中学物理教具的设计与制作

蔡淑宽，李志阳

（1.福建省厦门第一中学；2.厦门华厦学院）

中学物理教具的设计与制作

蔡淑宽1，李志阳2

（1.福建省厦门第一中学；2.厦门华厦学院）

传统的物理实验教学课堂上，很多老师都是以验证性实验为主，极大地束缚了学生的创造性思维，也不利于教师个人素质的提升。随着新课程改革的不断推进，教师随手取材自制实验教具进行实验教学需成为物理课堂上的一部分。结合自制水透镜的案例，阐述了对中学物理自制教具的认识，教具制作的基本方法，让更多的老师了解初中物理自制教具的必要性，同时为物理教学提供更多可以借鉴的自制教具素材。

中学物理；自制教具；案例示范

物理是一门以实验为基础的学科，物理实验在物理教学中的作用是不言而喻的。在英国，科学教学备受重视，在科学教学中以“科学探究”为其首要特色；在美国中学物理教学中，只要教师能够用实验说明的一般就不用语言说明；在德国物理教学界流传着这样一种说法：“没有演示实验的一堂课是不可想象的”；在日本有一个中学教师自愿组织起来的“山猫”学会，他们致力于开发随手取材的实验装置，千方百计地激发学生的学习兴趣和创造热情，使教学充满乐趣，从而成功地吸引了大批学生。在中国，《义务教育物理课程标准（2011年版）》也明确指出：“利用日常用品进行物理实验，这样既可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，补充实验课程资源，而且有利于增强学生的创新意识。”教师除了利用已有的实验器材进行实验教学，还应大力提倡利用身边物品，创造性地设计实验，为学生创设丰富多彩的活动情境，激发学生的学习兴趣。

笔者通过查阅大量的文献和相关书籍，归纳总结出对自制教具的认识、中学物理教具制作意义及必要性、教具制作的基本方法以及笔者结合自己的经验介绍如何自制水透镜，希望给广大教师提供更多可以借鉴的自制教具素材，从而有效地丰富初中物理课堂。

一、对自制教具的认识

自制教具指的是教师根据教学中的重难点，利用随手可得的物品自行构思、设计、制作的一类能解决问题、满足教学需要的手工工具。这样的手工工具能让学生深切地体会到物理就在我们身边，感受到物理和社会、生活的密切联系。

自制教具是在创造性思维的基础上产生的，一般的创造性思维有以下几种方式：创造构建型、推理改进型、综合归纳型、科技创新型等。自制教具的设计一定要满足科学性、教育性、简易性、直观性、实用性等要求，且满足结构简明，但并不简陋的原则，突出为教育教学服务的宗旨。

二、中学物理教具的制作意义及必要性

关于自制教具的必要性，不同教师有不同的观点，有些教师认为教具的制作是厂家的事情，而且其生产的教具制作精美，配备充足，作为一线的教师，只要教好书就可以了，没有必要再花精力去自制教具。殊不知，实验教具没有最好的，而需在教学实践中不断改进与创新。比如，在探究两种电荷间的相互作用的实验中，教科书上给的实验器材如图1所示，但早在2014年郭卫东老师就指出了该实验的缺点，并设计出更灵敏的实验装置，如图2所示。学生在这个实验教具的基础上完成课堂分组实验，实现学生自主探究“电荷相互作用规律和电荷种类”实验，实验过程可控性强，效果明显。

图1　教科书上的实验仪器

图2　郭卫东改造后的仪器图

这样的例子并非唾手可得，只有在教学实践中使用、验证成品仪器，就会发现有些成品仪器或因实验现象不明显，或因操作复杂不适合我们的教学工作。一线教师更能根据需求改进或创造出新的自制教具并服务于教学。通常自制的教具更贴近生活，更能培养学生的学习兴趣、激发学生的求知欲。此外，设计和制作教具也有利于培养教师的创新意识和动手能力，对提高教师的个人业务水平有很大的帮助。因此，有教师已经提出中小学教师自制教具获奖应作为职评的业绩条件之一。

三、教具制作基本方法及案例示范

结合物理的学科特点，自制教具一般有以下几种设计方法：功能变通法、比较法、模拟示动法、增效法等。下面是个人利用功能变通的方法自制的水透镜，笔者就制作过程及其在教学中的应用进行阐述。

