如何自制优秀的教具

　　实验是学习物理、化学、生物等学科的基础，既是学习内容，又是学习的方法，更是探究教学的主要方式。然而实验是以具体的实验教具为支撑的教学活动，没有实验教具就没有实验教学，教具是实验教学的生命。目前，虽然由经典的正规厂家生产的教具已经很丰足了，但远远满足不了丰富多彩的实验探究教学的需要，因此，对自制教具研究是一个永恒的课题。笔者喜欢自制教具，近20年做过300多件自制教具，所做的自制教具曾获国家、省、市的奖项共10余次，也曾被多次聘任过自制教具展评的评委工作。现就如何自制优秀教具的认识和实践，谈点个人拙见，以期待对年青的教师有所启发和帮助。
　　一、自制教具的内涵与特征
　　1.自制教具的界定
　　什么是教具？在《中国大百科全书》中对教具的解释为：“教具是为学生提供感知材料的实物、模型、图表等教学用具”。《ZBX51001-88教学仪器产品一般质量要求》中对教学仪器解释为：“教学仪器是具有教学特点，体现教育思想，主要在教学中使用的实物和模型等直观教学用具”。由此，我们可以给自制教具作如下定义：自制教具是在教学过程中，根据教学内容、学科特点、学生认知需要，结合相关的原理，利用随手可得的常见物品，制作出体现教育思想、教育目标、教学内容和教学方法的实物、模型等直观教学用器具以及实验训练器材。
　　2.自制教具的特征
　　优秀的自制教具在教学需要的前提下，还应该具备如下几个明显的特征。
　　（1）具有科学性。所自制的教具不仅所示实验内容符合科学原理，体现科学知识，而且符合认知规律，能树立科学意识，有助于掌握科学方法和实验操作技能。
　　（2）具有创新性。首先是比较新颖，没有在已往的教具展评出现，你的教具至少比已有的教具要有大幅度的改进或有不同的地方、或设计新颖、或构思巧妙，更没有在公开发行的刊物上刊出。其次是具有独特性，体现个体的智慧，没有类似的“东西”，最好是弥补课本上的空白。如笔者发表在核心期刊《物理实验》上的自制教具“液体电阻实验演示装置”就是弥补了现行中学初高中课本中的空白。
　　（3）具有艺术性。教学不仅是科学，也是艺术。自制教具从视觉的角度要让欣赏者感受到艺术的享受。因此，当我们观察到优秀教具时，总体感受到是一个“可圈可点”的东西，外形上和谐、颜色上协调、大小适中等。
　　（4）具有简捷性。麦克斯韦说：“演示实验的教育价值常常是与仪器的复杂性成反比，学生用自己自制的仪器，即使老是出错，也常常比用细心调整的仪器易于学到更多的东西。”因此，结构要简捷，能突出重点，有利于集中注意力和观察实验现象；操作要简捷，实验操作过于繁杂，易使学生感到疲劳和厌倦，从而分散学生的观察和注意力。
　　（5）具有新奇性。心理学表明，在差异性的事件中能唤醒学生的求知欲望。实验现象惊奇、效果明显能高度吸引学生注意力，而且能促使学生深思，引发学生兴趣和思考，有利于学生主动参与、互动、合作交流。
　　（6）具有廉价性。取材容易，结构简单，易于操作，性能稳定，安全可靠，造价低廉，外形美观，便于自制推广，有助于环保和可持续发展。材料要简捷，实验所用的材料是生活中低价格的顺手拈来的日常生活资源，会使学生产生亲切感，将他们搬到教室里做科学实验，可激发学生学习物理的动机和兴趣。
　　二、自制教具的功能
　　自制教具，不是为了点缀课堂而自制，更不是为了获得荣誉而自制的，而是为了课堂教学的需要，是为了提高教育教学效益，故主要考虑如下几点功能。
　　1.提高兴趣，启动问题思维
　　学生在预习课文时，没有看见自制教具，对自制教具有神秘感和向往性。因此，利用自制的教具可以提高学生的兴趣，进行有意义的学习，会使学生的学习起到事半功倍的效果。因为学生的心理已经全部的被实验所吸引着，即使是学习成绩不好的学生，一说要实验了，都会把头向实验方向看过来的。
　　2.突破难点，需要形象直观
　　课本上所选择的实验和教具，综合考虑了大部分地区的经济状况和教育发展程度，有一定的局限性，不能完全满足我们的教学需要，也不一定适合学生和教师的学习习惯和知识呈现方式。因此，要自制适合自己的优秀教具来讲授比较抽象的物理化学知识。这些知识学生不能通过语言及生活经验直接感觉，更不能理解。因此，通过实验才能得到形成概念或规律的必要的表象。
　　3.寻找规律，感悟操作体验
