在物理教具創(chuàng)新中如何激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新潛能

楊進結(jié) 楊進會 葉立芳

摘 要 物理屬于一門以實驗為主的學(xué)科，課堂教學(xué)期間會有大量實驗需要為學(xué)生講解，實驗現(xiàn)象的獲知是以演示探索為主的，但實驗教學(xué)時受到器材、場地、教具等的限制，要為學(xué)生進行現(xiàn)場演示幫助學(xué)生認知物理現(xiàn)象、學(xué)習(xí)物理知識有一定難度，故而鼓勵進行實驗教具的自主創(chuàng)新，確保實驗?zāi)茼樌M行。而本文對物理教具創(chuàng)新中學(xué)生自主創(chuàng)新潛能的激發(fā)給出幾點建議。

關(guān)鍵詞 物理教具創(chuàng)新 自主創(chuàng)新 潛能激發(fā)

Abstract Physics is a subject mainly based on experiments. A large number of experiments will be covered in teaching materials. The experimental phenomena are learned by demonstration and exploration. However， experimental teaching is limited by equipment， venues， and teaching aids. Students perform live demonstrations to help students react to cognitive physics， and it is difficult to learn physical knowledge. Therefore， they need to encourage independent innovation of experimental teaching aids to ensure that experiments can be carried out smoothly. And this article gives some suggestions to stimulate the potential of independent innovation of middle school students in physics teaching aid innovation.

Keywords physics teaching aid innovation; independent innovation; potential stimulation

0 前言

物理屬于一門已實驗為主的學(xué)科，物理實驗為開展物理教學(xué)的基本形式之一，教具是物理實驗的載體在教學(xué)過程里得到合理使用利于青少年的健康成長。但受我國應(yīng)試教育影響，在具體授課時大部分教師均應(yīng)用到“記憶物理學(xué)科的實驗原理與對一些書上給出的物理公式展開推論”的方式展開教學(xué)，該教學(xué)模式確實可使學(xué)生短期內(nèi)提升物理學(xué)科成績，不過對學(xué)生思維能力建構(gòu)不利。[1]實際上物理學(xué)科里大部分規(guī)律與公式均是眾多物理學(xué)家通過大量實驗與數(shù)據(jù)分析后總結(jié)所得的。所以我認為高中物理學(xué)科教學(xué)時不可脫離實驗教具，還應(yīng)引導(dǎo)與鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新并設(shè)計一切和實驗開展貼合的教學(xué)模具。以下就我校教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生進行自制教具改進的情況展開總結(jié)，力求能為物理學(xué)科教育工作的開展提供參考。

1 進行中學(xué)物理實驗教具改進和創(chuàng)新的必要性

物理實驗教具改進和創(chuàng)新即在物理教學(xué)時，要使學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力提升，對生活里常見素材給予搜集與改進，使物理實驗?zāi)苓M入物理課堂，為學(xué)生提供不一樣的物理實驗開展體驗，對傳統(tǒng)教學(xué)中道具限制問題進行解決，實現(xiàn)物理教學(xué)效果的提升。生活里的兵乓球、水瓶、注射器、吸管等成本低廉且到處可見的，可用來作物理實驗教具，對原有教材實驗展開拓展教學(xué)，使學(xué)生平時無法理解的物理現(xiàn)象得到很好的呈現(xiàn)與解釋。故而把實驗教具改進與創(chuàng)新并延伸至實驗教學(xué)里，除了是教學(xué)質(zhì)量的提升的可行舉措，還可為學(xué)生供給實踐操作平臺，對學(xué)生物理思維能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)更有益。

實驗教學(xué)在物理學(xué)科教學(xué)里可否得到強化與突破，關(guān)鍵即是否有足夠的實驗教具支持，但中學(xué)物理教學(xué)主要受空間、資源、經(jīng)非等的制約，實驗教具受限，所以對物理實驗教具給予改進創(chuàng)新，可為學(xué)生供給自由操作、自主學(xué)習(xí)空間，促學(xué)生學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)，實現(xiàn)物理成績的提升。

2 物理實驗課堂教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生進行教具自主創(chuàng)新

2.1 以激發(fā)興趣為主的實驗教具創(chuàng)新

物理屬于一門以實驗為主的學(xué)科，思維能力與動手能力是物理學(xué)習(xí)應(yīng)有的基本能力。高中物理為物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，接觸的物理現(xiàn)象和初中相比已較復(fù)雜，故而物理知識理解起來也較困難，有些實驗操作起來較困難，故而需通過實驗演示來幫助學(xué)生理解，不過因受實驗教具的影響，無法確保實驗操作順利進行。[2]故而需對實驗教具進行改進創(chuàng)新，但前提是做好學(xué)生興趣的維持。如在《牛頓第二定律實驗裝置的改進，庫侖定律演示儀的制作》中，具體步驟即：

