创造技法在自制教具中的运用*——以“力的分解演示仪”为例

杨艳玲 付丽萍

(闽南师范大学物理与信息工程学院 福建 漳州 363000)

1 引言

《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称“课标”)明确指出：教师要积极利用各种器材，积极创新实验方式，尽可能多地开发出可视性强、证据性强、能引起学生浓厚兴趣的演示实验[1].将创造技法应用在研制实验教具、仪器方面，不仅能有效指导教具的发明创造活动，还能提高制作者的创造能力.

创造技法，是从创造发明的实践当中总结出来的一些规则、技巧和方法[2].常见的创造技法有：“缺点列举法”、“希望点列举法”、“检核表法”等.下面以高中物理“力的分解演示仪”教具的自制过程为例，用“缺点列举法”发现教学问题，用“希望点列举法”明确制作目标，用“检核表法”达成制作期望，用“希望点列举法”与“检核表法”检验并完善教具，以阐述常见创造技法在自制教具过程中的应用.

2 常见创造技法在自制教具中的应用

2.1 应用缺点列举法发现教学问题

缺点列举法，是通过列举事物的缺点获得新信息，以进行改进，或利用缺点，变弊为利[3].缺点列举法简便、易学、有效，将它应用于实验教学有助于发现教学问题、改进实验的仪器装置.下面以司南版高中《物理·必修1》第五章第2节“力的分解”为例进行分析.

2.1.1 课标要求

必修1模块的要求是：教学中应根据本模块所学物理模型的特点，联系生产生活实际，从多个角度创设情境，提出与物理学有关的问题，引导学生讨论，让学生体会建构物理模型的必要性及方法等[1].对本节要求是：通过实验，了解力的合成与分解，知道矢量和标量[1].

2.1.2 教科书呈现方式

司南版教科书从日常生活现象“拎箱子”(图1)和与力的合成的对比两方面引出分力以及力的分解概念；还用一个演示实验来强调力的分解应根据实际作用效果进行(图2)；接着通过实例(图3)讨论了一种最常见的分解方法，即正交分解法[4].

图1 分力的作用

图2 沿斜面下滑

图3 判断力作用效果的简易方法

教材的安排体现了从生活走向物理的理念，但在教学实践中存在以下问题：学生在分析力产生的作用效果时对教科书所举的部分实例存在认知障碍，如图1中学生较难理解提箱子时分力F1的作用效果，图3中学生较难感受到分力G2的作用效果. 而图2中通过海绵判断力的作用效果画面不利于学生感知真实情境下的力的作用效果.

2.1.3 实验资源

在教学中，许多教师用力的传感器显示力的作用效果以解决教学难点[5].但学生在学习过程中无法形象感受实验效果，且目前并非每所中学都配备DIS实验仪器；现有大多教具缺少典型性与实用性[5]，功能上虽然能放大“力的作用效果”，但无法反映力按实际作用效果分解时分力与夹角的关系.

应用缺点列举法分析教学资源，能帮助教师发现问题，抓住问题的主要矛盾，有的放矢地进行创造性思考，实现教学目标.

2.2 应用希望点列举法明确制作目标

希望点列举法：是从人们的愿望和需要出发，通过列举希望来形成创造目标和构想，进而产生出实用的创造发明[6]. 它是一种主动型的创造发明技法，列举希望点需要大胆想象、奇特新颖的构思，这种技法常用来研制新的器材、开发物理实验新的教学模式.我们在自制“力的分解演示仪”过程中，利用希望点列举法明确了如下目标：

(1)能培养学生建模能力.

(2)能直观稳定放大物块重力产生的作用效果.

(3)能验证分力与夹角的变化关系.

2.3 应用检核表法达成制作期望

检核表法：是人们主动积极地通过多方面、多角度的提问，从中引发思路，形成创造性设想，并变为实际的创造发明或创新的一类创造技法[6].检核表是根据需要解决的问题或者需要创造发明的对象列出有关的问题，表中的每个问题都可能促进联想起其他可能提出的问题，然后逐一核对讨论各问题，以促进发明创造[6].在开发教具领域中，利用检核表法能帮助教师从多方面审视待解决的问题，为进一步分析和解决问题奠定基础.分析现有资源与希望点的差距，采用检核表法以设问和思考的形式寻找自制教具的突破途径.

(1)构建什么模型来提高学生的建模能力？如表1所示.

表1 用检核表法达成期望(1)的思考过程

续表

(2)如何直观稳定放大斜面物块的重力G作用效果？如表2所示.

表2 用检核表法达成期望(2)的思考过程

(3)如何验证分力随夹角的变化关系？如表3所示.

表3 用检核表法达成期望(3)的思考过程

2.4 应用希望列举法与检核表法检验并完善教具

教具的创造过程需要教师在实践中不断打磨完善，经历尝试、反思、再尝试的过程.在实践中观察教具演示效果是否符合预期设想，即利用希望列举法进行检验；若效果不符，可再结合检核表法进行核对、讨论以完善教具.

所涉及的问题列在表4中.

表4 融合希望列举法、检核表法检验并完善成果

3 自制教具的成果展示

3.1 显示小车重力作用效果

通过弹簧和塑料斜面的形变，直观看出斜面上的小车重力产生的两个作用效果：一个是使弹簧拉伸的沿斜面向下的作用效果；另一个是使塑料斜面向下挤压的垂直于斜面的作用效果.还可以通过坐标背景板，对比弹簧和塑料斜面前后的变化，如图4和图5所示.

坐标背景板是以塑料斜面在三角底座上时所呈的自然直线状态为横坐标(紫线)，以与横坐标中点处垂直的方向为纵坐标(绿线)所设计的.

图4 斜面模型

图5 斜面小车重力产生的作用效果

3.2 反映力按实际作用效果分解时合力与分力的关系

当斜面倾角一定时，通过指针确定小车所在斜面上的位置A(图6)，用可擦马克笔将其标记在坐标背景板上；

图6 小车上的指针

通过垫高底座来增大斜面倾角，小车位置发生相应变化(图7)，借助指针确定小车变化后的位置B，标记在坐标背景板上(图8).通过对比小车在斜面倾角改变前后的位置变化情况，来分析这一过程中物体重力的两个分力变化情况(图9).

图7 改变斜面倾角

图8 小车位置的变化

图9 小车位置变化情况的分析

根据理论分析可知，如果已知小车重力G、斜面倾角α，那么可得出沿斜面下滑的分力F1=Gsinα，垂直于斜面挤压的分力F2=Gcosα.当斜面倾角α增大时，F1将增大，F2将减小.在斜面倾角增大的过程中，小车从A点运动到B点的过程中，在沿斜面方向上，小车的位置是下移了，说明沿斜面下滑的分力F1是增大了；在垂直于斜面方向上，小车的位置是上移了，说明垂直斜面挤压的分力F2是减小了.

4 结语

开发教具资源是教师除常规备课外的另一种深度理解物理定律的方式，它能有效填补传统教具资源不足，在提高课堂教学质量增强教师创新能力等方面也具有良好的效果.

本文应用创造技法，自制了一套“力的分解演示仪”来突破教学中的难点(该教具获得2017 年第五届“华夏杯”全国物理教学创新大赛教学组的实验创新奖)，并且全面剖析了自制过程中的思维转变，不仅说明“做了什么”，还说明“为什么这么做”，是“怎么想到这样做”的，希望为广大一线教师提供教具制作的参考.