初中物理实验教学中自制教具的应用研究

陈娜

（大厂回族自治县祁各庄镇祁各庄中心学校，河北 廊坊 065300）

引言：物理实验是物理教学中的基本方法，初中阶段的物理定量和原理相对简单，通过简单的实验便能为学生展示出来，将物理实验从实验室的专用器材转变为自制教具，更能吸引学生的兴趣，带动学生认识物理规律。

一、初中物理实验教学自制教具

自制教具就是教师或学生自己动手设计制作的教具，其强调的是由自己制作且符合自身教学风格的教具，相比较专业生产的仪器而言，自制教具在功能上应当相差无几，能够切实演示出物理实验。从过往教学的经验来看，绝大部分教师都具备自制教具的能力，教师模仿或改进的教具基本都符合物理实验教学的需求。不过在学生自制教具方面却并不理想，虽然大部分学生对参与自制教具的活动较为积极，但是在实际自制教具方面受限于物理知识储备、动手能力，学生自制教具往往难以满足物理实验的要求，在演示过程中会出现一些问题。不过，学生通过自制教具能够提升自身的动手能力和物理思维，在演示实验中遇到的问题也有助于师生探讨其中的原因，激发学生物理学习兴趣。

初中物理实验教学自制教具的制作应当遵循五项基本原则，才能提高自制教具的应用。第一要为了解决学生在学习中的难点来设计教具，即便是没有课程大纲没有安排的演示实验，但如果学生理解困难，教师也可以设计演示教具。第二，应当就物理教学中的重难点制作教具。第三项是带入与物理知识有关的热点新闻，比如航空航天新闻，教师就可以制作“火箭”模型为学生讲解其中蕴含的物理知识。第四，创新优化传统器具，教师虽然可以完全参照别人制作的教具，但是也应当在优秀实验教具的基础上分析制作方面，创新教具应用，从而促进自身能力。第五，实验室中的仪器也会出现演示效果不佳或操作过于复杂的情况，教师可以针对已有仪器进行调整，或者直接自制教具来弥补仪器的不足之处[1]。

二、初中物理实验教学中自制教具的作用

（一）增加实验趣味性

相比较专业仪器的陌生感，自制教具更贴合学生的求知感受，利用自制教具进行物理实验可以增加专业仪器所没有的趣味性。这是因为专业仪器较为贵重，教师在使用时也需小心谨慎，致使演示实验过程较为严肃，学生的代入感不强。而自制教具的使用要求较低，教师可以在实验情景中提供新颖、奇特、多变的状况，让物理现象超出学生的想象，学生的兴趣便会被吸引住，促使学生主动思考这些物理现象，渴望疑问得到解答。教师也可以将较为常见或是学生看过的实验用自制教具进行改变，使其变成新的实验，融入趣味性，来吸引学生的注意力。

（二）增强演示实验的效果

学生在学习物理知识的过程中往往需要通过观察、记忆和实践来增强对知识的认识，物理教学中也拥有着诸多演示实验，这些实验便是为了让学生通过观察来加深对知识的理解。而这就需要确保演示实验的效果和质量能够便于学生观察。教师在制作教具时便可以注重并优化相关实验的效果，例如：多数实验中会产生的白气、白雾等很难被观察的现象，教师便可以将自制教具涂黑，为实验搭设对比背景，学生在观察实验时便能清晰地看到物理现象。

（三）解决抽象物理问题

具体的现象要比语言文字更容易记忆，这也是物理实验教学的目的所在，通过自制教具，教师可以将需要物理知识转变为演示实验，来增强直观教学的占比，使大部分抽象的物理知识和问题都从实验上呈现出来，帮助学生从具体的事物上了解理论知识。由于课时所限，教材中有许多知识内容并未设置实验。例如：在《电阻的测量》一节中，演示实验只是了解电阻的大小与导体的各种因素有关，而没有针对接触不良导致电阻值增大的说明，但是在实际演示过程中常会出现电阻值测量不准的状况。教师便可针对此问题设计自制教具，让学生了解相对应的知识点，不仅解释了之前实验中出现的问题，而且也扩展了学生的知识面。

（四）培养学生思维能力

自制教具不仅是培养学生动手能力的重要方法，也是培养学生思维能力的重要途径。生动、直观地面对教具，学生将从教具的制作过程中了解物理现象发生的原理，再通过形象的物理实验获得动手与思维的成就感。特别是在一些简单制作的教具中，教师可以为学生讲解教具制作的方法，让学生在课后制作教具，之后在下一次课堂教学中，师生一起利用自制教具演示物理实验，掌握物理规律，使学生深刻掌握知识和理论，知其然知其所以然。让学生自制演示教具能够引导学生的创新思维和探究精神，也是将理论与实践相结合的重要方式。在素质教育的背景下，教师在重视知识传承的基础上，也需让学生经历科研的过程，了解研究的方法，才能培养学生的创新、探索和实践能力，提升学生综合素养[2]。

三、初中物理实验教学中自制教具的实际应用

（一）水沸腾实验

水沸腾是较为常见的一种物理现象，学生在日常生活中也能见到。传统演示实验利用酒精灯、烧杯、温度计和石棉网进行，但是传统实验也存在着一些弊端。水量少且加热至沸腾所用时间较长，烧杯深度不够，气泡变化观察不明显，而且在停止加热后铁架台和石棉网依然保持着较高的温度，水会因此继续沸腾，对实验现象产生干扰。

