學(xué)生自制物理實(shí)驗(yàn)教具重要性的研究

趙維和 李雪潔

所謂教具，就是指教學(xué)過程中用來輔助教學(xué)活動(dòng)的物品，傳統(tǒng)的物理教學(xué)教具包括實(shí)物、模型、掛圖等，這些教具都可以起到再現(xiàn)事物現(xiàn)象及科學(xué)過程的作用。但這些教具都是參與教育教學(xué)的教師根據(jù)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)的，學(xué)生的主動(dòng)性沒有得以體現(xiàn)。隨著物理學(xué)科核心素養(yǎng)觀念的提出，很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生全天開放，并且組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，增加了學(xué)生在生活、實(shí)踐中的學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

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(chuàng)始人之一夸美紐斯就主張通過事物本身來學(xué)習(xí)，即盡可能的將事物本身的特性通過教具的方式展現(xiàn)給學(xué)生，并提出了教學(xué)的直觀性原則。教具本身就具有直觀性的特點(diǎn)，對(duì)教具的恰當(dāng)使用，可以幫助學(xué)生更好的理解抽象的概念，起到化抽象為具體、化復(fù)雜為簡(jiǎn)單的重要作用。

但是，隨著物理知識(shí)抽象程度的增加，尤其是習(xí)題難度的增加，僅僅靠傳統(tǒng)教具已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求。尤其是學(xué)生在進(jìn)入高中階段之后，很多都出現(xiàn)了興趣下降、動(dòng)力不足等問題。為了提升學(xué)生的積極性和教師的教學(xué)效率，我們要加大對(duì)教具的開發(fā)力度，從而充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，而自制教具無疑就是一個(gè)非常好的途徑。學(xué)生在使用或制作這些教具的過程中，可以很好的鍛煉科學(xué)探究能力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，對(duì)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(xué)生以良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

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

1.器材選擇

鑒于此演示儀是一種學(xué)生自制的簡(jiǎn)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(xì)線、輕質(zhì)塑料外殼（如吸管）等。

2.儀器構(gòu)造

一個(gè)完整的三力平衡演示儀由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的示力管構(gòu)成，其中示力管的結(jié)構(gòu)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(zhì)塑料外殼。與彈簧測(cè)力計(jì)原理相同，通過橡皮筋的伸長(zhǎng)量測(cè)量力的大小。其中橡皮筋和粗繩的長(zhǎng)度等于塑料外殼的長(zhǎng)度，這樣觀察到的粗繩的伸長(zhǎng)量也即是橡皮筋的伸長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)操作起來更加方便。

三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的示力管做好之后，將它們的末端細(xì)線系在一起，一個(gè)完整的三力平衡演示儀就制作成功了。

3.使用過程

結(jié)合本教具，可以很好的處理如圖2所示的例題。

例：細(xì)線的一端固定于A點(diǎn)，線的中點(diǎn)掛一個(gè)質(zhì)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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(dāng)AO⊥OB時(shí)達(dá)到最小值，然后逐漸變大。但是對(duì)于初學(xué)者，如果能演示出各力變化過程，對(duì)于學(xué)生掌握這道題，甚至于解題方法，都會(huì)有很大的幫助。

通過自制教具進(jìn)行教學(xué)，作者總結(jié)出了以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）突出了新課改重在學(xué)生參與以及加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ睦砟睢?/p>

（2）直觀，可視性強(qiáng)。使用示力管，能形象地展示動(dòng)態(tài)平衡中的三力變化問題。不僅加深了學(xué)生對(duì)三力動(dòng)態(tài)平衡的理解，也激發(fā)了學(xué)生的興趣。

（3）簡(jiǎn)易，可操作性強(qiáng)。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(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，用此儀器演示，可以隨意調(diào)整力的大小，非常方便。

將自制教具引入物理教學(xué)，可以起到極大的教學(xué)促進(jìn)作用。

首先，自制物理教具可以促進(jìn)教師教學(xué)。自制教具可以幫助學(xué)生強(qiáng)化對(duì)復(fù)雜知識(shí)的記憶，促進(jìn)對(duì)抽象知識(shí)的理解，拓展學(xué)生的思維，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的活力，幫助學(xué)生重構(gòu)知識(shí)構(gòu)架。在指導(dǎo)學(xué)生自制教具的過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生的探究精神、鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，可以促進(jìn)學(xué)生身心 的全面發(fā)展。雖然自制物理教具需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，但是學(xué)生在準(zhǔn)備各種自制教具所需要的各種材料的過程，也是學(xué)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(chǔ)制定完美的物理教學(xué)方案，既保證了自制物理教具的應(yīng)用，又可以不斷提升物理課堂教學(xué)的效果。

其次，自制物理教具可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生自制教具往對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣起到很大作用，因?yàn)橹谱鬟^程自由、簡(jiǎn)單、易操作、生活性強(qiáng)，學(xué)生可以按照自己設(shè)計(jì)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(xué)效果明顯。此外，理教學(xué)的過程中有許多內(nèi)容是學(xué)生在日常生活中沒有遇到的，單純地借助想象是無法增強(qiáng)學(xué)生認(rèn)識(shí)的，所以在制作物理教具的過程中，學(xué)生往往會(huì)積極思考、大膽質(zhì)疑、不斷探索，學(xué)習(xí)積極性得到了空前的提高。

最后，自制教具科可以提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。自制教具不僅可以加深對(duì)物理觀念尤其是抽象概念的認(rèn)識(shí)，還能加深對(duì)物理規(guī)律的理解，而對(duì)于科學(xué)思維中的建模思維、逆向思維、等效思維、對(duì)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(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)能力，以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，都有不可替代的作用。