　　学生学习的有些规律是隐藏在具体的事物中，往往被光怪陆离的现实外在的东西所掩盖着。比如，惯性定律的形成就是一个需要形象直观的斜面实验来支撑才能有助于学生的理解。笔者曾获松原市一等奖的“对比磁控式惯性定律实验装置”就是突破这一难点而自制的。
　　4.动手动脑，促进专业成长
　　自制教具是教师应具有的一项教学技能，是必须掌握的基本功。要做好自制教具必须先学习理论知识、掌握制作技能、熟练设计技巧、砥砺意志。对这些的获得，就是一个教师成长的过程，也是收获成果的过程，更是享受专业成长的幸福过程。一个成功的自制教具过程就是一次成功的教育科研活动。因为制成一个自制教具，包括选题意义、价值论证、试研制作、形成文字说明。这足以说明一个自制教具虽然是以物质的形式呈现，但它的过程是研究思维的过程。
　　三、自制教具的原则
　　在《教具的活用技术》中，有一段关于设计自制教具的原则的论述：尺寸大些（Large scale）；使用信手可得的材料（Easy available materials）；结构简单（Simple mechanism）；能进行鲜明的演示（Splend presentation）；教育目标恰当（Objective reasonable）；外观好看（Nice looking）。把这些原则的英文字头连起来，正好是Ｌesson。当然，这是字母的巧合，但是，它作为经过长期合作的同行们的口号，的确很好记、很合适。基于这种认识我们认为应该有如下的原则。
　　1.实现教学目标的需要
　　任何一堂课堂教学都有自己明确的教学目标。实现这个具体的教学目标，我们就要思考如何呈现知识点、用什么手段来支撑概念和规律、怎么收获物理方法和原理、怎么习得操作技能和体验学习及实验的经历等等。解决这些，我们往往要做到以下两点：一是要把学术形态的物理知识转化为教育形态的物理知识。二是要把教育形态的物理知识转化为符合学生认知结构的物理结识。虽然有很多方法转化，但实验的方法是最好的。这是因为实验装置的直观化、形象化、操作化，使我们的教学把复杂的问题简单化、简单的问题趣味化、趣味化的问题艺术化。
　　2.实验最优化的需要
　　由于教科书编者的学习阅历、工作经验、表征方式限制，同时编者要考虑不同区域学生的适应性，考虑城乡、贫富差距、地理位置等等，教科书中呈现知识的实验具有普适性。这样的实验，也许不适合学生的个性探究，也许不是最好的实验设计。因此，自制教具就能弥补上述的不足，使我们的教学达到最优化，提高教学效果。
　　3.体现教学个性的需要
　　教师讲课的风格是千差万别的，适合采用的实验手段也是不同的。因此，教师可以充分利用生活用品和随手可得的材料，根据自己的教学习惯和适合自己的教学方式进行实验设计和教具的制作，这样就能创造性的实施教学，张扬教师独特的个性魅力。
　　4.提高学习趣味性的需要
　　自制的教具多数是利用常见生活用品和废旧物品，学生比较熟悉，对这些物品有亲切感，因此，学生对实验不感觉到深奥和陌生，容易启动思维，有助于知识的学习。实验的学习知识生活化，教具的演示现象奇异、绚烂多彩，结构的巧妙，操作的愉悦都会让学生感受到学习知识其乐无穷！
　　
　　四、自制教具的策略
　　1.加，增加实验中的可能因素
　　有些实验在设计时缺少一些因素。如器材、步骤、原理说明、控制条件等，我们可以根据需要填加。如固体压强大小的实验，老教材就缺少面积相等时压力大小与压强的关系；光的反射只有反射规律的探讨，没有反射现象的演示和欣赏。我们在实际教学中都要进行填加，弥补教材的不足。
　　2.减，精减实验中的某些因素
　　对于现有实验，无论是器材，还是步骤，或是装置组成等，存在没有必要或过于繁琐的内容时，就要考虑精减。如，过去阿基米德实验中使用的溢水杯，就比较杂与繁。笔者认为，如果用一个方便塑料袋子就更方便了许多，在思维上就更简捷明了，有利于对阿基米德原理的认识与理解。
　　3.代，代替。
　　用其他学科的实验，代替已有的实验。如化学的氨气使酚醛变红，代替分子不停地无规则运动。用其他材料的代替，如饮料瓶代替玻璃瓶。用廉价的代替昂贵的，如高压气筒代替气垫。用新材料代替旧的仪器，如用无毒的硫代硫酸钠代替有毒替奈、精确的火花仪代替不稳定的打点计时器等。
　　4.挖，挖掘。
　　是否有其他功能，如托里拆利实验管。是否有更先进的方法，如笔者曾经挖掘塑料饮料瓶在物理实验教学中有什么作用后，撰写成“利用饮料瓶演示大气压存在的几种方法”发表在《物理通报》2005年第3期上。