传统水沸腾实验在当前教学中的应用已经存在滞后、脱离生活实际的状况，而且实验本身对物理现象的呈现效果不佳，教师应当采用自制教具的方式来优化水沸腾实验。此实验的优化较为简单，无需教师制作教具，而是直接将生活用品用于教学中。采取的教具为电热水壶，而且水壶应当是透明的。水壶的优点在于容器较大、较深，可以盛装大量的水，便于气泡现象的观察，而且电加热至沸腾的速度远快于酒精灯，节约演示实验的时间，在断电后电热壶温度降低较快，很快时间内就会停止沸腾，学生观察水沸腾现象更为准确。不过与传统实验一样，使用电热水壶进行演示时也需要注意安全，避免烫伤[3]。

（二）小孔成像

小孔成像是一种很有趣的物理现象，而且小孔成像的教具制作简单，学生也能够自己制作，通过自己制作的教具观看小孔成像，能够加深学生对小孔成像原理的理解，培养学生动手能力的同时，加深学生物理现象的认识。在过往有关小孔成像的教学中，教师多是从理论的角度进行讲解，没有通过实验演示小孔成像原理，不利于学生物理知识的学习，并且小孔成像不容易想象，原理较为抽象，应当遵循自制教具的原则，通过实验的方法为学生演示和讲解。

小孔成像所使用的材料较为简单，包括黑色卡纸、蜡烛、打火机、胶带和保鲜膜。将两张黑色卡纸分别卷成圆筒状，其中一个直径要大于另一个，最好是刚好套住。然后用胶带粘住卡纸固定好卷筒形状。粗圆筒一端带有小孔，细圆筒一端用保鲜膜封上。之后将两个圆筒套在一起，小孔和保鲜膜需要处在同一侧，这时便可点燃蜡烛，用圆筒观察，在不断调整圆筒与蜡烛的距离以及两个圆筒的位置后，便能在保鲜膜上看到一个缩小且倒立的火焰。制作时候需要注意两个圆筒不能透光，另外若保鲜膜成像不够明显，可以用半透明的塑料或是朦胧纸代替。

（三）大气压强

大气压强的概念是物理教学中学生较难理解的内容，不知道它为何存在，又有何种影响，是很抽象的物理概念。在课堂教学中教师应当优化有关大气压强的演示实验，教材中的实验内容以覆杯实验、瓶吞实验、马德堡半球实验为主。覆杯实验最为简单只需要水杯和纸便可以完成，但在实际教学效果中并不明显，也很容易受到学生的质疑。马德堡半球实验是通过专业仪器进行的，很难优化调整。因此选择对瓶吞实验进行优化，来增强学生对于大气压强概念的理解。

传统的瓶吞实验教学效果虽然最好，简单而且实验现象明显，但是也存在一些缺点需要改良，比如实验准备时间长，鸡蛋被瓶吞进去后难以取出，几乎无法重复实验。为了克服这些问题，自制教具中可采用果冻来替代鸡蛋，果冻的柔软性可以有效解决鸡蛋存在的问题，不过也需要教师注意果冻的大小，避免果冻出现滑进瓶口的情况。第一步将适量的热水导入瓶中并摇晃，迅速倒掉，然后将果冻放在瓶口，会看到果冻被缓慢吸入瓶内的现象。这时的学生便会被吸引，从之前学习的：力能改变物体的运动状态入手进行讲解，证明果冻受力发生了改变。为学生证明瓶内气体受热胀冷缩原理被排出，致使果冻受内外大气压力出现变化，受到向内的压力差，从而使果冻被吸入瓶内。第二步，丰富演示实验，除了排气法减少瓶内气体压强外，教师可利用注射器穿过果冻抽走瓶内部分气体并迅速封堵缺口，也能使果冻被吸入瓶内，再次证明实验原理的同时，提高了演示实验的趣味性。第三步，拓展演示实验，根据学习到的原理，教师可以提出如何将果冻如何让瓶子将果冻吐出，向外吐出。给学生巩固学习知识以及自主思考的时间，加深学生对物理知识的有效运用，并培养学生知识迁移的能力[4]。

（四）电磁感应

电磁感应的教学目标是让学生能够理解电磁感应原理，懂得感应电流概念，区分出电生磁和磁生电，教学中的难点在于发电机的原理掌握。自制教具用小马达、灯泡、电机、齿轮、电阻、活动手柄制成手摇式发电机，利用手摇带动线圈转动，线圈处在磁场中灯泡便会发光，而且用不同手摇速度所呈现的灯泡亮度也有所不同。教师在讲授过程中先引入发电机的知识，大多数学生都不清楚发电机的工作原理，以此调动学生兴趣。然后为学生展示自制教具，学生对于实验充满期待和热情。之后演示实验，灯泡在手摇发电机的作用下发光，演示了实验现象，教师便可以引导学生思考为什么摇动手柄灯牌就会发亮，学生能够想到产生电流，从而使灯泡变亮。教师就可以接着延伸线圈在磁场中切割磁感应线产生出感应电流这一原理。并继续提出加快摇动，灯牌的亮度是否会更亮的疑问，再加以演示。学生便能深刻地认识实验原理。

教师可以针对此次实验或者其他试验布置课后课前自制教具的作业，一些简单的自制教具就可以让学生在课前制作完成，在课堂上加以应用，而一些较为复杂的自制教具或原理则可以鼓励学生在课后尝试，继续思考产生物理现象的情况。比如水沸腾一类在生活中较为常见的物理现象就可以让学生在日常生活中自行或者与家长一同制作教具。

结论：物理实验是初中物理教学中重要的环节，自制演示实验教具可以扩展物理教学中缺乏的实验内容，能够优化调整教材实验的缺陷，使物理实验教学更贴近学生生活实际。通过增加实验数量来为学生带来更为直观的物理现象，激发学生求知欲和兴趣，引导学生自己制作教具更能培养学生的实践和创新能力，全面促进学生物理素养的提升。