中學物理教學演示實驗教具制作與探究

福建省廈門市檳榔中學(361004)

陳延望●

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中學物理教學演示實驗教具制作與探究

福建省廈門市檳榔中學(361004)

陳延望●

教育者必需先受教育，加強物理演示實驗教學的關鍵在于培養(yǎng)一支動手能力和設計能力強的教師隊伍.由于我國很大一部分地區(qū)的中學實驗室缺乏實驗儀器設備或者根本沒有實驗儀器，導致中學物理教學的效果不是很明顯.這在很大方面降低了教師物理教學的效果.本文從分析當前中學物理演示實驗教學的現(xiàn)狀入手，根據(jù)新一輪物理教學改革的要求，闡述并重申了中學物理演示實驗教具設計和制作的重要性和必要性，并通過自身的研究和時間，探索中學物理演示實驗教具的設計制作與開發(fā).

物理實驗；教具制作；創(chuàng)新實驗

一、中學物理教學演示實驗教具制作的概述

1.教具制作的歷史

20世紀50～70年代末，我國教學儀器工業(yè)并不發(fā)達時期，廣大物理教師發(fā)揚自力更生、艱苦奮斗的精神，用廢舊材料和生活中易得材料自制物理教具，來滿足物理教學的需要.

20世紀80年代以來，隨著我國教學儀器工業(yè)的發(fā)展和國家對基礎教育的重視，中學的實驗條件逐步得以改善.各級各類中學按照國家頒布的規(guī)定配備購置標準實驗器材，同時實驗也成為衡量基礎物理實驗教學的重要指標.

在全面推進素質(zhì)教育的今天，這些背離物理教育目標、輕視教學過程與方法、使學生喪失學習情感的物理實驗教學行為，對學生發(fā)展意味著什么，應該引起廣大物理教師的深刻反思.

2.教具制作的現(xiàn)有趨勢

現(xiàn)在歐美、日本、加拿大等發(fā)達國家的中學物理教學已將學生實驗作為教學的主要內(nèi)容.我國香港初中物理教材中的每個問題幾乎都要由學生自己通過做實驗來進行認識；臺灣省明文規(guī)定初中物理實驗時間不得少于物理上課時間的二分之一.從國外考察歸來的一些人員說，在發(fā)達國家和地區(qū)的中學物理實驗室里，隨處可以看到一些簡單的自制教具，學生常用自己制作的教具做實驗，進行學習.

當今我國正在貫徹素質(zhì)教育，開展“活動課”和加強“邊學邊實驗”教學，這些教學活動需要大量器材，而這些器材又是多而雜，要全部靠學校來配備是不現(xiàn)實的，所以需要廣泛發(fā)動廣大師生來自制教具、學具來滿足教學的需要，因此自制教具的實質(zhì)就是中學物理教學改革和實施素質(zhì)教育的一大物質(zhì)保證.

3.教具制作存在的誤區(qū)

(1)教具制作只是解決現(xiàn)有資金問題的短暫試驗

以為是實驗經(jīng)費不足的一種應急措施，等到學校發(fā)展了，經(jīng)費充足了，就會放棄教具自制實驗.用身邊隨手可得的物品進行探究活動和各種物理實驗，可以拉近物理實驗與生活的距離，讓學生深切地感到科學真實性，消除了科學的神秘感，感受到科學與社會，科學和日常生活的關系.另一方面，由于這些物品本來的用途并不是進行物理實驗，所以這種做法本身就是一種創(chuàng)新，自制教具是實驗教學的有效補充和延伸，對培養(yǎng)學生的求知欲，提高學生的創(chuàng)新能力都有極其重要的作用；也符合環(huán)境保護的要求，是與建立節(jié)約型社會相適應的，同時也符合學校的發(fā)展要求.

(2)多媒體仿真實驗可以代替教具制作進行教學

多媒體仿真實驗在于創(chuàng)作的及時性和便利性，對于教師而言是最有效的教學方法之一，對于相關的教學起到了很好的促進作用，然而一味的使用多媒體仿真實驗正在使學生迷失方向，對于學生的動手能力，將產(chǎn)生嚴重的影響，學生將于老師的課件中迷失方向，一味的單純接受而沒有經(jīng)過深入的理解消化，對于學生的思維方式的養(yǎng)成將造成嚴重的傷害，不利于學生的長遠發(fā)展．

(3)教具制作浪費教師大量的教學時間和精力

大部分老師都以為自制教具會浪費自己大量的時間和精力，會嚴重影響自己的備課和教學，適得其反.然而其實自制教具從另一方面來講的話反到會促進老師的教學從另一方面促進了老師的教學工作，從老師的自制教具中學生能更清楚的了解物理學抽象的概念，為教師的教學起到事半功倍的作用.

4.教具設計的基本思想

物理教具設計的基本思想與要求物理教具的設計首先是為教學內(nèi)容服務設計的，教具應當作為輔助教學的工具.自制教具與廠家生產(chǎn)的教學儀器不同，它不是商品，所以對它的工藝要求不作為一項主要指標，但作為教具也要力爭美觀得體，不是越土越好.

