中學(xué)物理教具的設(shè)計(jì)與制作

蔡淑寬，李志陽(yáng)

（1.福建省廈門(mén)第一中學(xué)；2.廈門(mén)華廈學(xué)院）

中學(xué)物理教具的設(shè)計(jì)與制作

蔡淑寬1，李志陽(yáng)2

（1.福建省廈門(mén)第一中學(xué)；2.廈門(mén)華廈學(xué)院）

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上，很多老師都是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，極大地束縛了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，也不利于教師個(gè)人素質(zhì)的提升。隨著新課程改革的不斷推進(jìn)，教師隨手取材自制實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)需成為物理課堂上的一部分。結(jié)合自制水透鏡的案例，闡述了對(duì)中學(xué)物理自制教具的認(rèn)識(shí)，教具制作的基本方法，讓更多的老師了解初中物理自制教具的必要性，同時(shí)為物理教學(xué)提供更多可以借鑒的自制教具素材。

中學(xué)物理；自制教具；案例示范

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用是不言而喻的。在英國(guó)，科學(xué)教學(xué)備受重視，在科學(xué)教學(xué)中以“科學(xué)探究”為其首要特色；在美國(guó)中學(xué)物理教學(xué)中，只要教師能夠用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明的一般就不用語(yǔ)言說(shuō)明；在德國(guó)物理教學(xué)界流傳著這樣一種說(shuō)法：“沒(méi)有演示實(shí)驗(yàn)的一堂課是不可想象的”；在日本有一個(gè)中學(xué)教師自愿組織起來(lái)的“山貓”學(xué)會(huì)，他們致力于開(kāi)發(fā)隨手取材的實(shí)驗(yàn)裝置，千方百計(jì)地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造熱情，使教學(xué)充滿樂(lè)趣，從而成功地吸引了大批學(xué)生。在中國(guó)，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》也明確指出：“利用日常用品進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，這樣既可以拉近物理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)的真實(shí)性，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)課程資源，而且有利于增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)?！苯處煶死靡延械膶?shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還應(yīng)大力提倡利用身邊物品，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富多彩的活動(dòng)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

筆者通過(guò)查閱大量的文獻(xiàn)和相關(guān)書(shū)籍，歸納總結(jié)出對(duì)自制教具的認(rèn)識(shí)、中學(xué)物理教具制作意義及必要性、教具制作的基本方法以及筆者結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)介紹如何自制水透鏡，希望給廣大教師提供更多可以借鑒的自制教具素材，從而有效地豐富初中物理課堂。

一、對(duì)自制教具的認(rèn)識(shí)

自制教具指的是教師根據(jù)教學(xué)中的重難點(diǎn)，利用隨手可得的物品自行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制作的一類能解決問(wèn)題、滿足教學(xué)需要的手工工具。這樣的手工工具能讓學(xué)生深切地體會(huì)到物理就在我們身邊，感受到物理和社會(huì)、生活的密切聯(lián)系。

自制教具是在創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，一般的創(chuàng)造性思維有以下幾種方式：創(chuàng)造構(gòu)建型、推理改進(jìn)型、綜合歸納型、科技創(chuàng)新型等。自制教具的設(shè)計(jì)一定要滿足科學(xué)性、教育性、簡(jiǎn)易性、直觀性、實(shí)用性等要求，且滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，但并不簡(jiǎn)陋的原則，突出為教育教學(xué)服務(wù)的宗旨。

二、中學(xué)物理教具的制作意義及必要性

關(guān)于自制教具的必要性，不同教師有不同的觀點(diǎn)，有些教師認(rèn)為教具的制作是廠家的事情，而且其生產(chǎn)的教具制作精美，配備充足，作為一線的教師，只要教好書(shū)就可以了，沒(méi)有必要再花精力去自制教具。殊不知，實(shí)驗(yàn)教具沒(méi)有最好的，而需在教學(xué)實(shí)踐中不斷改進(jìn)與創(chuàng)新。比如，在探究?jī)煞N電荷間的相互作用的實(shí)驗(yàn)中，教科書(shū)上給的實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示，但早在2014年郭衛(wèi)東老師就指出了該實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出更靈敏的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖2所示。學(xué)生在這個(gè)實(shí)驗(yàn)教具的基礎(chǔ)上完成課堂分組實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主探究“電荷相互作用規(guī)律和電荷種類”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可控性強(qiáng)，效果明顯。

圖1　教科書(shū)上的實(shí)驗(yàn)儀器

圖2　郭衛(wèi)東改造后的儀器圖

這樣的例子并非唾手可得，只有在教學(xué)實(shí)踐中使用、驗(yàn)證成品儀器，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有些成品儀器或因?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不明顯，或因操作復(fù)雜不適合我們的教學(xué)工作。一線教師更能根據(jù)需求改進(jìn)或創(chuàng)造出新的自制教具并服務(wù)于教學(xué)。通常自制的教具更貼近生活，更能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的求知欲。此外，設(shè)計(jì)和制作教具也有利于培養(yǎng)教師的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，對(duì)提高教師的個(gè)人業(yè)務(wù)水平有很大的幫助。因此，有教師已經(jīng)提出中小學(xué)教師自制教具獲獎(jiǎng)應(yīng)作為職評(píng)的業(yè)績(jī)條件之一。

