自制物理教具提高课堂实效

顾杰

[摘   要]實验既是物理教学的内容，也是物理教学的手段，通过实验能有效帮助学生理解相关物理知识的内涵，提升学生的动手操作能力，所以实验教学是物理教学中的重中之重。初中物理教学中，可以通过自制教具开展实验教学，有效提升课堂教学的趣味性，提高课堂教学实效。文章以《动能、势能、机械能》的课堂教学为例，探讨自制物理教具对课堂教学的影响。

[关键词]自制物理教具;物理课堂教学;优化教学

在初中物理教学中，实验都需要适当的实验器具。诚然，如今的实验教学条件已经有了极大的改善，师生可以使用各类精良的实验器具。前提是，学生需要在教师的指导下进行实验。正因为这样，学生操作实验器具时都会小心翼翼，也不可能随心所欲地拿取实验室的仪器进行实验，所以实验器材对学生的“亲和力”不强;另一方面，从“生活走向物理，物理走向社会”的理念出发，教师应当鼓励学生大胆运用生活中的日常用品开展物理实验。因此，物理教学中，自制教具也就应运而生了。自制教具，一般用生活中的常用材料制作，这类教具制作简单方便，损坏了可以维修改装，其制作维护成本低是实验室器具无法比拟的。同时，课本中牵涉的实验器具有限，故学生能够参与实验设计与制作的机会并不多，难以激发学生学习的内驱力。综上所述，自制教具在初中物理教学中就显得尤为重要。

一、自制物理教具概述

自制物理教具包含两类：一是教师在课前自己做好的教具或者改善的教具，自制教具可以用身边易得的材料和废品进行组合制作。比如图1为物理课本上的原图，但是如果在课堂上演示，学生离得很远，锤子钉钉子的可视效果很差。这时，如图2所示，用手边易得的铅笔和泡沫塑料，把铅笔钉在泡沫塑料中，然后再将锤子钉钉子的过程展示给学生，这样学生观察到的效果更好。二是教师指导或者组织学生制作的能够反映物理原理的实验器具。

设计制作的物理教具，首先要符合当节物理教学内容，符合科学原理，要能为教学服务，但又不能影响教学进程，它应该是物理教学的一个辅助工具。其次，教具的设计制作必须切实可行，要根据教师个人及学校的实际情况量力而行，最好能就地取材，利用身边的日常物品制作简易物理教具。当然，教具成品以后，在展示中要比原有的教辅仪器更有效或更有趣味性。

二、自制物理教具，提升课堂教学实效

在课堂教学中，如果学生通过提出问题、发现问题、解决问题，最后能够创造性地设计出新教具，或者对传统教具加以改善，那么他们的能力和思维都会得到不同程度的提升。因此，物理课堂教学中，如果教师能适时恰当地引导学生自制教具，学生就可以接触到更丰富的教学内容，并获得更多的实践体验。

1.通过自制教具培养学生的科学思维，提升学生的模型建构能力

“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证等要素。其中模型建构能力，是物理学科教学中要求学生掌握的高阶能力。建构主义学习理论认为，学习的本质起源于实践活动。学生通过实验活动中的体验，就能逐步理解相关物理知识，并且进一步将认知升华，并驱动对实验过程的反思，进而唤起对实验仪器的改进需求。

[案例1]活动任务：探究动能大小与哪些因素有关。

实验器材：斜面、小车、木块、砝码。

设计实验：探究小车的动能大小是否与速度和质量有关，本实验的主要探究方法是控制变量法，通过木块被撞击后的移动距离，判定小车到达水平面后，撞击木块前的动能大小。

进行实验：图3为探究小车动能大小与速度关系的示意图，让同一小车从不同高度自由释放;图4为探究小车动能大小与质量的关系，实验中是通过加砝码来改变小车总质量的，实验时，让小车从斜面的同一高度自由释放。

反思与调整：当学生完成实验后，让他们分享实验中的成功经验或者遇到的问题，并与其他同学一起共同找出解决方案。

问题1.由于木板较短，木块被撞击后容易运动到木板外。

暂时解决方案：实验时，降低斜面上小车的初始高度。

问题2.实验需要测量木块被推动后移动的距离，目测这个距离不够准确。

暂时解决方案：用粉笔在木板上标记木块的初位置和末位置，由于木块方位会偏，所以此方法不够准确，如图5所示。

问题3.小车到达水平面的初始速度方向和木块被撞击后的运动方向不在一条直线，如图6所示。

暂时解决方案：让小车在斜面上滑下时，尽量对准木块中央。

学生思考：导致问题3的主要原因是小车在撞击木块的瞬间很难把受力点控制在木块受力面的中央，所以导致木块被撞偏。如果能自制一个小车和木块共同运动的轨道，就可以同时解决问题2和问题3。

展示自制教具，如图7所示。

自制教具所用材料：两根开了三分之一面槽的PVC塑料管，两根管中间有可拆卸的弯管（塑料管上用蓝色胶带作标注），两个不同质量的小球，被撞击的圆柱体物块，如图8所示。

学生评价总结：轨道足够长，所以不用担心圆柱体会被撞出轨道;圆柱体物块移动的方向与受力方向也基本在同一直线上;轨道上的蓝色标记可以方便比较圆柱体物块被推动后的移动距离。

因此，实践活动后，教师应鼓励学生对实验器具进行初步改进或调整，培养学生构建模型的高阶能力。当然，案例1中的教具出自教师之手，所以学生的认知过程是自己先按照书本上的要求进行实验操作，然后进行认知上的反思和改进。这已经实现了新课程标准所要求的由“关注知识”转向“关注学生”，培养了学生的科学思维与实验探究能力。