對它的主要要求是：

一要設計新穎、現(xiàn)象明顯、原理明確、符合教學要求.自制的教具必須有較好的穩(wěn)定性，較高的實驗成功率.如果教具在實驗過程中很難操作，或者實驗成功率低，這樣的教具給學生演示，學生會愈看愈糊涂，學生會感到物理難學，產(chǎn)生學習物理的消極情緒和畏難情緒.好的演示儀器要有明顯的效果，可觀察性要強，演示時要盡量能讓所有參與的同學都能看得清楚.盡量使一個教具具有多種功能.

二要結構簡單、取材容易、易于制作、造價低廉、使用方便.根據(jù)學校能夠提供多少物力和財力量力而行，最好是就地取材、因陋就簡.

三要安全、親切、學生感到有趣有用.教具的設計還要考慮趣味性，中學生正處在青春期，他們對周圍的世界有著廣泛的興趣.物理教學本身就有許多有趣的東西，如果我們能在教學中把這些有趣的東西結合起來，就會激發(fā)起學生的熱情，從而收到良好的教學效果.

二、教具制作的作用

1.教具制作可以挖掘?qū)W生興趣，激發(fā)學習動力

新課程標準特別強調(diào)要重視物理課程對學生情感方面的教育功能，關注學生的興趣和好奇心.教師用學生熟悉的材料組建的新結構來創(chuàng)設物理學習情境，學生能夠從“知”的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)“未知”，使學生原有的認知結構與當前面臨的現(xiàn)實產(chǎn)生沖突，從而使學生產(chǎn)生探求新知的強烈愿望，他們的課堂表現(xiàn)是，情緒興奮、興趣盎然、注意力高度集中.產(chǎn)生這一效果的原因就在于自制教具所特有的“新、奇、疑”.

由于自制教具所用的材料大都來源于生活，用它來呈現(xiàn)物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律，學生會感到十分親切，感到科學就在自己的身邊，從而消除或減弱對物理學的神秘感和畏難情緒

2.教具制作有利于發(fā)揮老師和學生的個性

“由統(tǒng)一規(guī)格教育向差異性教育轉變——樹立個性教育意識”是新課程標準最重要的教學觀點之一.目前各中學裝備的廠制常規(guī)實驗器材，無論是從數(shù)量上還是從種類上都在一定程度上限制了物理教學改革，尤其是限制了教師發(fā)揮個性化教學的自由度.沒有教師的個性化教學，就不可能造就富有個性的學生.從這個意義上看，自制教具所具有的使教學個性化、有利于發(fā)展學生個性的重要價值應給予充分的重視.

3.教具制作有利于學生理論聯(lián)系實際，增加各學科之間的滲透

我們今天生活、工作的環(huán)境都是由各種技術形態(tài)的科學來決定的，學生們成長在這樣一個技術世界里，對他們來說，屬于人類文化的物理學更多的是通過周圍的技術來展現(xiàn)的.自制教具取材于生活或身邊，在實驗觀察時，器材本身已不是學生們好奇的東西，他們所關注的是這些生活材料究竟能呈現(xiàn)什么物理現(xiàn)象，因此，他們的觀察有較強的目的性、期盼性.

4.教具制作有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神

教師展現(xiàn)在學生面前的自制教具，其巧妙的設計、獨到的構思，將給學生以創(chuàng)造性的啟發(fā)和激勵，而其不完美、不理想之處又可促使學生產(chǎn)生“如何才能做得更好”的創(chuàng)造動機.特別是自制教具中蘊含的豐富的創(chuàng)新思路，無不潛移默化地啟迪著學生.

5.教具制作有利于培養(yǎng)學生的實際動手能力

自制的物理教具、儀器一般都比較簡單，其特點是就地取材、易制易修.這一特點決定了它們在教學過程中不怕學生弄壞，可以放心地讓學生充分接觸.因此，自制教具無論其外顯的還是內(nèi)涵的東西，對學生的啟發(fā)、影響和激勵等作用比怕碰怕摸的廠制常規(guī)儀器發(fā)揮得更多.教師大可不必對學生說“不要搞壞了”之類的話，由此可以使學生的頭腦和手指肌肉都充分地活動起來，并且充分取得前期操作的經(jīng)驗.

物理教學中使用“不怕學生弄壞”的實驗器材，教師放心，學生隨心，教師包辦代替的成分少，學生動手實踐的機會多.在具體操作過程中，學生將不斷地發(fā)現(xiàn)問題，自主解決問題，因此會不斷積累直接經(jīng)驗，增長實踐才干，提高實踐能力.

6.教具制作有利于促進學生主動建構知識

自制教具的過程具有促進學生主動建構知識的意義，建構主義在當前國際教育領域具有廣泛影響，是我國基礎教育課程改革的主流指導思想.建構主義學習理論認為，學習是建構性的，學習的本質(zhì)起源于主體的實踐活動——主體與外界的交互行為及其內(nèi)部認知加工過程，是主體通過活動對體驗的內(nèi)化、對知識意義的生成和人格精神的建構過程.而學生自己動手制作教具則是一種自主的實踐活動，實踐的目標是將客體(材料)生成具有物理意義的新結構，這是學生通過自己獨特的認知方式和生活經(jīng)驗與客體(材料)進行交互活動后，對外在信息的理解、感悟、體驗和在特定情境下的心理加工、構建知識意義和價值理念的過程.

