王理想

（新疆師范大學(xué)附屬中學(xué)，新疆 烏魯木齊 830054）

1 自制教具開發(fā)現(xiàn)狀背景

隨著教學(xué)改革的不斷深入，教育部頒布的《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》涉及教育思想、人才培養(yǎng)模式、教育內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的改革，也對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)提出了更高、更新的要求.目前，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材配置相對(duì)齊全，DIS實(shí)驗(yàn)室的建立更是為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了活力.傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)便捷、直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，同時(shí)也促使學(xué)生了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法、形成正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革.但是，在實(shí)際教學(xué)中，教師為了讓物理實(shí)驗(yàn)回歸物理探索的本義、切實(shí)提高課堂教學(xué)的有效性、解決教學(xué)中的重難點(diǎn)、探索實(shí)驗(yàn)課堂探究多樣化教學(xué)方式，會(huì)面臨出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)器材缺乏或不足的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)器材放不進(jìn)教室、改教師演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)等問(wèn)題.解決這些問(wèn)題的有效途徑之一就是自己動(dòng)手、就地取材大力開展自制教具活動(dòng).

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的課程資源，倡導(dǎo)利用日常器具做實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室的課程資源不僅限于實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備，學(xué)生身邊的物品和器具也是重要的實(shí)驗(yàn)室資源.新課程所表現(xiàn)出的綜合化、生活化、整體化和情景化等特點(diǎn)也對(duì)教師提出了更高的要求，同時(shí)把學(xué)生能力的培養(yǎng)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革自然要從物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始，因此教師只有用心探索、悉心教研，制作精良、實(shí)用的教具來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)用教材和教具的不足；突破實(shí)驗(yàn)條件制約，推進(jìn)物理教學(xué)的改革.正如著名科學(xué)家李政道博士在參觀一所中學(xué)時(shí)曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“自己做的儀器永遠(yuǎn)比買來(lái)的好”，設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備已成為新課程實(shí)施和完成上述改革的必然內(nèi)容和必要條件.

2 自制教具開發(fā)目的和意義

自制教具往往構(gòu)思巧妙、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于學(xué)生動(dòng)手，學(xué)生可以清楚了解其結(jié)構(gòu)和原理及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察；結(jié)合實(shí)踐設(shè)計(jì)相應(yīng)的自制、仿制或創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行演示，使物理過(guò)程展現(xiàn)在學(xué)生的面前，形象直觀，學(xué)生一看就明白，正如我國(guó)著名物理教育家朱正元教授所說(shuō)：“對(duì)于物理概念、物理規(guī)律等一些理論性的東西，往往是千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清，一看實(shí)驗(yàn)就分明”.多年來(lái)，在自制教具開發(fā)方面，許多教師都做了有益的研究和探討.

（1）促進(jìn)儀器完善、實(shí)驗(yàn)室建設(shè).自制教具作為一種教學(xué)科研成果，反映時(shí)代技術(shù)特點(diǎn)，凝聚了一線教師的智慧.把優(yōu)秀的作品和做法推廣到廣大教師中去，在教育教學(xué)改革中發(fā)揮出作用，促進(jìn)教學(xué)儀器完善；另一方面，還存在學(xué)校因財(cái)力不足，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不達(dá)標(biāo)，原有的教學(xué)器材滿足不了教學(xué)的需要或滯后于時(shí)代發(fā)展，這樣許多實(shí)驗(yàn)需要師生共同開發(fā)自制教具，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè).

（2）促使物理實(shí)驗(yàn)回歸物理探索的本義，提高教學(xué)質(zhì)量，有助于突破教學(xué)中的重難點(diǎn).自制教具直觀化、形象化、易操作的特點(diǎn)，使得教師借助自制教具講解比較抽象的物理知識(shí)時(shí)，可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，簡(jiǎn)單的問(wèn)題趣味化，趣味的問(wèn)題藝術(shù)化；改善實(shí)驗(yàn)效果，最大限度地重現(xiàn)自然界中的物理現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)喚醒沉睡在學(xué)生頭腦中對(duì)自然現(xiàn)象的記憶.把自然現(xiàn)象、生活實(shí)際和課堂教學(xué)融合起來(lái).

