学生自制物理实验教具重要性的研究

赵维和 李雪洁

所谓教具，就是指教学过程中用来辅助教学活动的物品，传统的物理教学教具包括实物、模型、挂图等，这些教具都可以起到再现事物现象及科学过程的作用。但这些教具都是参与教育教学的教师根据知识点设计的，学生的主动性没有得以体现。随着物理学科核心素养观念的提出，很多学校的实验室对学生全天开放，并且组织学生设计实验，增加了学生在生活、实践中的学习的机会。

那么，教具为什么如此受师生青睐呢？西方近代教育理论的创始人之一夸美纽斯就主张通过事物本身来学习，即尽可能的将事物本身的特性通过教具的方式展现给学生，并提出了教学的直观性原则。教具本身就具有直观性的特点，对教具的恰当使用，可以帮助学生更好的理解抽象的概念，起到化抽象为具体、化复杂为简单的重要作用。

但是，随着物理知识抽象程度的增加，尤其是习题难度的增加，仅仅靠传统教具已经不能满足学生的需求。尤其是学生在进入高中阶段之后，很多都出现了兴趣下降、动力不足等问题。为了提升学生的积极性和教师的教学效率，我们要加大对教具的开发力度，从而充分发挥学生的主动性、积极性，而自制教具无疑就是一个非常好的途径。学生在使用或制作这些教具的过程中，可以很好的锻炼科学探究能力，激发学习热情，对于空间想象能力、建模能力、逻辑思维能力等也有极大的益处，另一方面，在课堂上使用合适的教具，能活跃课堂氛围，给学生以良好的学习体验。

比如，作者在讲解三力平衡问题的时候，就组织学生自制了三力平衡演示仪，起到了很好的教学效果，具体过程如下。

1.器材选择

鉴于此演示仪是一种学生自制的简易演示装置，尽可能选择生活中的常见物体为原材料，例如橡皮筋、粗绳、细线、轻质塑料外壳（如吸管）等。

2.仪器构造

一个完整的三力平衡演示仪由三个结构相同的示力管构成，其中示力管的结构如图1所示。它的核心器件有三部分：橡皮筋、涂红的粗绳（便于观察）和轻质塑料外壳。与弹簧测力计原理相同，通过橡皮筋的伸长量测量力的大小。其中橡皮筋和粗绳的长度等于塑料外壳的长度，这样观察到的粗绳的伸长量也即是橡皮筋的伸长，这为我们的直观演示带来了方便。使用定位针固定示力管，让实验操作起来更加方便。

三个结构相同的示力管做好之后，将它们的末端细线系在一起，一个完整的三力平衡演示仪就制作成功了。

3.使用过程

结合本教具，可以很好的处理如图2所示的例题。

例：细线的一端固定于A点，线的中点挂一个质量为m的物体，另一端B用手拉住，已知AO与竖直方向成θ角，OB从水平方向逐渐向上转动时，AO和BO上的拉力如何变化？

本题有多种解法，比如正交分解法、分解法、合成法和图解法等，都可以判断出AO上的力一直变小，BO上的力先变小，当AO⊥OB时达到最小值，然后逐渐变大。但是对于初学者，如果能演示出各力变化过程，对于学生掌握这道题，甚至于解题方法，都会有很大的帮助。

通过自制教具进行教学，作者总结出了以下优点：

（1）突出了新课改重在学生参与以及加强学生实验能力的理念。

（2）直观，可视性强。使用示力管，能形象地展示动态平衡中的三力变化问题。不仅加深了学生对三力动态平衡的理解，也激发了学生的兴趣。

（3）简易，可操作性强。所用器材是生活中常见的，制作非常容易，且演示起来非常方便。

（4）多功能性。此仪器不仅能演示三力平衡，且能很好地演示力的合成与分解。在“验证力的平行四边形定则”的实验中，用此仪器演示，可以随意调整力的大小，非常方便。

將自制教具引入物理教学，可以起到极大的教学促进作用。

首先，自制物理教具可以促进教师教学。自制教具可以帮助学生强化对复杂知识的记忆，促进对抽象知识的理解，拓展学生的思维，增强学习的活力，帮助学生重构知识构架。在指导学生自制教具的过程中，可以培养学生的探究精神、锻炼学生的动手能力，可以促进学生身心 的全面发展。虽然自制物理教具需要耗费大量的时间，但是学生在准备各种自制教具所需要的各种材料的过程，也是学生自我提升的过程，在此过程中，教师可以不断渗透自己的教育理念。甚至可以直接以自制教具过程为基础制定完美的物理教学方案，既保证了自制物理教具的应用，又可以不断提升物理课堂教学的效果。

其次，自制物理教具可以激发学生学习热情。学生自制教具往对激发学生学习的兴趣起到很大作用，因为制作过程自由、简单、易操作、生活性强，学生可以按照自己设计的思路来合理选择材料。它们制作的过程往往充满激情、氛围活跃，教学效果明显。此外，理教学的过程中有许多内容是学生在日常生活中没有遇到的，单纯地借助想象是无法增强学生认识的，所以在制作物理教具的过程中，学生往往会积极思考、大胆质疑、不断探索，学习积极性得到了空前的提高。

最后，自制教具科可以提高学生的核心素养。自制教具不仅可以加深对物理观念尤其是抽象概念的认识，还能加深对物理规律的理解，而对于科学思维中的建模思维、逆向思维、等效思维、对称思维、极限思维等物理思维也有辅助提高作用，自制教具的过程对培养学生的科学能力，以及科学态度与责任，都有不可替代的作用。