2.在自制教具的过程中，培养学生的创新能力和实验探究能力

教师平时展现给学生的实验器具虽然基本符合教学要求，但是在实际操作中，总有不完美或不理想之处。事实证明，实践活动可以激发学生的创造动机，那么教师就应当适时把动手创作的机会让给学生，让学生亲自完成自己的“作品”。

[案例2]活动任务： 模拟打桩。

实验器材：钉桌、沙子、木块、美工刀、剪刀、一大一小两个塑料瓶，如图9所示。

设计实验：（略。学生并没有想到使用两个塑料瓶）

进行实验：（略）

反思与调整：学生完成实验后，继续探讨实验中遇到的问题，并让其他同学帮忙想解决方案。

问题1.实验过程中，很难控制木块从同一高度落下，没有现成的参照物作为高度的标准。

问题2.木块对钉桌做功时，受力点很难控制在桌面中央，钉桌陷进沙子后会偏着倾倒，学生不知道比较哪一个钉脚的深度，如图10所示。

鼓励学生思考、动手：再次进行实验，利用手中的器材对此实验进行改进与完善。

学生自制教具展示：用美工刀将两个瓶子的底部和顶端切除，留下两个木块可以通过的竖直通道，這样既能控制或改变木块的落地高度，又能更好地控制木块掉下后对钉桌的受力点，如图11所示。

实际上，在教学活动中，依据教学需要对生活中常见的物品甚至废弃材料进行加工，制成教具加以利用，就是润物无声地对学生进行创造性教育。易得的物品材料是生活中常见的，学生对其没有陌生感，所以他们较容易对这类物品产生改造的欲望。学生制作的这类教具，短时间内既可以展现学生的创新与动手能力，同时能使学生产生成就感，也激发了学生利用废物进行创造的欲望，进而潜移默化地启迪学生。

3.自制教具，优化课堂内容呈现方式

参照物理九年级上册的《教师教学用书》 ，本节课的教学目标如下表：

[1 通过实例分析，认识到运动的物体能对其他物体做功，所以运动的物体具有动能。 2 通过探究，知道动能的大小与物体的质量和速度有关，并能解释简单的现象。 3 通过探究，知道弹性势能和重力势能的概念和决定因素，并能解释简单的现象。 4 通过观察和实验，认识并理解动能和势能的转化过程，能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单现象。 5 能运用控制变量法进行实验设计，逐步培养学生在实验中认真观察、勤于思考的习惯。 ]

笔者对该实验探究活动进行了反思：前面三个目标已经让学生知道了动能、重力势能和弹性势能的概念及决定因素，接下来，如何顺理成章地让学生认识并理解动能和势能的转化，就成了教学难点。原本，笔者总是按照物理教材上的“活动——观察摆球动能和重力势能的转化”来引导学生进行认知的。但是笔者在某次观摩听课中观察到他人的自制教具，并因此获得了灵感，解决了该教学难点。

[案例3]活动1.探究动能大小与什么因素有关。

活动内容：研究小球的动能，让小球沿斜面下滑，使其对玩具小车做功，如图12。

活动2.探究重力势能及其影响因素。

活动内容：探究砝码的重力势能，让砝码通过定滑轮和细绳对小车做功，如图13。

活动3.探究弹性势能及其影响因素。

活动内容：探究橡皮筋的弹性势能，让拉紧的橡皮筋对小车做功，如图14。

三个活动，教师都问了学生同样的问题，（1）是谁让小车动起来了？（2）谁对小车做功？（3）说明一开始谁具有能量？（4）它们分别具有什么特征？并尝试给这种能量取名。

上述探究活动中，每个活动都引入了一个新的自制教具，这些教具不仅贴合教学大纲，并且较之教材上的实验仪器增加了趣味性。通过这样的探究能引导学生进行深层次的思考与总结：具有动能的小球、具有重力势能的砝码、具有弹性势能的橡皮筋，通过做功都能让小车运动起来，小车由此获得了动能……尔后，自然地将话题过渡到了动能与势能可以相互转化。因此，自制教具不仅可以在教学局部的探究活动中，对学生产生视觉和思想上的“冲击”，而且在整体上，也可以优化课堂教学内容的呈现方式，收到了事半功倍的效果。

自制物理教具时，一般要注意以下几个要求：

（1）教具能说明物理问题，揭示事物的本质。

（2）结构简单，使用方便，要让学生一眼看出其结构包含的部件，不要增加学生的学习难度。

（3）自制的教具，要有较高的稳定性，实验成功率要高，防止学生对物理实验产生畏惧心理。

（4）要有足够的可见度，演示时要让学生都观察到实验现象。

（5）尽量使一个器材拥有多个实验功能，自制教具尽量就地取材。

[   参   考   文   献   ]

[1]  谢洪雷，孙金涛.科学利用自制教具，提高初中物理教学质量[J] .中国教育技术装备，2018（15）：48-49.

[2]  骆波.初中物理深度备课的层级架构[J].基础教育课程，2017（1）：58-64.

[3]  罗伯特·M·卡普拉罗，玛丽·玛格丽特·卡普拉，詹姆斯·R·摩根.基于项目的STEM学习[M]王雪华，屈梅，译.上海：上海科技教育出版社.2015.

[4]  张伟. 中学物理实验教学研究与演示教具设计[M].呼和浩特：内蒙古人民出版社，2001.

[5]  吉临荣，周峰. 低成本实验资源要开发在“简”字上[J].中学物理，2016（20）：55-57.

（责任编辑 易志毅）