第一步：組織課題老師和興趣小組的學(xué)生學(xué)習(xí)物理教具制作知識，營造物理教具制作氛圍。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)楊光旺校長做了重要指導(dǎo)，科教室主任李瑞國對自制物理教具的重要性以及國內(nèi)外對物理教具制作情況進行了闡述。我強調(diào)了制作要求和組織紀律要求。通過培訓(xùn)引發(fā)了學(xué)生們制作物理教具的興趣和決心，達到培訓(xùn)效果。

第二步：課題組老師帶領(lǐng)學(xué)生興趣小組進一步理解牛頓第二定律演示裝置的工作原理和使用方法，理解教材中的庫倫定律定性演示實驗原理，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生不斷提出問題，不斷討論問題確定創(chuàng)新點。

第三步：討論牛頓第二定律的實驗裝置和庫倫定律定性演示儀的制作方案。

第四步：準(zhǔn)備材料，對材料進行加工和制作。小組的各個同學(xué)積極參與，同學(xué)們都動手動腦，有的同學(xué)邊制作邊提出自己的想法，有的還通過網(wǎng)上查找資料，有的同學(xué)還請老師指點等各種方式方法來逐步完成物理教具的制作。

第五步：對加工制作的牛頓第二定律演示實驗裝置和庫倫定律定性演示儀進行調(diào)試，最后得到了滿意的作品。

2.2 以基礎(chǔ)知識傳授為主的實驗教具創(chuàng)新

物理實驗教具的改進創(chuàng)新并非是越難越好，而不注重對學(xué)生進行基礎(chǔ)知識講授，如此可能會使教學(xué)本末倒置，故而教師在實驗教具創(chuàng)新時需注重引導(dǎo)學(xué)生依靠一些簡單的原理進行有趣教學(xué)教具制作，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)，也利于教學(xué)效率的提升。[3]

如在“驗證機械能守恒”“物體由摩擦力產(chǎn)生的加速度與動摩擦因素之間關(guān)系”的學(xué)習(xí)中進行了一套實驗裝置設(shè)計，這套實驗可以說是對“斜面實驗”的創(chuàng)新利用，力求能讓學(xué)生得到實驗裝置里應(yīng)用到的材料的動摩擦因素，并應(yīng)用先前所學(xué)的機械能守恒定律中已掌握的力的做功模型，進行“物體的重力勢能，動能以及摩擦力做功之間的關(guān)系”探索，經(jīng)以上研究，實現(xiàn)機械能守恒的教學(xué)目標(biāo)。[4]而這章節(jié)知識點學(xué)習(xí)所用教具器材為：探究物體勻加速運動的實驗器材里的斜坡和光電門，但斜坡上層的研究材料是固定的，而這套實驗裝置里我們會在斜坡上安裝不同的材料，并且還將用到小車（有遮光片），刻度尺，天平等器材。所需驗證公式為：f摩L+mv2=mgh。實驗前鼓勵學(xué)生先將小車相對于不同斜面材料的動摩擦因素求出，再借助三角函數(shù)知識求得物體在斜面需受的摩擦力，則得出：f摩L+mv2=mgh。具體步驟為：

第一、學(xué)生需做的即對以上公式里所提的相關(guān)物理量進行測量，因在中學(xué)階段無需考慮不確定度所致的誤差，故而僅需把實驗里所得的數(shù)據(jù)精確至小數(shù)點后兩位。

第二、鼓勵學(xué)生準(zhǔn)確測量出以上所提的動摩擦因素，此處應(yīng)提及的即物體對不同材料的動摩擦因素均有差異，故而學(xué)生應(yīng)分組測量。

第三、根據(jù)要求將實驗教具裝置妥善擺放，實驗原理圖需參考物理加速度斜面實驗的研究。存在差異的一點即在兩個斜面的底端安裝一個能夠測時間的光電門，同時小車尾部需安裝遮光片。

第四、經(jīng)光電門計算得到小車到達斜面底部的速度，再求得小車到達底部的功能，以計算的形式對以上所提的公式進行驗證。

2.3 以動手實踐鼓勵學(xué)生大膽構(gòu)思

教具的設(shè)計主要是依靠科技知識和教學(xué)經(jīng)驗而開展的創(chuàng)造性活動，任何一件教具的設(shè)計均是通過一系列謹慎思考，后在產(chǎn)生創(chuàng)意、構(gòu)思與設(shè)計。[5]只要不單純模仿，則會有創(chuàng)新，該創(chuàng)新的實踐過程滲透了制作者的創(chuàng)造精神，讓學(xué)生意識到參與教具制作的過程實質(zhì)也是知識點分析與思索的過程，期間需要通過進行教具設(shè)計制作來進行學(xué)習(xí)里所遇問題的解決，或?qū)⒉焕硐氲慕叹吒淖骼硐虢叹撸?jīng)改造后促其變得更適用，在知識點學(xué)習(xí)中發(fā)揮更大作用。[6]