三、教具制作基本方法及案例示范

結(jié)合物理的學(xué)科特點(diǎn)，自制教具一般有以下幾種設(shè)計(jì)方法：功能變通法、比較法、模擬示動(dòng)法、增效法等。下面是個(gè)人利用功能變通的方法自制的水透鏡，筆者就制作過(guò)程及其在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

筆者針對(duì)的課題是人教版八年級(jí)上冊(cè)的第五章第一節(jié)《透鏡》。其中有這樣一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：“凸透鏡的焦距越小，透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用越強(qiáng)”，對(duì)于怎么讓學(xué)生深刻理解凸透鏡的凸起程度會(huì)影響到其對(duì)光的會(huì)聚本領(lǐng)的強(qiáng)弱，進(jìn)而改變凸透鏡的焦距大小，經(jīng)過(guò)多方的思考和嘗試，最終確定選用水透鏡（如圖3）來(lái)突破這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

圖3　水透鏡外觀

制作材料：礦泉水瓶，氣球，502膠水，剪刀，小刀，一塊70cm*15cm的泡沫。

制作過(guò)程：用剪刀截取礦泉水瓶中間一段，大約7 cm高，并將裁剪部分修剪平整。截取的這段瓶子必須沒(méi)有花紋，否則后面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)不明顯。裁剪出一塊面積大小大于礦泉水瓶底面積的氣球。這些工作可以提前讓學(xué)生完成并提交半成品。然后用502膠水將氣球粘在截取的這段瓶子的一側(cè)（考慮到502的使用具有危險(xiǎn)性，由教師本人完成該環(huán)節(jié)）。此外，為了固定這塊水透鏡，需選取木板或泡沫板并刻槽固定，鑒于泡沫板更易刻槽，本次教具采用泡沫板。在其上表面裁出一個(gè)面積略大于水透鏡底面積，深約為2 cm的凹槽。

使用過(guò)程：將水透鏡固定在泡沫凹槽中，往水透鏡中加入純凈水，打出一束平行光射到水透鏡上，透過(guò)水透鏡后的光清晰地呈現(xiàn)在泡沫白板上（如圖4）。學(xué)生利用這塊水透鏡完成分組實(shí)驗(yàn)可以突破凸透鏡的以下三個(gè)知識(shí)點(diǎn)：（1）過(guò)薄透鏡光心的光傳播方向不發(fā)生改變；（2）凸透鏡對(duì)光有會(huì)聚作用；（3）凸透鏡越凸，對(duì)光的會(huì)聚作用越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的焦距越小。

圖4　水透鏡的會(huì)聚作用

在本節(jié)最后的總結(jié)中，筆者還展示了自制的另一塊水透鏡（如圖5），這塊水透鏡不僅焦距可變，而且可以通過(guò)注射器注水和吸水使這塊水透鏡在凸凹透鏡上轉(zhuǎn)變。值得一提的是，在這兩項(xiàng)自制教具的幫助下，筆者在某次省級(jí)比賽中獲得初中組一等獎(jiǎng)的好成績(jī)。

圖5（a） 水透鏡對(duì)光的會(huì)聚作用

圖5（b） 水透鏡對(duì)光的發(fā)散作用

最近幾年在郭衛(wèi)東、黃樹(shù)清等老師的帶領(lǐng)下，涌現(xiàn)了少數(shù)熱衷于自制教具的物理教師，他們利用廢棄的圓珠筆芯、礦泉水瓶、注射器等制作出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的演示教具和學(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn)教具，受到同行們的一致好評(píng)，同時(shí)也給一線教師提供了非常好的教學(xué)素材。但是物理教師何其多，有多少人依然照本宣科，沉浸在年復(fù)一年的常規(guī)教學(xué)、重復(fù)實(shí)驗(yàn)工作中。筆者借筆倡議，以自己的親身經(jīng)歷為鑒，望更多的一線物理教師能突破自我，共同創(chuàng)新，給予學(xué)生一堂更精彩、更有創(chuàng)新意識(shí)的物理課。

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［2］張世剛.自制教具是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺的一環(huán)［J］.物理之友，2014（12）：34-37.

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［8］張世剛.自制教具是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺的一環(huán)［J］.物理之友，2014（12）：34，37.

·編輯張珍珍

蔡淑寬（1982—），女，廈門(mén)一中，一級(jí)教師，碩士，研究方向：物理教育、信息化教學(xué)。

李志陽(yáng)（1981—），男，廈門(mén)華廈學(xué)院，副教授，碩士，研究方向：電子信息技術(shù)、信息化教學(xué)、大學(xué)物理教學(xué)。