（3）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科技意識(shí)，有利于學(xué)生成為教學(xué)的主體.絕大多數(shù)教具不是簡(jiǎn)單的儀器仿制，要經(jīng)過(guò)一定的思考、創(chuàng)意、構(gòu)思和設(shè)計(jì)，需要具有創(chuàng)新意識(shí).在自制教具的活動(dòng)中，也可引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生研制教具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)“做中學(xué)”去貫徹“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念，自然深化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵，還給學(xué)生成為教學(xué)主體提供了機(jī)會(huì).正如溫家寶同志在視察學(xué)校時(shí)曾經(jīng)指出？“學(xué)生從小不僅要學(xué)會(huì)動(dòng)腦，還要學(xué)會(huì)動(dòng)手.過(guò)去教育的毛病就是把手、腦分離.我們培養(yǎng)的學(xué)生將來(lái)不僅要有知識(shí)，更重要的是要用這種知識(shí)去解決世界上的問(wèn)題，這就要養(yǎng)成動(dòng)腦和動(dòng)手相結(jié)合的習(xí)慣.”

（4）提升教師綜合素質(zhì)和科研能力，促進(jìn)教師專業(yè)成長(zhǎng).作為一名教師，自制教具能力應(yīng)當(dāng)是一項(xiàng)基本功，自制教具需要教師擁有創(chuàng)新的活力、扎實(shí)的理論知識(shí)、嫻熟的制作技能、堅(jiān)強(qiáng)的意志等.教師在自制教具過(guò)程中，一方面領(lǐng)悟了物理教具研制的基本原則和基本技能，另一方面又可以促使教師深入鉆研課程標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真分析教材，明確教學(xué)的重難點(diǎn).所以教師必須刻苦學(xué)習(xí)，增長(zhǎng)多方面知識(shí)，并最終實(shí)現(xiàn)提高教師科研能力的目的.

3 自制教具開發(fā)思路和內(nèi)容

自制教具是一種個(gè)性化創(chuàng)新活動(dòng)，是推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，全面實(shí)施素質(zhì)教育的有效途徑.自制教具設(shè)計(jì)思路應(yīng)來(lái)源于生活并服務(wù)教學(xué)，讓學(xué)生感知到我們?cè)谖锢淼氖澜缰?，提倡和推廣“壇壇罐罐做儀器，因陋就簡(jiǎn)做實(shí)驗(yàn)”，注重科學(xué)探究，提倡實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式多樣化.自制教具同時(shí)需在8個(gè)方面綜合考慮：在功能上具有需要性；在原理上具有創(chuàng)新性；在現(xiàn)象上具有差異性；在結(jié)構(gòu)上具有簡(jiǎn)潔性；在感觀上具有藝術(shù)性；在造價(jià)上具有低廉性；在制作上具有容易性；在操作上具有方便性.

科研課題大多來(lái)源于生活和教學(xué)實(shí)踐，研究者要善于觀察思考、鉆研課程標(biāo)準(zhǔn)和新教材，善于從教改的實(shí)際需要和生活實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)和捕捉新課題.課題的選擇應(yīng)充分發(fā)揮參與者（教師）的優(yōu)勢(shì)和專長(zhǎng)，選題大小、難度應(yīng)適中，做到先小后大、先易后難.設(shè)計(jì)方案又得在教學(xué)實(shí)踐中趨于完善和合理，因此要求研制者要有耐心和恒心，要有不怕失敗的思想準(zhǔn)備.

3.1 從教改的實(shí)際需要和教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)尋找課題

如自感現(xiàn)象演示裝置制作（如圖1）.

3.1.1 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

“互感和自感”教學(xué)中采用如圖2和圖3所示的電路圖教具，演示通電自感和斷電自感實(shí)驗(yàn).

演示通電自感、斷電自感分別在兩個(gè)不同的電路中進(jìn)行，如果用圖1電路做斷電自感實(shí)驗(yàn)，眼睛觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，容易帶給學(xué)生概念理解、規(guī)律探究導(dǎo)向性錯(cuò)誤.電路中不能直觀地觀察到自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向.經(jīng)過(guò)實(shí)踐，在圖1電路中置入發(fā)光二極管，即可彌補(bǔ)以上的缺點(diǎn)且制作簡(jiǎn)單.

圖1

圖2

圖3

3.1.2 制作材料與方法

塑料泡沫板一塊（不用的宣傳標(biāo)語(yǔ)底板）、電位器2只、小燈泡座2個(gè)、小燈泡2只、電感線圈1個(gè)、開關(guān)1個(gè)、發(fā)光二極管50個(gè)，干電池5－6節(jié)、導(dǎo)線若干.先在塑料泡沫板表面粘上一層白紙，按圖1在白紙上畫好電路，仔細(xì)扎上發(fā)光二極管.再將元件安裝連接好.

