自制教具，自主實(shí)驗(yàn)，助力物理學(xué)習(xí)

【摘要】在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往引導(dǎo)學(xué)生使用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)教具開展實(shí)驗(yàn)，這樣無法很好地發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。而課堂自制的實(shí)驗(yàn)教具具有簡易性、靈活性、適切性等特點(diǎn)，能增強(qiáng)物理課堂活動(dòng)的趣味性，更能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。因此，教師不妨根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情，引導(dǎo)學(xué)生自制物理教具，并自主實(shí)驗(yàn)。這樣有利于學(xué)生在動(dòng)手操作的過程中發(fā)展多項(xiàng)學(xué)習(xí)能力，從而提升物理教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】自制教具；自主實(shí)驗(yàn)；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

作者簡介：吳俊（1993—），男，江蘇省蘇州市常熟市錦荷中學(xué)。

新課改背景下，物理教學(xué)要著重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的多項(xiàng)能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要部分，因此教師要通過引導(dǎo)學(xué)生充分參與到物理實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，激發(fā)思維火花，深入理解物理知識(shí)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師可讓學(xué)生自制教具，自主實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，提高動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力、認(rèn)知能力等。在此過程中，教師要敢于放手，讓學(xué)生自主操作，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，也要適當(dāng)進(jìn)行指導(dǎo)，以保證實(shí)驗(yàn)的效果。

一、興趣導(dǎo)入

初中是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的起點(diǎn)，在此階段，有的學(xué)生不容易理解抽象的物理知識(shí)，會(huì)覺得物理實(shí)驗(yàn)枯燥無味。對此，教師可以通過指導(dǎo)學(xué)生自制教具，讓學(xué)生通過自己的雙手完成實(shí)驗(yàn)，通過自己的眼睛觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而獲得實(shí)驗(yàn)的成就感，激發(fā)對物理學(xué)習(xí)的興趣［1］。

以“壓強(qiáng)”內(nèi)容的教學(xué)為例，教師需要讓學(xué)生觀察和探究水的流動(dòng)原理以及壓力的作用。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生自制連通器。學(xué)生用塑料導(dǎo)管、塑料支架和針架等材料組裝成了一個(gè)簡易的U型水管連通器。教師引導(dǎo)學(xué)生向連通器中導(dǎo)入紅色的水，學(xué)生觀察到水總會(huì)從高處往低處流動(dòng)，當(dāng)停止導(dǎo)入時(shí)，連通器兩端的水總會(huì)保持在同一水平面上，教師順勢告訴學(xué)生連通器的實(shí)驗(yàn)原理。接下來，教師讓學(xué)生用一個(gè)膠塞堵住連通器右邊的口，向左邊的口加水，并加蓋密封，然后再拔掉右邊的膠塞，這時(shí)學(xué)生驚訝地發(fā)現(xiàn)水沒有像之前一樣從高處流向低處。教師又提醒學(xué)生用膠塞堵住右邊的口，取走左邊的蓋子，再用膠塞堵住左邊的口，拔掉右側(cè)的膠塞，并加封蓋。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，即使左邊的水面較高，水也沒有從左邊流向右邊。此時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生將右邊的蓋子掀開一點(diǎn)，水很快就從左邊流向右邊，并且兩邊的水面很快就持平了。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生給右邊的口子安上帶有氣密嘴的蓋子，并用小打氣筒向里面打氣。學(xué)生發(fā)現(xiàn)水居然從較低處的右邊逐漸往較高處的左邊流動(dòng)。學(xué)生的好奇心和探究欲被充分激發(fā)了出來，想要知道連通器中水的流通現(xiàn)象背后隱含了什么物理原理，教師順勢解釋液面的高低取決于液面上方大氣壓強(qiáng)的大小，液面上方大氣壓強(qiáng)大，則液面低，大氣壓強(qiáng)小則液面高。如此一來，教師就順利引入了課堂教學(xué)內(nèi)容。

在以上案例中，教師在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)通過讓學(xué)生自制教具，自主實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察、質(zhì)疑、思考和探索物理問題，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生對后續(xù)的學(xué)習(xí)充滿期待。

二、彌補(bǔ)不足

在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些情況下教師無法給每個(gè)學(xué)生都提供教材所要求的儀器設(shè)備，從而導(dǎo)致學(xué)生無法親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，對教學(xué)內(nèi)容的理解會(huì)有所欠缺。為了彌補(bǔ)這樣的教學(xué)欠缺，教師可以有針對性地引導(dǎo)學(xué)生制作教具，再讓學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。這樣一來，教師就能給學(xué)生更多動(dòng)手的機(jī)會(huì)和更多思考的空間，從而解決學(xué)生活動(dòng)不充分、思考不深入等問題［2］。

例如，在教學(xué)“小孔成像”這一內(nèi)容時(shí)，需要使用相應(yīng)的光學(xué)演示儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生才能理解抽象的內(nèi)容。但學(xué)校設(shè)備有限，教師沒辦法給每個(gè)學(xué)生都提供光學(xué)演示儀器。因此，教師讓學(xué)生自制簡易的“光學(xué)演示板”。學(xué)生自制過程如下。

