結語

自制教具能夠培養學生的學習興趣、增強學生的動手能力、培養創新精神和科學探究意識，制作教具過程中能夠提高教師的學科素養和基本技能，還能夠完善實驗室設備彌補實驗儀器的不足.對于“實驗儀”存在的問題筆者將繼續進行修正，對部分實驗的演示進行完善，做到操作方便、材料簡單、效果明顯.初中物理實驗具有趣味性強、實用性強等特點，將“實驗儀”應用于初中物理教學中能提高教師教學效率與學生學習效率，促進學生的觀察能力、動手能力、探究能力以及創新能力的發展.

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（收稿日期：2020-11-17）