三、教具制作的實踐及分析

部分作品展示

項目一：水火箭又稱氣壓式噴水火箭(水推進火箭)

主要材料：礦泉水瓶，硬卡紙，膠布自行車輪胎打氣頭等

原理：水火箭是寓教于樂、科技含量高，深受廣大青少年喜愛的動手、動腦的科普教材.可以讓學生直觀了解導彈，運載火箭的發(fā)射升空，回收的過程，導彈的飛行與飛機的飛行原理及不同點.解釋牛頓第一、第二、第三定律(作用與反作用、慣性、能量守恒定律)了解一些基本的空氣動力學和飛行力學等方面知識.使廣大青少年了解航天科技，熱愛航天科技，為國家航天事業(yè)培養(yǎng)、造就、輸送優(yōu)秀人才.

項目二：沉浮子

主要材料：玻璃筒，玻璃瓶，玻璃膠，沙子等.

原理：通過內(nèi)部兩個小瓶子與量筒管壁的相互作用，通過受力合成的原理，當G+f>F時，內(nèi)部套件下沉于量筒底部，當G

項目三：跳舞的小女孩

主要材料：擴音喇叭，卡紙，變壓器，導線等

原理：通過小女孩優(yōu)美的舞蹈，吸引學生的注意，進一步解釋聲音的共振的原理，為什么小女孩會隨音樂二翩翩起舞，進一步解釋摩擦力的存在和力的三要素.

項目四：光的反射定律

主要材料：卡紙.

原理：通過光的光路圖，解釋光的反射定律.將抽象的光線傳播定律化成具體的實驗項目使學生從中學習到光學的相關知識，并加深學生的對抽象概念的理解，使學生進一步養(yǎng)成良好的思維習慣.

項目五：電動機

主要材料：磁鐵，漆包線，導線等

原理：將電能轉變?yōu)闄C械能，主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子，其導線中有電流通過并受磁場的作用而使轉動.

四、教具制作的個人體會

1.教具制作可以有效地激發(fā)學生的學習積極性和主動性

自制教具一般都貼近教學，貼近生活，易制易演，有很強的針對性和趣味性，所以學生極易產(chǎn)生共鳴，愿意去做去用.

2.教具制作讓學生親自通過實踐獲取了知識，掌握技能和科學方法

自制教具從制作到使用都是在師生共同參與下進行，學生通過手腦并用，親自實踐獲取的知識、技能與方法，比只在教師使用現(xiàn)成儀器演示講解中所獲得的要活的多，實在的多，也有價值的多.

3.教具制作有效地開發(fā)了學生地智力和形成各種能力

自制教具要通過構思、設計、籌劃、運用一系列的實踐過程，在這些過程中學生必須不斷探索，不斷克服困難，這對開拓學生的視野，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和科技意識有獨特作用.

4.教具制作有效地培養(yǎng)了學生的非智力因素

非智力因素指科學態(tài)度、作風、習慣等.自制教具的本身就是一個嚴格的科學過程，要苦心鉆研，不斷實踐、實事求是、精益求精，來不得半點虛假，這對學生科學世界觀和方法論的形成是具體的促進.

由于進行這項教學改革的時間不長，所以在一些方面也還存在不足.今后，首先要注意收集積累教具信息資料，引導學生更多地了解國內(nèi)外教具發(fā)展動態(tài)，這是創(chuàng)新的前提和基礎；另外還要注意引導學生將自制教具學具與新科技的發(fā)展緊密結合，積極爭取經(jīng)費，創(chuàng)造條件，鼓勵學生在自制教具學具中大膽采用新技術、新材料和新工藝.

從國內(nèi)外情況來看，自制教具學具是很有生命力的，它將是中學物理教育工作者一個永恒的教學話題，也是一個值得繼續(xù)探討的問題.

實踐表明，在中學物理教學法實驗課中開展自制教具學具技能訓練，其主要意義并不在于制作出什么，而是以活動為載體，促進了師生互動，使中學物理教學法實驗課的教學功能得以充分發(fā)揮.

[1] 張偉.論物理自制教具對落實新課程標準的教學價值[J].內(nèi)蒙古師范大學學報自然科學(漢文)版，2003年12月

[2]王久海等.堅持自制教具促進物理教學改革[J].學科教育(JournalofSubjectEducation)，2000年第3期

[3]李洪奎等.低成本物理實驗的研究[J].大學物理實驗，2007年9月

[4]張偉等.論物理自制教具對落實新課程標準的教學價值[J].內(nèi)蒙古師范大學學報自然科學(漢文)版，2003年12月

[5]王久海等.堅持自制教具促進物理教學改革[J].學科教育(JournalofSubjectEducation) ，2000年第3期

[6]張暉.新課程的教學改革[M].北京:首都師范大學出版社，2002.

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