唐玉蘭等

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，教學(xué)儀器（教具）是物理教學(xué)的“魔杖”，是開展物理實(shí)驗(yàn)的必要物質(zhì)條件。隨著課程改革的深入發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容不斷變化，如增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，把科學(xué)探究作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理課程中的重要地位等。

我們?cè)谡{(diào)查中發(fā)現(xiàn)：在許多農(nóng)村中學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)儀器（教具）配置較為落后，原有的實(shí)驗(yàn)儀器（教具）中有相當(dāng)一部分已不適應(yīng)教材變化的需要，導(dǎo)致新教材中的許多演示實(shí)驗(yàn)和探究實(shí)驗(yàn)無法正常開展。而現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)儀器（教具）的配置相對(duì)于教學(xué)而言，具有一定的滯后性，已無法滿足新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，制約了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展。因此，在新課程背景下開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與自制物理教具的研究，對(duì)深化課程改革，拓展和開發(fā)課程資源具有重要的意義。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)實(shí)際，就地取材，自制物理教學(xué)教具或?qū)W具，并把其作為物理教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)器具的必要補(bǔ)充。

一、理論依據(jù)

陶行知先生在其生活教育理論中指出：教育要“人發(fā)明工具、制造工具、運(yùn)用工具”“教育有無創(chuàng)造力，也只需看他能否發(fā)明人生新工具或新人生工具”。師生自主研發(fā)，制作個(gè)性化、本土化的物理教學(xué)教具和器材，是物理課程資源建設(shè)的有效途徑。從課程來看，物理教學(xué)具有建構(gòu)主義特質(zhì)。師生共同研發(fā)和制作教學(xué)設(shè)備活動(dòng)為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了經(jīng)驗(yàn)，這種“做的經(jīng)驗(yàn)”屬于“經(jīng)驗(yàn)之塔”（[美]戴爾《教學(xué)中的視聽方法》）的底層?！敖?jīng)驗(yàn)之塔”理論認(rèn)為，底層的經(jīng)驗(yàn)易于理解和記憶，頂層的經(jīng)驗(yàn)易于獲得概念便于應(yīng)用，因此，教學(xué)應(yīng)從具體的經(jīng)驗(yàn)入手，逐步過渡到抽象的概念。

由此可見，物理實(shí)驗(yàn)教具的設(shè)計(jì)與研發(fā)，不僅是物理課程資源建設(shè)行之有效的途徑，還是一種有效的自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，是“教學(xué)做合一”的具體體現(xiàn)。研究和創(chuàng)造的過程實(shí)際上也是知識(shí)建構(gòu)的過程，這種建構(gòu)過程可以全面提高學(xué)生各方面的素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)中人、物、環(huán)境的高度統(tǒng)一。新課程背景下師生自主研發(fā)、共同制作教學(xué)設(shè)備不只是一種簡(jiǎn)單意義上的創(chuàng)造活動(dòng)，它已上升為一種新的教與學(xué)的方式。因此，為了促進(jìn)物理課程資源的建設(shè)，完善實(shí)驗(yàn)室的裝備，使學(xué)生的自主、合作、探究學(xué)習(xí)有“物”的保障，我工作坊在農(nóng)村中學(xué)進(jìn)行了自制教具的實(shí)踐研究，通過開展自制、自創(chuàng)教具活動(dòng)，讓廣大師生與新課程共同成長(zhǎng)，促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展。

二、自制教具的基本原則

（一）科學(xué)性原則

使用自制教具所演示的物理實(shí)驗(yàn)必須真實(shí)可靠，符合科學(xué)。

（二）簡(jiǎn)單實(shí)用原則

自制教具的用材要簡(jiǎn)單易找，貼近學(xué)生的生活。制成的教具必須具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作方便兩個(gè)特點(diǎn)。設(shè)計(jì)教具時(shí)，在不失科學(xué)性的前提下，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，如一個(gè)鐵圈就可以完成氣泡的實(shí)驗(yàn)。

（三）重點(diǎn)突出原則

自制教具應(yīng)盡可能地把教具的尺寸做大一些，將顯示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象部分清晰地展現(xiàn)出來，達(dá)到可見度最大化的效果。比如，自制伏打電池演示教具時(shí)，小燈泡常常不亮或只亮幾秒鐘，達(dá)不到演示實(shí)驗(yàn)的目的，這時(shí)我們就用發(fā)光二極管代替小燈泡，實(shí)驗(yàn)前將液體加熱一下，這樣就可以延長(zhǎng)小燈泡的發(fā)光時(shí)間，使演示效果更加明顯。

（四）趣味性原則

自制教具應(yīng)選用能引起學(xué)生注意力的材料，增加趣味性。比如，在制作導(dǎo)體和絕緣體鑒別器時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)靠小燈泡發(fā)光來顯示的方法不夠有趣，于是我們?cè)黾恿艘魳凡シ牌?，這樣導(dǎo)體在導(dǎo)電時(shí)，既能發(fā)光又能播放音樂。

（五）安全耐用原則

自制教具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材上應(yīng)考慮操作的安全性，教具的結(jié)構(gòu)要堅(jiān)固、性能要穩(wěn)定，重復(fù)演示時(shí)要保證實(shí)驗(yàn)效果一致。

