顧杰

[摘? ?要]實驗既是物理教學的內(nèi)容，也是物理教學的手段，通過實驗能有效幫助學生理解相關(guān)物理知識的內(nèi)涵，提升學生的動手操作能力，所以實驗教學是物理教學中的重中之重。初中物理教學中，可以通過自制教具開展實驗教學，有效提升課堂教學的趣味性，提高課堂教學實效。文章以《動能、勢能、機械能》的課堂教學為例，探討自制物理教具對課堂教學的影響。

[關(guān)鍵詞]自制物理教具;物理課堂教學;優(yōu)化教學

在初中物理教學中，實驗都需要適當?shù)膶嶒炂骶?。誠然，如今的實驗教學條件已經(jīng)有了極大的改善，師生可以使用各類精良的實驗器具。前提是，學生需要在教師的指導下進行實驗。正因為這樣，學生操作實驗器具時都會小心翼翼，也不可能隨心所欲地拿取實驗室的儀器進行實驗，所以實驗器材對學生的“親和力”不強;另一方面，從“生活走向物理，物理走向社會”的理念出發(fā)，教師應當鼓勵學生大膽運用生活中的日常用品開展物理實驗。因此，物理教學中，自制教具也就應運而生了。自制教具，一般用生活中的常用材料制作，這類教具制作簡單方便，損壞了可以維修改裝，其制作維護成本低是實驗室器具無法比擬的。同時，課本中牽涉的實驗器具有限，故學生能夠參與實驗設(shè)計與制作的機會并不多，難以激發(fā)學生學習的內(nèi)驅(qū)力。綜上所述，自制教具在初中物理教學中就顯得尤為重要。

一、自制物理教具概述

自制物理教具包含兩類：一是教師在課前自己做好的教具或者改善的教具，自制教具可以用身邊易得的材料和廢品進行組合制作。比如圖1為物理課本上的原圖，但是如果在課堂上演示，學生離得很遠，錘子釘釘子的可視效果很差。這時，如圖2所示，用手邊易得的鉛筆和泡沫塑料，把鉛筆釘在泡沫塑料中，然后再將錘子釘釘子的過程展示給學生，這樣學生觀察到的效果更好。二是教師指導或者組織學生制作的能夠反映物理原理的實驗器具。

設(shè)計制作的物理教具，首先要符合當節(jié)物理教學內(nèi)容，符合科學原理，要能為教學服務，但又不能影響教學進程，它應該是物理教學的一個輔助工具。其次，教具的設(shè)計制作必須切實可行，要根據(jù)教師個人及學校的實際情況量力而行，最好能就地取材，利用身邊的日常物品制作簡易物理教具。當然，教具成品以后，在展示中要比原有的教輔儀器更有效或更有趣味性。

二、自制物理教具，提升課堂教學實效

在課堂教學中，如果學生通過提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，最后能夠創(chuàng)造性地設(shè)計出新教具，或者對傳統(tǒng)教具加以改善，那么他們的能力和思維都會得到不同程度的提升。因此，物理課堂教學中，如果教師能適時恰當?shù)匾龑W生自制教具，學生就可以接觸到更豐富的教學內(nèi)容，并獲得更多的實踐體驗。

1.通過自制教具培養(yǎng)學生的科學思維，提升學生的模型建構(gòu)能力

“科學思維”主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證等要素。其中模型建構(gòu)能力，是物理學科教學中要求學生掌握的高階能力。建構(gòu)主義學習理論認為，學習的本質(zhì)起源于實踐活動。學生通過實驗活動中的體驗，就能逐步理解相關(guān)物理知識，并且進一步將認知升華，并驅(qū)動對實驗過程的反思，進而喚起對實驗儀器的改進需求。

[案例1]活動任務：探究動能大小與哪些因素有關(guān)。

實驗器材：斜面、小車、木塊、砝碼。

設(shè)計實驗：探究小車的動能大小是否與速度和質(zhì)量有關(guān)，本實驗的主要探究方法是控制變量法，通過木塊被撞擊后的移動距離，判定小車到達水平面后，撞擊木塊前的動能大小。