　　5.微，微型实验
　　微型实验节约药品、节约时间、操作安全、污染少。学生可以自己动手制作仪器，自行实验。用生活中卫生间的小吸盘来演示实验室中用电动抽气机才能完成的马德堡半球实验。
　　6.比，对比
　　对比法是区别事物的首要方法，即把要研究的事物或现象和另一事物或现象联系在一起，在一定的条件下加以比较，从而确定它们的异同点，达到认识事物和现象的目的。如，笔者研究的实验装置“对比式离心现象实验装置”、“对比式液体电阻演示器”发表在《物理实验》2007年第6期和2008年第3期上。
　　7.变，变化量
　　尺寸上的放大或缩小，曾经看到油田实验展区有一个特大的游标卡尺就是在这样的理论前提下形成的；位置上移动，如成像实验，通常的是在上面，有一个比较的实验改进是把它们吊起的，好处是在重力作用下，保证它们在一个面上；形状的变化；数目的变化；动静变化设计，如“恒质式液体压强演示器”发表在《物理通报》2006年第11期上。
　　8.合，组合优化的策略
　　笔者曾经制作一个带有弹簧称的木块，这就是木块与弹簧称的组合，这样做摩擦力的实验就方便多了。还有烧杯与止水夹结合，可将温度计不用把着了。还有将液体压强计与容器组合，制成了“内设直观压强显示器的几个实验”发表在《物理教学》2007年第11期上。
　　9.奇，现象奇异
　　实验演示的现象的奇异，这种“希望之中，意料之外”的教具最受学生的欢迎，那精巧的设计思路会给人以永久不忘的效果。可以说，这种观察会给学生留下终生难忘的记忆。
　　五、自制教具的步骤
　　1.寻找研制的课题
　　课题来源于教学实践，是教学过程中所需要的，是为解决教学过程中的困难而产生的，而不是凭空想象出来的。课题的选择应发挥自己的优势和研究专长，选题应大小、难度适中，遵循先小后大、先易后难的原则。这是研究的第一步，是成功的起点，也是关键。
　　2.设计与论证
　　设计和论证阶段自始至终要体现创新意识。要从科学思想出发，对教具结构、实验现象、设计技术及其可行性、材料和器件的选取、制作方法和工艺等方面进行研究和论证。要求实验原理、实验方法、实验现象符合科学性。对结构和材料要在设计方案的草图上进行技术可行性论证，将问题尽可能地消灭在设计过程中。这是成功的保障。
　　3.筹备优化制作材料
　　根据设计方案和实验装置的原理，我们要在日常生活与高科技材料中，寻找适合设计原理、结构、性能的材料。一般对一个构件都要贮存多种材质的材料，便于制作改进过程中用来更换和优化。主要从价格、制作方便、实验现象明显、艺术程度的需要等方面考虑选择什么样的材料。
　　4.制作与试验
　　用容易切割的、易找到的材料，如纸板、包装材料、乙烯板、玻璃片、三合板、铁板等做成“毛样”看一看自己的设计是否合理、科学。通过制做与试验才能更完善、更合理。但教具的制作过程是非常辛苦的，因为一般的教师会遇到工具不全、材料不齐、技能不到位、经验不足等困难。有时，随着制作过程，还会遇到修改设计方案、材料更换等问题。因此，要求研制者要有耐心和恒心，有不怕失败的思想准备。
　　5.评价与改进
　　制作出的教具要在实际教学中勇于使用，观察它的演示效果，操作是否方便，还存在什么不足。还要请同事使用或请相关的教师交流，听取他们的意见，然后进一步地改进完善，达到设计新颖、结构简单、取材容易、操作简便、外形美观、安全可靠、造价低廉等要求。
　　6.定型与推广
　　对已经制作好的教具经过课堂教学实践的检验后，确实是保证成功、效果明鲜，深受同行和学生的好评，就可以参加各级自制教具评比比赛或为了保护知识产权，可以申请专利保护。
　　7.完成说明书
　　说明书包括装置的性能、用途、原理、使用方法、注意事项、维修管理。要使他人看得明白，关键的地方写得要清楚且具体些。如，自制教具的价值和意义，绝不是有些人认为的仅仅是实验器材贫缺不足的有效补充，也不是仅仅为了节约资金，而是丰富实验课程资源，满足日益发展的素质教育要求，为了提升学生的科学素养。同时，自制教具成本低但运用的构思智慧不低，成本低但开发的教育价值不低，成本低但包含的科学内涵不低，成本低但创造的火花不低，保证了低价格高智慧、低消耗高效果的实验教学。
　　参考文献
　　[1] [日]大隅纪和.教具的活用技术.刘济昌译.北京:人民教育出版社，1989.
　　（责任编辑 郭振玲）