如超重和失重屬于高中物理教學(xué)的組成部分之一，為牛頓運動定律應(yīng)用的典型案例。新課程標(biāo)準(zhǔn)要求依靠實驗來幫助學(xué)生了解超重與失重現(xiàn)象，從而更好的進行牛頓運動定律中相關(guān)問題的解決。故而在教學(xué)中我們應(yīng)用了簡單的材料設(shè)計實現(xiàn)“超重和失重演示儀”的制作，經(jīng)改進后指針示數(shù)變化明顯，可將不同位置示數(shù)準(zhǔn)確讀出，確保學(xué)生更好理解超重與失重現(xiàn)象?！冻睾褪е匮菔緝x》需要的器材包括：長彈簧兩根（勁度系數(shù)小）、家用小臺稱、木架（1.5m）、重物（質(zhì)量偏大）。實驗操作流程為：

第一、在講桌上將儀器擺好，讓重物靜止于0處，查看臺秤示數(shù)，做好記錄;第二、把重物拉到A，進行臺秤示數(shù)觀察，做好記錄，松手讓重物做簡諧運動，查看重物從A處運動至0處的臺秤示數(shù)變化;第三、重物運動至B處后，對臺秤示數(shù)進行查看，做好記錄，查看從B處運動至0處的臺秤示數(shù)變化情況;第四、再引導(dǎo)學(xué)生對所記錄的數(shù)據(jù)給予觀察分析，以彈簧測力計將重物重力測出，得出物體在A處時上面彈簧拉力與下面彈簧拉力，得出物體在B處時上面彈簧拉力以及下面彈簧拉力，經(jīng)受力分析得到A、B處物體加速度，把F=ma和臺秤示數(shù)變化量展開對比（具體情況見圖1），該實驗裝置器材簡單，有一定的可操作性，可使學(xué)生觀察能力、動手能力、分析能力得到培養(yǎng)，又可讓學(xué)生更全面的了解超重與失重現(xiàn)象，實現(xiàn)課堂效率的提升。

3 小結(jié)

中學(xué)物理實驗教具改進和創(chuàng)新對學(xué)生動手能力、分析能力以及思維能力的培養(yǎng)有益，可促學(xué)生綜合素養(yǎng)得到全面發(fā)展。物理為一門抽象性、理論性均較強的學(xué)科，學(xué)生學(xué)習(xí)起來較吃力，也會感覺很枯燥，學(xué)生在知識點學(xué)習(xí)時遇到阻礙就會對這門學(xué)科喪失興趣，故而教師在物理實驗課堂教學(xué)時需引導(dǎo)學(xué)生積極進行實驗教具改進，使學(xué)生通過實驗操作來進行知識點探索，而非一味的對知識點進行死記硬背，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)。以上只是本人總結(jié)的幾點常見的實驗教具改進方法，在后續(xù)教學(xué)工作中將進一步與學(xué)生共同探索出可行有效的實驗教具優(yōu)化改進策略，幫助學(xué)生輕松掌握物理知識，促其學(xué)習(xí)成績提升。

來自湖南省十三五教育科學(xué)規(guī)劃課題，題目：農(nóng)村中學(xué)在物理教具創(chuàng)新中提升學(xué)生創(chuàng)造力的研究。課題批準(zhǔn)號：XJK18CJ015

參考文獻

[1] 高俊紅.例談物理教具與學(xué)具的制作與應(yīng)用[J].才智，2019（06）：113.

[2] 曹妙玲.烏魯木齊市初中物理自制教具現(xiàn)狀調(diào)查研究與分析[D].新疆師范大學(xué)，2016.

[3] 張興智.“自制物理教具”校本課程在鄉(xiāng)鎮(zhèn)初級中學(xué)的開發(fā)與應(yīng)用[D].貴州師范大學(xué)，2016.

[4] 李莉，費建良.自制特色教具提升教學(xué)效能——“畫龍點睛”的自創(chuàng)物理教具學(xué)具[J].物理通報，2015（12）：65-68.

[5] 周永亮.建立物理教具創(chuàng)新機制 促進物理教學(xué)增效、減負[J].中國教育技術(shù)裝備，2010（02）：71-73.

[6] 鄭素卿.新課程背景下普通高中物理教具學(xué)具與通用技術(shù)整合的研究[J].學(xué)周刊，2013（16）：183.