三、自制教具在農(nóng)村中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

（一）自制教具在演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

自制教具是教師在深入了解教材和身邊的課程資源，充分了解學(xué)生，精心設(shè)計(jì)教學(xué)的基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，是保證教學(xué)效果良好的有效支撐和補(bǔ)充。自制教具在設(shè)計(jì)、取材、局部結(jié)構(gòu)等方面都體現(xiàn)了教師的創(chuàng)造性和主動(dòng)性。比如，“絕緣體變導(dǎo)體”實(shí)驗(yàn)（見下圖），通過圖1來演示實(shí)驗(yàn)，效果較好，存在的問題是不易操作、安全性較差，因?yàn)閳D1所示的實(shí)驗(yàn)使用的是220V交流電源。我們?cè)诜治隽爽F(xiàn)有儀器設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)中存在的不安全因素后，對(duì)該實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行了改良，將實(shí)驗(yàn)改為如圖2所示，實(shí)驗(yàn)在低電壓下進(jìn)行，用音樂卡片里的音樂集成塊來代替電燈泡，用三節(jié)干電池代替220V交流電源，并且選用廢燈泡里的玻璃心柱作為導(dǎo)體（此種玻璃心柱較小，實(shí)驗(yàn)效果更好），用酒精燈給玻璃心柱加熱30秒鐘左右，音樂卡就會(huì)響起悅耳的音樂，達(dá)到了很好的教學(xué)效果。

自制教具取材容易，制作簡(jiǎn)單，生動(dòng)有趣，有利于激發(fā)學(xué)生的探究興趣。教師在自制教具過程中表現(xiàn)出來的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，還能夠潛移默化地影響學(xué)生。因此，教師可利用這一契機(jī)引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生參與教具制作活動(dòng)。

（二）自制教具在新課導(dǎo)入時(shí)的應(yīng)用

由于初中生正處于形象思維向抽象思維過渡階段，他們具有好奇、愛玩、愛動(dòng)的特點(diǎn)。只要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，他們就會(huì)以滿腔的熱情，積極主動(dòng)地投入到學(xué)習(xí)中。例如，在學(xué)習(xí)“大氣壓強(qiáng)”這個(gè)章節(jié)內(nèi)容時(shí)，我們就利用了自制教具導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生的求知欲。具體做法是：取兩根粗細(xì)相差不大的試管，用較粗的管子套住較細(xì)的管子，并在兩根試管的間隙注入清水，當(dāng)把兩個(gè)套著的試管倒過來開口朝下時(shí)，學(xué)生認(rèn)為細(xì)的試管會(huì)在重力的作用下掉到地上?？墒?，當(dāng)學(xué)生看到細(xì)的試管不但沒有掉下來，反而徐徐上升時(shí)，他們感到十分好奇、驚訝，這時(shí)教師可以順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入“大氣壓強(qiáng)”的學(xué)習(xí)。

在《動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化》的教學(xué)中，為了吸引學(xué)生的注意力，我們制作了一個(gè)“聽話的滾筒”導(dǎo)入教學(xué)：把一個(gè)大竹筒的兩端截?cái)?，用兩個(gè)粗細(xì)相同的竹節(jié)作為蓋子，在每個(gè)蓋子上穿兩個(gè)大小相同的小孔，在兩個(gè)小孔中各穿入一根橡皮筋，使橡皮筋橫穿竹筒，然后用蓋子封住竹筒的兩端，在其中一根橡皮筋中間固定一塊小鐵塊，并用透明膠固定蓋子和竹筒。在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓竹筒滾動(dòng)，使上下兩段橡皮筋在小鐵塊的作用下互相纏繞，發(fā)生彈性形變，隨著竹筒滾動(dòng)逐漸變慢，最后橡皮筋恢復(fù)原狀，同時(shí)彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使竹筒反向滾動(dòng)。這樣，動(dòng)能和彈性勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)化，竹筒不斷前后滾動(dòng)。教師邊做實(shí)驗(yàn)邊解說，竹筒很“聽話”地前后滾動(dòng)，猶如表演魔術(shù)一般。最后，教師剖析實(shí)驗(yàn)器具的原理，說明實(shí)驗(yàn)過程，導(dǎo)入新課。