3.1.3 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象

通電自感：閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電位器，使2小燈泡A1、A2正常發(fā)光，亮度大致相同，支路D2、D4發(fā)光二級(jí)管發(fā)光顯示出電流方向（如圖4）.斷開開關(guān)S，再閉合開關(guān)S瞬間，即可觀察到小燈泡A1相對(duì)小燈泡A2發(fā)光延時(shí)現(xiàn)象，同時(shí)支路D2、D4發(fā)光二級(jí)管發(fā)光顯示出電流方向.可知電流瞬間增大使電感線圈L中產(chǎn)生了左正右負(fù)的自感電動(dòng)勢(shì)阻礙流過(guò)小燈泡A1電流.

圖4

圖5

3.2 以人教版教材課后習(xí)題、教材閱讀材料為課題性問(wèn)題設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)、制作教具

圖6

如旋轉(zhuǎn)的液體裝置制作（如圖6）.

3.2.1 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

該實(shí)驗(yàn)利用液體的旋轉(zhuǎn)來(lái)顯示洛倫茲力的存在，學(xué)生能夠自行操作并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果顯著.通電后，導(dǎo)電液體內(nèi)陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)形成電流，處在磁場(chǎng)中的離子受到洛倫茲力的作用，根據(jù)左手定則，陰陽(yáng)離子受到同方向的力，從而帶動(dòng)器皿中的液體旋轉(zhuǎn)起來(lái).

3.2.2 制作材料與方法

金屬器皿深1.5cm左右一個(gè)（裁剪金屬易拉罐）、干電池3～4節(jié)、導(dǎo)線若干、銅條1根、蹄形磁鐵1個(gè)、硫酸鉀溶液、可懸浮在液體表面的小顆粒一些（可選木材鋸末）.將配置好的硫酸鉀溶液倒入金屬器皿內(nèi)，撒上少許鋸末，手持銅條，連接好電路（如圖6）.

3.2.3 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象

用一次性紙杯將水倒人金屬器皿中，再將硫酸鉀適量溶解在水中，按圖6所示裝置連接好電路.將一頭彎曲的銅條放人器皿中心，可以觀察到銅條周圍有氣泡產(chǎn)生同時(shí)，即可看到鋸末在液體中旋轉(zhuǎn).現(xiàn)象有趣，安全，無(wú)副作用.既可用于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也可用于探究性實(shí)驗(yàn)，大大地激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)探究熱情和創(chuàng)作熱情.

3.3 以解釋生活中的物理現(xiàn)象為課題制作演示儀器

如模擬雷電現(xiàn)象和避雷針原理裝置制作（如圖7）.

3.3.1 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

雷電是自然界中宏偉壯觀的景象.通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭開了雷電神秘的面紗，證明了雨中的雷電和實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的電具有相同的性質(zhì)，即雷電就是一種放電現(xiàn)象.對(duì)于避雷針的使用，學(xué)生對(duì)避雷針的避雷現(xiàn)象沒(méi)有親眼目睹，不能真正的理解其原理.為了讓學(xué)生親身觀察感受到生活中的自然現(xiàn)象，制作實(shí)驗(yàn)裝置.

3.3.2 制作材料與方法

靜電高壓電源、兩圓形平行金屬板、兩絕緣支架、帶兩個(gè)鐵夾鐵架臺(tái)、導(dǎo)線若干.按圖7安裝好，將靜電高壓電源兩極分別接在兩金屬板的邊緣.

3.3.3 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象

圖7

圖8

模擬雷電現(xiàn)象：接通電源，兩金屬板間形成火花放電，可聽(tīng)到噼啪聲，并看到火花（如圖8）.若看不到火花，可繼續(xù)調(diào)大電壓或適當(dāng)減小兩金屬板間的距離.演示完畢后，關(guān)閉電源.

避雷針原理：在圖8兩金屬板之間放一塊浸了酒精的脫脂棉球，再放入一枚圖釘，調(diào)整棉球的形狀分別高于、低于圖釘各一次.接通電源，發(fā)現(xiàn)棉球高于圖釘實(shí)驗(yàn)中，棉球被電火花點(diǎn)燃（如圖9）.棉球低于圖釘實(shí)驗(yàn)中，棉球沒(méi)有被點(diǎn)燃（如圖10）.

圖9

圖10

圖11

3.4 改進(jìn)、創(chuàng)新現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)方案為課題

如改進(jìn) “探究功與速度變化的關(guān)系”（如圖11）.

