學生自制物理實驗教具重要性的研究

趙維和 李雪潔

所謂教具，就是指教學過程中用來輔助教學活動的物品，傳統的物理教學教具包括實物、模型、掛圖等，這些教具都可以起到再現事物現象及科學過程的作用。但這些教具都是參與教育教學的教師根據知識點設計的，學生的主動性沒有得以體現。隨著物理學科核心素養觀念的提出，很多學校的實驗室對學生全天開放，并且組織學生設計實驗，增加了學生在生活、實踐中的學習的機會。

那么，教具為什么如此受師生青睞呢？西方近代教育理論的創始人之一夸美紐斯就主張通過事物本身來學習，即盡可能的將事物本身的特性通過教具的方式展現給學生，并提出了教學的直觀性原則。教具本身就具有直觀性的特點，對教具的恰當使用，可以幫助學生更好的理解抽象的概念，起到化抽象為具體、化復雜為簡單的重要作用。

但是，隨著物理知識抽象程度的增加，尤其是習題難度的增加，僅僅靠傳統教具已經不能滿足學生的需求。尤其是學生在進入高中階段之后，很多都出現了興趣下降、動力不足等問題。為了提升學生的積極性和教師的教學效率，我們要加大對教具的開發力度，從而充分發揮學生的主動性、積極性，而自制教具無疑就是一個非常好的途徑。學生在使用或制作這些教具的過程中，可以很好的鍛煉科學探究能力，激發學習熱情，對于空間想象能力、建模能力、邏輯思維能力等也有極大的益處，另一方面，在課堂上使用合適的教具，能活躍課堂氛圍，給學生以良好的學習體驗。

比如，作者在講解三力平衡問題的時候，就組織學生自制了三力平衡演示儀，起到了很好的教學效果，具體過程如下。

1.器材選擇

鑒于此演示儀是一種學生自制的簡易演示裝置，盡可能選擇生活中的常見物體為原材料，例如橡皮筋、粗繩、細線、輕質塑料外殼（如吸管）等。

2.儀器構造

一個完整的三力平衡演示儀由三個結構相同的示力管構成，其中示力管的結構如圖1所示。它的核心器件有三部分：橡皮筋、涂紅的粗繩（便于觀察）和輕質塑料外殼。與彈簧測力計原理相同，通過橡皮筋的伸長量測量力的大小。其中橡皮筋和粗繩的長度等于塑料外殼的長度，這樣觀察到的粗繩的伸長量也即是橡皮筋的伸長，這為我們的直觀演示帶來了方便。使用定位針固定示力管，讓實驗操作起來更加方便。

三個結構相同的示力管做好之后，將它們的末端細線系在一起，一個完整的三力平衡演示儀就制作成功了。

3.使用過程

結合本教具，可以很好的處理如圖2所示的例題。

例：細線的一端固定于A點，線的中點掛一個質量為m的物體，另一端B用手拉住，已知AO與豎直方向成θ角，OB從水平方向逐漸向上轉動時，AO和BO上的拉力如何變化？

本題有多種解法，比如正交分解法、分解法、合成法和圖解法等，都可以判斷出AO上的力一直變小，BO上的力先變小，當AO⊥OB時達到最小值，然后逐漸變大。但是對于初學者，如果能演示出各力變化過程，對于學生掌握這道題，甚至于解題方法，都會有很大的幫助。

通過自制教具進行教學，作者總結出了以下優點：

（1）突出了新課改重在學生參與以及加強學生實驗能力的理念。

（2）直觀，可視性強。使用示力管，能形象地展示動態平衡中的三力變化問題。不僅加深了學生對三力動態平衡的理解，也激發了學生的興趣。

（3）簡易，可操作性強。所用器材是生活中常見的，制作非常容易，且演示起來非常方便。

（4）多功能性。此儀器不僅能演示三力平衡，且能很好地演示力的合成與分解。在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，用此儀器演示，可以隨意調整力的大小，非常方便。

將自制教具引入物理教學，可以起到極大的教學促進作用。

首先，自制物理教具可以促進教師教學。自制教具可以幫助學生強化對復雜知識的記憶，促進對抽象知識的理解，拓展學生的思維，增強學習的活力，幫助學生重構知識構架。在指導學生自制教具的過程中，可以培養學生的探究精神、鍛煉學生的動手能力，可以促進學生身心 的全面發展。雖然自制物理教具需要耗費大量的時間，但是學生在準備各種自制教具所需要的各種材料的過程，也是學生自我提升的過程，在此過程中，教師可以不斷滲透自己的教育理念。甚至可以直接以自制教具過程為基礎制定完美的物理教學方案，既保證了自制物理教具的應用，又可以不斷提升物理課堂教學的效果。

其次，自制物理教具可以激發學生學習熱情。學生自制教具往對激發學生學習的興趣起到很大作用，因為制作過程自由、簡單、易操作、生活性強，學生可以按照自己設計的思路來合理選擇材料。它們制作的過程往往充滿激情、氛圍活躍，教學效果明顯。此外，理教學的過程中有許多內容是學生在日常生活中沒有遇到的，單純地借助想象是無法增強學生認識的，所以在制作物理教具的過程中，學生往往會積極思考、大膽質疑、不斷探索，學習積極性得到了空前的提高。

最后，自制教具科可以提高學生的核心素養。自制教具不僅可以加深對物理觀念尤其是抽象概念的認識，還能加深對物理規律的理解，而對于科學思維中的建模思維、逆向思維、等效思維、對稱思維、極限思維等物理思維也有輔助提高作用，自制教具的過程對培養學生的科學能力，以及科學態度與責任，都有不可替代的作用。