笔者针对的课题是人教版八年级上册的第五章第一节《透镜》。其中有这样一个知识点：“凸透镜的焦距越小，透镜对光的会聚作用越强”，对于怎么让学生深刻理解凸透镜的凸起程度会影响到其对光的会聚本领的强弱，进而改变凸透镜的焦距大小，经过多方的思考和尝试，最终确定选用水透镜（如图3）来突破这个知识点。

图3　水透镜外观

制作材料：矿泉水瓶，气球，502胶水，剪刀，小刀，一块70cm*15cm的泡沫。

制作过程：用剪刀截取矿泉水瓶中间一段，大约7 cm高，并将裁剪部分修剪平整。截取的这段瓶子必须没有花纹，否则后面的实验现象会不明显。裁剪出一块面积大小大于矿泉水瓶底面积的气球。这些工作可以提前让学生完成并提交半成品。然后用502胶水将气球粘在截取的这段瓶子的一侧（考虑到502的使用具有危险性，由教师本人完成该环节）。此外，为了固定这块水透镜，需选取木板或泡沫板并刻槽固定，鉴于泡沫板更易刻槽，本次教具采用泡沫板。在其上表面裁出一个面积略大于水透镜底面积，深约为2 cm的凹槽。

使用过程：将水透镜固定在泡沫凹槽中，往水透镜中加入纯净水，打出一束平行光射到水透镜上，透过水透镜后的光清晰地呈现在泡沫白板上（如图4）。学生利用这块水透镜完成分组实验可以突破凸透镜的以下三个知识点：（1）过薄透镜光心的光传播方向不发生改变；（2）凸透镜对光有会聚作用；（3）凸透镜越凸，对光的会聚作用越强，对应的焦距越小。

图4　水透镜的会聚作用

在本节最后的总结中，笔者还展示了自制的另一块水透镜（如图5），这块水透镜不仅焦距可变，而且可以通过注射器注水和吸水使这块水透镜在凸凹透镜上转变。值得一提的是，在这两项自制教具的帮助下，笔者在某次省级比赛中获得初中组一等奖的好成绩。

图5（a） 水透镜对光的会聚作用

图5（b） 水透镜对光的发散作用

最近几年在郭卫东、黄树清等老师的带领下，涌现了少数热衷于自制教具的物理教师，他们利用废弃的圆珠笔芯、矿泉水瓶、注射器等制作出实验现象明显的演示教具和学生随堂实验教具，受到同行们的一致好评，同时也给一线教师提供了非常好的教学素材。但是物理教师何其多，有多少人依然照本宣科，沉浸在年复一年的常规教学、重复实验工作中。笔者借笔倡议，以自己的亲身经历为鉴，望更多的一线物理教师能突破自我，共同创新，给予学生一堂更精彩、更有创新意识的物理课。

［1］范亚颖，卢慕稚，李飞跃.初中物理实验教学与自制教具研究综述［J］.物理之友，2014（11）：26-28.

［2］张世刚.自制教具是初中物理实验教学不可或缺的一环［J］.物理之友，2014（12）：34-37.

［3］郭卫东.静电系列实验设计［J］.物理教学探讨，2014（6）：71-73.

［4］乔亚光，蔡昌景，张丽霞，等.对自制教具的再认识：中小学教师自制教具获奖应作为职评的业绩条件之一［J］.教学仪器与实验，2007：63-64.

［5］郭卫东.低成本物理实验的巧妙设计与应用［J］.物理教学探讨，2012（7）：1-3.

［6］黄树清.中学物理自制教具设计制作的研究与实践［J］.物理通报，2001（10）：37-39.

［7］周平均.初中物理实验教学中如何运用低成本实验教具［J］.实验教学与仪器，2010（S1）：40-41.

［8］张世刚.自制教具是初中物理实验教学不可或缺的一环［J］.物理之友，2014（12）：34，37.

·编辑张珍珍

蔡淑宽（1982—），女，厦门一中，一级教师，硕士，研究方向：物理教育、信息化教学。

李志阳（1981—），男，厦门华厦学院，副教授，硕士，研究方向：电子信息技术、信息化教学、大学物理教学。