3.4.1 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

人教版高中物理新課標(biāo)·必修2，引入“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，目的是為了讓學(xué)生經(jīng)歷和體驗(yàn)探究的過(guò)程，提高理論聯(lián)系實(shí)際的水平.DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用提高了物理實(shí)驗(yàn)課堂探究效率裝置簡(jiǎn)單，易于操作，且重復(fù)性強(qiáng)可轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、提高實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神.經(jīng)教學(xué)實(shí)踐，本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案實(shí)驗(yàn)效果良好，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率.

3.4.2 制作材料與方法

DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、鐵架臺(tái)、彈簧、米尺，按圖11安裝實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)中用彈簧的彈力拉動(dòng)小車做功使小車獲得動(dòng)能，探究彈簧的彈力做的功與小車速度變化的關(guān)系.

3.4.3 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象

3.5 利用優(yōu)秀自制教具實(shí)例方案為課題，仿制教具

如靜電除塵演示儀器的制作（圖12）.

圖12

3.5.1 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

靜電除塵是靜電最重要的應(yīng)用.是給學(xué)生展現(xiàn)物理理論在實(shí)踐中的應(yīng)用的極好的例子.靜電除塵技術(shù)常用于以煤為燃料的工廠電站等單位主要用于收集煙氣中的煤灰和粉塵等.靜電除塵的基本原理是利用高壓電源產(chǎn)生的超高電壓在金屬圓筒與金屬線之間形成高壓電場(chǎng)，將空氣電離為正離子和電子在奔向正極的過(guò)程中遇到塵粒、塵埃，從而使塵粒、塵埃帶負(fù)電，帶負(fù)電的塵粒、塵埃，則會(huì)在電場(chǎng)力的作用下被吸附到帶正電的金屬圓筒上，然后在重力的作用下下落到煙筒的底部，從而達(dá)到靜電除塵的目的.

3.5.2 制作材料與方法

靜電高壓電源、圓形平行金屬板1個(gè)、絕緣支架1個(gè)、帶鐵夾鐵架臺(tái)、5cm長(zhǎng)鐵釘1個(gè)、一次性紙杯1個(gè)、蚊香若干、導(dǎo)線若干.5cm長(zhǎng)鐵釘穿過(guò)紙杯底部，按圖12安裝好.

3.5.3 實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象

調(diào)節(jié)好金屬板與鐵釘尖端間距5cm左右.將點(diǎn)燃的蚊香放在它們之間.接通電源，蚊香產(chǎn)生的煙被金屬板吸附；若斷開電源，煙又裊裊上升.

教育事業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)教學(xué)儀器的需求沒(méi)有止境，所以自制教具的研究就沒(méi)有止境；教育改革的發(fā)展離不開教具，只會(huì)對(duì)自制教具提出更高的要求，而教具的發(fā)展只有更好沒(méi)有最好.自制教具活動(dòng)集動(dòng)手動(dòng)腦、創(chuàng)新實(shí)踐、知識(shí)科學(xué)于一身的特點(diǎn)，必在素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育、實(shí)踐教育領(lǐng)域發(fā)揮其特殊的作用.我們教師要持之以恒，堅(jiān)持不懈，一定會(huì)使自制教具活動(dòng)開展越來(lái)越好，為全面推進(jìn)素質(zhì)教育服務(wù)，為發(fā)展我國(guó)的教學(xué)儀器事業(yè)作出新的、更大的貢獻(xiàn).

1 錢曉.自制教具在物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.物理教師，2014（6）：46－48.

2 林瑞漢.在物理教學(xué)中做一個(gè)有心人——談?wù)劷叹叩闹谱鳎跩］.物理教師，2012（4）：16－17.

3 黃樹清，陳美玲.物理概念與規(guī)律教學(xué)教具研制與應(yīng)用［J］.物理教師，2013（10）：42－44.

4 李天順.第七屆全國(guó)優(yōu)秀自制教具評(píng)選活動(dòng)頒獎(jiǎng)大會(huì)上的講話［EB/OL］.［2009－12－13］.http：/www.fjzzjy.gov.cn/newsInfo.aspx？pkId＝67431

5 朱正元.加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)，提倡自制教具［J］.人民教育，1978（1）.

6 張軍鵬，李德安，全漢炎.高中物理趣味實(shí)驗(yàn)［M］.廣州：廣東教育出版社，2011：68－74.

7 王理想.“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014（1）.

8 王理想.“探究功與速度變化的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.物理教學(xué)探討，2014（1）.

9 王理想.自感現(xiàn)象演示裝置改進(jìn)［J］.物理教師，2014（4）.