1.拿出一塊厚膠合板，將其切割成一個(gè)適當(dāng)大小的長方形，并確保其光滑平整。

2.將墨水涂抹在厚膠合板的內(nèi)壁上，注意涂滿整塊內(nèi)壁以保證觀察的效果。

3.在板的前面剪出一個(gè)圓形的孔，以便光線可以透過孔射入膠合板內(nèi)壁。

4.在板的后面再剪出一個(gè)圓形的孔，作為觀察口，以便觀察和記錄墨水的運(yùn)動(dòng)軌跡和顏色變化情況。

學(xué)生自制好“光學(xué)演示板”后，教師引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過前后移動(dòng)“光學(xué)演示板”，觀察物體成像的變化。

在以上案例中，通過自制教具，每個(gè)學(xué)生都能親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，充分觀察實(shí)驗(yàn)過程，從而更好地理解光學(xué)原理，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能，提高解決問題的能力［3］。教師也可以通過觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，了解學(xué)生存在的具體問題，從而進(jìn)行針對性地講解?？梢姡灾平叹?，自主實(shí)驗(yàn)不僅能夠彌補(bǔ)教學(xué)的不足，還能提升教學(xué)的效果。

三、深入理解

在具體的物理實(shí)驗(yàn)操作過程中，有的教師認(rèn)為初中生動(dòng)手操作、解決難題的能力不足，因此經(jīng)常自己演示實(shí)驗(yàn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、回答問題。但這樣的過程忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，久而久之，容易讓學(xué)生產(chǎn)生依賴心理，不利于學(xué)生深入理解物理知識(shí)。而讓學(xué)生自制物理教具，自主實(shí)驗(yàn)，可以加深學(xué)生對物理知識(shí)的理解。在自制教具，自主實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生需要進(jìn)行動(dòng)手操作、思考和解決問題，從而能夠更深入地理解物理現(xiàn)象和原理，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題，最終完成知識(shí)的內(nèi)化［4］。

以“浮力”內(nèi)容的教學(xué)為例，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通常會(huì)使用天平秤或彈簧測力計(jì)來測量物體在空氣中的質(zhì)量，然后將物體放入水中，再次測量物體的質(zhì)量，最后比較兩次測量值的差異，讓學(xué)生了解浮力對物體質(zhì)量的影響。這樣的實(shí)驗(yàn)雖然比較規(guī)范，但與學(xué)生的生活有一定的距離，可能會(huì)讓學(xué)生的理解浮于表面。為了改變這種情況，教師引導(dǎo)學(xué)生自制浮力實(shí)驗(yàn)裝置，過程如下。

1.準(zhǔn)備一個(gè)透明的玻璃瓶或塑料瓶、一塊小木塊或塑料塊、適量膠帶或膠水。

2.將容器填充水直到大約三分之一的高度，確保水的表面平整和水位可讀取。

3.將小木塊或塑料塊固定在瓶口上方，用膠帶或膠水將其牢固粘住，確保小木塊或塑料塊穩(wěn)固。

自制完裝置后，學(xué)生就可開展實(shí)驗(yàn)操作，逐漸加水到容器中，記錄每次加水后物體的浸沒或浮起情況。

在上述案例中，相比使用天平秤或彈簧測力計(jì)開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生使用自制的浮力實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以清楚地看到物體在浮力作用下的漂浮和沉沒情況，同時(shí)聯(lián)想到生活中看到物體在水中的沉浮情況，從而通過教師的講解理解浮力的知識(shí)。學(xué)生在親自操作和實(shí)驗(yàn)的過程中能夠理解較難的抽象概念，增強(qiáng)對物理學(xué)習(xí)的信心?？梢?，自制教具，自主實(shí)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)造了深度學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生能夠真正吃透物理知識(shí)。

四、避免危險(xiǎn)

在初中物理教學(xué)中，有些實(shí)驗(yàn)由于涉及危險(xiǎn)因素，往往無法直接讓學(xué)生操作。對于這類實(shí)驗(yàn)，教師往往只能讓學(xué)生觀看相應(yīng)的圖片或視頻，再給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)原理。這樣的方式雖然能讓學(xué)生避免危險(xiǎn)，但是不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，教師可以通過自制教具來替代危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)器材，模擬出危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)的過程和現(xiàn)象，以達(dá)到安全、便捷的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

