“出错”的自制物理器具

王旭

摘 要： 通过学生自制物理教具过程中出现的问题巩固及再深化掌握的知识，并获取新知。

关键词： 自制 矛盾 反思

若说西方教育思想的集大成者，毫无疑问非杜威莫属。这位实用主义哲学家的教育理念影响甚广，直到现在都是教育史上的权威。

杜威有三句教育名言，其中第三句解释了怎么进行教育：“在做中学。”杜威的理论认为，你要想学一个东西，唯一的方法就是去做，亲自体验。所以我一直很提倡自制物理器具，不仅是教师的自我要求，还是增强教学效果的好方法，同时教师自制物理器具可以极大带动学生自制物理器具的积极性和能动性，自制物理器具在使用中会出现一些问题，这些问题的解决就是杜威“在做中学”理论的实践。

一

下面以一次学生自制液体压强演示器的经历谈下我的浅见。

新课程改革将影响液体内部压强大小的因素作为探究教学典型。我校所用苏科版物理8年级下册84页课后“WWW”第3题安排了一个小实验，用矿泉水瓶探究液体内部压强大小与液体深度的关系。我因为一直很注意培养学生自制物理器具能力，所以布置了一个探究任务，让学生回去之后利用身边器材自制物理器具以探究液体内部压强大小与液体深度的关系。

大部分学生回去后经过一番思考，动手自制了物理器具，得到了较为明显的实验现象，根据所学液体压强规律，“小孔位置越靠近瓶底？（即小孔的位置越低），水柱喷得越远”这一现象有力地说明了液体压强随深度的增加而增大，学生由此巩固了相关压强知识。然而由于物理实验受很多因素影响，学生在独立实验过程中看到的实验现象，得出的实验结论，与上面结论不符，使很多学生陷入困惑。由此，我展开了教学反思，自制物理器具在使用中出现问题后要如何处理，是一味批评学生制作出错还是积极研究出现的问题呢？我想所有老师都会不假思索地选择后者，所以对本次自主探究实验进行了如下研究。

首先展示一部分学生得出正确结论的实验现象。由图可见，小孔的位置越低（即水深越深），水柱喷得越远（即压强越大）。然后是让学生觉得液体压强知识结论错误的实验现象演示，如下图：

我们发现位置越低的小孔喷出的水柱反而越近。

自制物理器具使用中极易出现与所学知识相矛盾的地方，这个时候教师必须特别重视，不能随意否认学生自制物理器具所做的实验，而要积极考虑为何会出现这种情况。

仔细观察后发现：1.位置低的小孔喷出距离的远近与该小孔在瓶中的位置有关系。2.小孔在瓶身二分之一处喷出的水柱较远，在瓶底处喷出的水柱并不远。3.小孔喷出的水柱距离的远近与水柱下落时间有关。

根据学过的公式s=vt可得，水柱喷出的距离远近与水柱喷出的速度和水柱下落时间有关。小孔位置越低，水柱喷得越急，并不是喷得越远。深度越深，水柱速度v越大，但水柱下落时间t较小，从而导致小孔深度越深，喷出的水柱距离并不一定远。

那我们如何使水柱下落时间相同呢？如何对自制物理器具进行改进呢？

使水柱下落高度相同。在不同深度的小孔下面加一个平板，使平板与小孔保持相同高度。

实际操作中可以在后面背景中增加相应水平对比标志，如下图是改进后的实验效果。

由本次自制物理器具使用中出现的问题，不难发现物理背后包含的知识内容是丰富的，使用自制物理器具时往往会出现与所学知识相矛盾的地方，这时候正视这些问题，重视这些问题，往往可以提高学生的能力，正如麦克斯韦提倡的理论，给学生的物理实验仪器越精密反而限制学生知识发展。鼓励教师与学生自制物理器具，解决使用中出现的问题时往往可以更好地提高学生的知识获取效率，提高学生的物理探究能力。

所以我提倡让学生动手自制物理器具，当发现亲自动手做的物理器具做实验得出的结论与猜测不符，激发学生认知矛盾，增加实验趣味性，调动学生学习积极性，接着由老师引导学生探究自制物理器具的不足或者实验方案的不足，改进自制物理器具或者创新实验设计。