實(shí)踐證明，從新、奇、趣、險(xiǎn)、疑等角度自制物理實(shí)驗(yàn)教具，并通過呈現(xiàn)給學(xué)生新奇的物理現(xiàn)象和給予學(xué)生成功的體驗(yàn)，能極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生保持持久的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（三）自制教具在學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在物理教學(xué)活動(dòng)中，讓學(xué)生制作教具并利用教具開展物理實(shí)驗(yàn)，既可以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，又能培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的科學(xué)態(tài)度。例如：在學(xué)習(xí)了《溫度》這節(jié)內(nèi)容后，我們讓學(xué)生分成幾個(gè)小組，利用課余時(shí)間嘗試設(shè)計(jì)和制作一個(gè)溫度計(jì)，教師先對(duì)學(xué)生進(jìn)行方法指導(dǎo)，同時(shí)約定完成任務(wù)后進(jìn)行全班評(píng)比。學(xué)生回家后開始尋找制作溫度計(jì)的器材，著手制作，忙得不亦樂乎。在評(píng)比環(huán)節(jié)，學(xué)生們展示了各式各樣的溫度計(jì)，如：裝液體的容器，有的學(xué)生用礦泉水瓶，有的學(xué)生用藥水瓶，有的學(xué)生用墨水瓶；制作細(xì)管子，有的學(xué)生用飲料管，有的學(xué)生用玻璃管，有的學(xué)生用空的圓珠筆芯。在展示作品環(huán)節(jié)，每個(gè)小組派代表把制作好的溫度計(jì)分別浸在同一盆溫水中，觀察管子里液面上升的高度。經(jīng)討論歸納得出：容器中液體越多，細(xì)管里液面上升的高度就越高；管子的內(nèi)徑越小，溫度計(jì)的靈敏度越高。學(xué)生通過制作溫度計(jì)、操作實(shí)驗(yàn)，對(duì)溫度計(jì)的構(gòu)造、原理及作用有了更深刻的理解，對(duì)影響溫度計(jì)的靈敏度的因素也有了一定的認(rèn)識(shí)，在一定程度上提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力和實(shí)驗(yàn)探究能力。

（四）自制教具在物理科技制作課中的應(yīng)用

在“以人為本”“可持續(xù)發(fā)展觀”的教育理念指導(dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和關(guān)心社會(huì)、熱愛自然與科學(xué)的素養(yǎng)，已成為現(xiàn)代教育的目標(biāo)之一。絕大多數(shù)的自制教具活動(dòng)不是簡(jiǎn)單的儀器仿制，而是需要經(jīng)過思考、構(gòu)思和設(shè)計(jì)的。比如，根據(jù)所學(xué)“電磁繼電器”的知識(shí)，可利用聲原理、光原理自制水位報(bào)警器。此外，在自制教具過程中，需要涉及科學(xué)知識(shí)、生產(chǎn)工藝和新材料、新技術(shù)、新方法。比如，制作“沉浮子”時(shí)，需要不斷地進(jìn)行調(diào)試，使里面的小瓶子達(dá)到懸浮效果。又如，在學(xué)習(xí)了“長(zhǎng)度測(cè)量”的知識(shí)后，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)設(shè)計(jì)功能刻度尺，學(xué)生利用熒光條畫刻度線設(shè)計(jì)出可在黑暗環(huán)境中使用的刻度尺，還設(shè)計(jì)出了裝有凸透鏡的刻度尺，既可測(cè)量長(zhǎng)度，又有放大作用，從而開闊了學(xué)生的思維。

我們?cè)诿磕甑摹皭劭茖W(xué)月”活動(dòng)中，組織學(xué)生開展科技小制作比賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科技意識(shí)。例如：讓學(xué)生用A4紙、膠水、透明膠等材料自制紙橋，利用紙橋進(jìn)行承重與創(chuàng)意設(shè)計(jì)比賽。學(xué)生先開展小組討論，然后分工合作、動(dòng)手制作，再反復(fù)實(shí)踐，制作出了各式各樣的紙橋。又如，我們讓學(xué)生在課余時(shí)間尋找材料，制作一個(gè)裝蛋的容器，看誰能把雞蛋砸得更遠(yuǎn)（條件是雞蛋不能破）。這一主題活動(dòng)激活了學(xué)生的思維，學(xué)生積極開動(dòng)腦筋設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：有的用泡沫作為盒子，把雞蛋放進(jìn)泡沫盒子里；有的用塞滿海綿或碎紙屑的盆子裝雞蛋；有的用筷子做成支架小盒子，用海綿包好雞蛋放進(jìn)小盒子里，在盆子外面系上氣球。我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生制作的裝蛋容器，有的粗糙，有的精致；有的因?yàn)樘赝恫贿h(yuǎn)，有的因?yàn)樽龅貌焕喂痰巴冻鋈ゾ妥财屏?，有的做得既美觀牢固投蛋又遠(yuǎn)又安全。隨后，我們請(qǐng)獲得實(shí)驗(yàn)成功的學(xué)生介紹自己的創(chuàng)作思路和制作過程，其余學(xué)生學(xué)習(xí)、借鑒。在教師的指導(dǎo)下組織學(xué)生開展科技小制作活動(dòng)，寓學(xué)于樂，這對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力、合作能力、創(chuàng)新能力及科技意識(shí)十分有益。

美國(guó)華盛頓大學(xué)的一條橫幅上這樣寫道：“我聽說了就忘記了，我看過了就領(lǐng)會(huì)了，我做過了就理解了?！彼羁痰卣f明了“做”的重要性。物理是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門學(xué)科，更要注重“做”的過程，而自制教具便是物理教學(xué)實(shí)現(xiàn)“做”的載體，它不僅是物理教學(xué)的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。利用生活中簡(jiǎn)單的材料、物品甚至廢棄品開展一些簡(jiǎn)易可行的物理實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

（責(zé)編 歐孔群）