進行實驗：圖3為探究小車動能大小與速度關(guān)系的示意圖，讓同一小車從不同高度自由釋放;圖4為探究小車動能大小與質(zhì)量的關(guān)系，實驗中是通過加砝碼來改變小車總質(zhì)量的，實驗時，讓小車從斜面的同一高度自由釋放。

反思與調(diào)整：當學生完成實驗后，讓他們分享實驗中的成功經(jīng)驗或者遇到的問題，并與其他同學一起共同找出解決方案。

問題1.由于木板較短，木塊被撞擊后容易運動到木板外。

暫時解決方案：實驗時，降低斜面上小車的初始高度。

問題2.實驗需要測量木塊被推動后移動的距離，目測這個距離不夠準確。

暫時解決方案：用粉筆在木板上標記木塊的初位置和末位置，由于木塊方位會偏，所以此方法不夠準確，如圖5所示。

問題3.小車到達水平面的初始速度方向和木塊被撞擊后的運動方向不在一條直線，如圖6所示。

暫時解決方案：讓小車在斜面上滑下時，盡量對準木塊中央。

學生思考：導致問題3的主要原因是小車在撞擊木塊的瞬間很難把受力點控制在木塊受力面的中央，所以導致木塊被撞偏。如果能自制一個小車和木塊共同運動的軌道，就可以同時解決問題2和問題3。

展示自制教具，如圖7所示。

自制教具所用材料：兩根開了三分之一面槽的PVC塑料管，兩根管中間有可拆卸的彎管（塑料管上用藍色膠帶作標注），兩個不同質(zhì)量的小球，被撞擊的圓柱體物塊，如圖8所示。

學生評價總結(jié)：軌道足夠長，所以不用擔心圓柱體會被撞出軌道;圓柱體物塊移動的方向與受力方向也基本在同一直線上;軌道上的藍色標記可以方便比較圓柱體物塊被推動后的移動距離。

因此，實踐活動后，教師應鼓勵學生對實驗器具進行初步改進或調(diào)整，培養(yǎng)學生構(gòu)建模型的高階能力。當然，案例1中的教具出自教師之手，所以學生的認知過程是自己先按照書本上的要求進行實驗操作，然后進行認知上的反思和改進。這已經(jīng)實現(xiàn)了新課程標準所要求的由“關(guān)注知識”轉(zhuǎn)向“關(guān)注學生”，培養(yǎng)了學生的科學思維與實驗探究能力。

2.在自制教具的過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實驗探究能力

教師平時展現(xiàn)給學生的實驗器具雖然基本符合教學要求，但是在實際操作中，總有不完美或不理想之處。事實證明，實踐活動可以激發(fā)學生的創(chuàng)造動機，那么教師就應當適時把動手創(chuàng)作的機會讓給學生，讓學生親自完成自己的“作品”。

[案例2]活動任務： 模擬打樁。

實驗器材：釘桌、沙子、木塊、美工刀、剪刀、一大一小兩個塑料瓶，如圖9所示。

設(shè)計實驗：（略。學生并沒有想到使用兩個塑料瓶）

進行實驗：（略）

反思與調(diào)整：學生完成實驗后，繼續(xù)探討實驗中遇到的問題，并讓其他同學幫忙想解決方案。

問題1.實驗過程中，很難控制木塊從同一高度落下，沒有現(xiàn)成的參照物作為高度的標準。

問題2.木塊對釘桌做功時，受力點很難控制在桌面中央，釘桌陷進沙子后會偏著傾倒，學生不知道比較哪一個釘腳的深度，如圖10所示。

鼓勵學生思考、動手：再次進行實驗，利用手中的器材對此實驗進行改進與完善。

學生自制教具展示：用美工刀將兩個瓶子的底部和頂端切除，留下兩個木塊可以通過的豎直通道，這樣既能控制或改變木塊的落地高度，又能更好地控制木塊掉下后對釘桌的受力點，如圖11所示。