以“電能轉(zhuǎn)化為熱能”的知識(shí)教學(xué)為例。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要使用大功率電源和導(dǎo)線以及一些耐熱材料，如果操作不當(dāng)，可能引發(fā)電路短路，導(dǎo)致火災(zāi)。為了安全起見，教師就可讓學(xué)生自制“電刀”，即用一根鉛筆芯、一個(gè)電池組、一根導(dǎo)線和一個(gè)開關(guān)組合成一個(gè)閉合電路，使鉛筆芯的兩端分別通過導(dǎo)線與電池組的正極（+）、負(fù)極（-）相連。當(dāng)打開開關(guān)時(shí)，鉛筆芯即帶有電流，會(huì)逐漸變熱。教師可以引導(dǎo)學(xué)生小心觸摸鉛筆芯，感受其加熱的過程，然后將鉛筆芯當(dāng)成電刀，去切割飼料包裝殼。這樣一來，學(xué)生就能在不接觸高溫或高電壓的器材下安全完成“電能轉(zhuǎn)化為熱能”的實(shí)驗(yàn)。

在上述案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生自制“電刀”以代替危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)器材，能夠?yàn)閷W(xué)生提供安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，也能夠讓學(xué)生更深入地理解實(shí)驗(yàn)原理，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性［5］。

五、合作探究

初中物理實(shí)驗(yàn)具有一定的復(fù)雜性，因此往往需要學(xué)生通過合作來完成。教師通過讓學(xué)生與同伴一起自制教具，自主實(shí)驗(yàn)，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力，激發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新意識(shí)。在自制教具的過程中，學(xué)生需要一起討論和規(guī)劃步驟，然后分工合作來完成裝置的制作。在自主實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生需要一起觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、探究原理等。同時(shí)，在合作探究中，學(xué)生還要學(xué)會(huì)溝通交流，既能夠認(rèn)真傾聽他人的意見，也能夠分享自己的想法。因此，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生開展合作探究，完成實(shí)驗(yàn)裝置的自制和實(shí)驗(yàn)的開展。

以“太陽能”內(nèi)容的教學(xué)為例，教師將學(xué)生分成不同的小組，讓學(xué)生小組自行討論制作簡易的“太陽能熱水器”。在各個(gè)小組內(nèi)部，學(xué)生能夠很好地分工合作。比如，某小組中，學(xué)生各自從家里帶來了黑色塑料桶、塑料薄膜、膠帶、剪刀等材料。然后把黑色塑料桶作為收集太陽能的容器，在其頂部中間的位置挖一個(gè)小孔作為進(jìn)水口；將透明的塑料薄膜作為保溫層，把桶包裹住，并用膠帶貼緊；將水導(dǎo)入黑色塑料桶中。接著，一名學(xué)生負(fù)責(zé)測量水的溫度，另一名學(xué)生負(fù)責(zé)記錄水溫在不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)。最后，學(xué)生共同比較不同天氣條件下水的加熱程度，分析陽光的照射強(qiáng)度對太陽能熱水器的影響，并提出本小組的觀點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)的過程中，教師要在旁觀察和指導(dǎo)。當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，教師要進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)撥，引導(dǎo)學(xué)生共同交流和討論，以集體的智慧戰(zhàn)勝困難；當(dāng)學(xué)生分工不當(dāng)時(shí)，教師要進(jìn)行適當(dāng)提醒，以讓學(xué)生能夠在團(tuán)隊(duì)中充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心；當(dāng)學(xué)生感到氣餒時(shí)，教師要及時(shí)地鼓勵(lì)學(xué)生與同伴有效合作，為共同目標(biāo)而努力；等等?？傊?，教師不能放任不管，而是要充分發(fā)揮學(xué)生團(tuán)體合作的力量，讓學(xué)生更好地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

在以上案例中，學(xué)生通過分工合作完成不同的任務(wù)，不僅能提高實(shí)驗(yàn)效率，還能學(xué)會(huì)協(xié)調(diào)溝通，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提高了團(tuán)隊(duì)合作的能力。這對培養(yǎng)學(xué)生在未來學(xué)習(xí)和工作中的競爭力是非常有幫助的。

結(jié)語

總的來說，相比傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，自制教具，自主實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式具有直觀性，可以讓學(xué)生清楚地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性；具有自主性，可以讓學(xué)生自主選擇材料、自主安裝、自主選擇實(shí)驗(yàn)方式等，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力；具有實(shí)踐性，可以讓學(xué)生通過操作得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理原理，從而將理論與實(shí)踐充分地融合在一起。因此，物理教師要積極創(chuàng)造條件，讓學(xué)生自制教具，自主實(shí)驗(yàn)，把課堂的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的智慧，獲得切實(shí)的成長。

【參考文獻(xiàn)】

［1］張艷.挖掘?qū)嶒?yàn)魅力 助力學(xué)生探究：例談初中物理自制教具與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新［J］.中學(xué)物理，2021，39（24）：35-36.

［2］陳士海，唐建華.自制教具展開初中物理生活化教學(xué)：以設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器、話筒為例［J］.中學(xué)物理，2021，39（18）：35-37.

［3］余娟娟.自制教具在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用：以“水電站模型”為例［J］.物理之友，2022，38（11）：55-57.

［4］李安發(fā).自制教具在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（17）：43-45.

［5］李貴宇.自制教具 快樂實(shí)驗(yàn)：自制教具在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的開發(fā)與應(yīng)用［J］.理科愛好者，2022（3）：59-61.