二

以下是我在引导学生自制物理器具的过程中，学生遇到的一些问题，在与学生共同解决过程中收获颇多。

1.制作土电话

土电话的原理是固体能传播声音且传声效果较好。

学生自制土电话后大部分都能很好地使用，加深了学生对固体传声的理解。但也有个别学生表示制作的土电话并不能很好地使用，我与他们进行了深入探索，一一解开了问题。

有些学生使用时线没有拉直，而处于松弛状态，则听的一方就听不到对方的讲话声，原因是对着杯子讲话产生的声音通过振动方式经过笔直的线传到了另一端，从而使对方接收到声音，而如果绳子松动，这种振动就不能延续，从而达不到传递声音的目的。

有些学生制作时所用的导线材料是各种颜色鲜艳的塑料绳、尼龙、草绳（如下图），则听的一方很难听清讲话声，原因是不同固体传声效果有差别，所以土电话制作中，选用金属丝做导线可以有效提高听到的声音响度，这个问题的发现和解决可以加深同学对不同物体传声效果不同这一知识点的理解。

有些同学为了体现电话的功效，一人站在屋内，一人站在屋外，将土电话伸出窗外，把窗户关好进行通话，结果，听的一方听不到对方的讲话声，原因是窗户关紧后把中间的导线也紧紧夹住了，此时会阻碍声波的传播，故另一方听不到声音。

我在一开始建议学生自制土电话时其实完全没有想到学生会有问题，总觉得一个简简单单的土电话，随便做做就好了，然而事实却是小小的土电话在学生探索过程中会有许多“美丽的错误”，正是这些错误让学生对知识的理解得到升华。

试想一下，如果学生没有自制物理器具，没有在过程中出现问题，有些知识可能就此错过，有些细节可能从此忽略。“出错的”自制物理器具，在巩固学生旧知的同时丰富学生的知识，查漏补遗。

2.小孔成像

小孔成像的原理是光在均匀介质中沿直线传播，学生自主探究过程中主要自制下面两种，一种是小孔成像演示仪，如下图

制作过程中同样有学生出现了问题，如有些同学用方便的保鲜膜做光屏，无法观察到像。究其原因是保鲜膜完全透光，无法反射光线进入人眼，另外有些同学用较厚的白纸做光屏也无法达到效果。为提高光屏成像清晰度，可以考虑给光屏安装“暗室”，如下图就是一位学生完成得很有效的作品。

另一种是在纸板上自制孔洞，利用太阳光，研究小孔成像条件，如下图：

这个制作一般都能得到小孔成像（与物相同）、大孔成斑（与孔相同）的结论，但也有学生遇到奇怪的问题。生：“老师，我在板上挖了较大的三角形孔，在家的时候后面白纸上是三角形的光斑，为什么到学校做给同学看的时候变成圆形了呢？”在对学生自制的物理器具进行检查及观察学生实验过程后，我发现了问题，并与学生一起探讨分析。以下是复原的当时实验现象：

左图三角形孔离地面较近，地面上是三角形光斑，右图是同样的三角形孔离教室内墙壁有一段距离，发现呈现的是圆形光斑。

我相信很多老师都会强调：如果孔较小，通过孔形成的光斑是小孔成像现象，光斑形状与孔的形状无关；如果孔太大，通过孔形成的光斑不再是小孔成像现象，而是影子的原因，则光斑形状与孔的形状有关，但其实这是在光屏与小孔距离相同的条件下，像此学生遇到的问题就可以理解，在孔的形状一定的条件下，如果光屏与小孔的距离较近，通过孔形成的光斑不再是小孔成像现象，而是影子，则光斑形状与孔的形状有关；如果光屏与小孔的距离较远时，通过孔形成的光斑属于小孔成像现象，光斑形状与孔的形状无关。

以学生为主体、教师为主导的探究活动和自主、合作、探究的学习模式已成为新课程改革的重中之重。物理教学中，我们应以自制物理器具为契机，促使实验教学以知识为本向学生发展为本转变，培养学生创新意识和创新能力，从而达到提高全体学生科学素质的目的。然而在学生自制物理器具的过程中，难免有各种问题出现，此时切不可用一句“你做错了”全盘否定学生，“做中学”的理论指导我们“出错”的东西才有解疑的价值，知识不应该是生硬传授的，请重视学生那些“出错”，原谅它，包容它，理解它，一起改正它，这将巩固学生的旧知，深化学生的认识，并获取崭新的知识。