實際上，在教學活動中，依據(jù)教學需要對生活中常見的物品甚至廢棄材料進行加工，制成教具加以利用，就是潤物無聲地對學生進行創(chuàng)造性教育。易得的物品材料是生活中常見的，學生對其沒有陌生感，所以他們較容易對這類物品產(chǎn)生改造的欲望。學生制作的這類教具，短時間內(nèi)既可以展現(xiàn)學生的創(chuàng)新與動手能力，同時能使學生產(chǎn)生成就感，也激發(fā)了學生利用廢物進行創(chuàng)造的欲望，進而潛移默化地啟迪學生。

3.自制教具，優(yōu)化課堂內(nèi)容呈現(xiàn)方式

參照物理九年級上冊的《教師教學用書》 ，本節(jié)課的教學目標如下表：

[1 通過實例分析，認識到運動的物體能對其他物體做功，所以運動的物體具有動能。 2 通過探究，知道動能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，并能解釋簡單的現(xiàn)象。 3 通過探究，知道彈性勢能和重力勢能的概念和決定因素，并能解釋簡單的現(xiàn)象。 4 通過觀察和實驗，認識并理解動能和勢能的轉(zhuǎn)化過程，能解釋一些有關(guān)動能、重力勢能、彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化的簡單現(xiàn)象。 5 能運用控制變量法進行實驗設(shè)計，逐步培養(yǎng)學生在實驗中認真觀察、勤于思考的習慣。 ]

筆者對該實驗探究活動進行了反思：前面三個目標已經(jīng)讓學生知道了動能、重力勢能和彈性勢能的概念及決定因素，接下來，如何順理成章地讓學生認識并理解動能和勢能的轉(zhuǎn)化，就成了教學難點。原本，筆者總是按照物理教材上的“活動——觀察擺球動能和重力勢能的轉(zhuǎn)化”來引導學生進行認知的。但是筆者在某次觀摩聽課中觀察到他人的自制教具，并因此獲得了靈感，解決了該教學難點。

[案例3]活動1.探究動能大小與什么因素有關(guān)。

活動內(nèi)容：研究小球的動能，讓小球沿斜面下滑，使其對玩具小車做功，如圖12。

活動2.探究重力勢能及其影響因素。

活動內(nèi)容：探究砝碼的重力勢能，讓砝碼通過定滑輪和細繩對小車做功，如圖13。

活動3.探究彈性勢能及其影響因素。

活動內(nèi)容：探究橡皮筋的彈性勢能，讓拉緊的橡皮筋對小車做功，如圖14。

三個活動，教師都問了學生同樣的問題，（1）是誰讓小車動起來了？（2）誰對小車做功？（3）說明一開始誰具有能量？（4）它們分別具有什么特征？并嘗試給這種能量取名。

上述探究活動中，每個活動都引入了一個新的自制教具，這些教具不僅貼合教學大綱，并且較之教材上的實驗儀器增加了趣味性。通過這樣的探究能引導學生進行深層次的思考與總結(jié)：具有動能的小球、具有重力勢能的砝碼、具有彈性勢能的橡皮筋，通過做功都能讓小車運動起來，小車由此獲得了動能……爾后，自然地將話題過渡到了動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化。因此，自制教具不僅可以在教學局部的探究活動中，對學生產(chǎn)生視覺和思想上的“沖擊”，而且在整體上，也可以優(yōu)化課堂教學內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，收到了事半功倍的效果。

自制物理教具時，一般要注意以下幾個要求：

（1）教具能說明物理問題，揭示事物的本質(zhì)。

（2）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，要讓學生一眼看出其結(jié)構(gòu)包含的部件，不要增加學生的學習難度。

（3）自制的教具，要有較高的穩(wěn)定性，實驗成功率要高，防止學生對物理實驗產(chǎn)生畏懼心理。

（4）要有足夠的可見度，演示時要讓學生都觀察到實驗現(xiàn)象。

（5）盡量使一個器材擁有多個實驗功能，自制教具盡量就地取材。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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（責任編輯 易志毅）