自制物理教具提高課堂實效

顧杰

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

[關(guān)鍵詞]自制物理教具;物理課堂教學(xué);優(yōu)化教學(xué)

在初中物理教學(xué)中，實驗都需要適當(dāng)?shù)膶嶒炂骶摺Ｕ\然，如今的實驗教學(xué)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(xué)生需要在教師的指導(dǎo)下進行實驗。正因為這樣，學(xué)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(xué)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(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)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(xué)中，自制教具也就應(yīng)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(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。綜上所述，自制教具在初中物理教學(xué)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(xué)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(xué)生，這樣學(xué)生觀察到的效果更好。二是教師指導(dǎo)或者組織學(xué)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(dāng)節(jié)物理教學(xué)內(nèi)容，符合科學(xué)原理，要能為教學(xué)服務(wù)，但又不能影響教學(xué)進程，它應(yīng)該是物理教學(xué)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(xué)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(dāng)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(xué)實效

在課堂教學(xué)中，如果學(xué)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(xué)中，如果教師能適時恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生自制教具，學(xué)生就可以接觸到更豐富的教學(xué)內(nèi)容，并獲得更多的實踐體驗。

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

“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證等要素。其中模型建構(gòu)能力，是物理學(xué)科教學(xué)中要求學(xué)生掌握的高階能力。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)的本質(zhì)起源于實踐活動。學(xué)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(rèn)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(wù)：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(dāng)學(xué)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(xué)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(zhǔn)確。

暫時解決方案：用粉筆在木板上標(biāo)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(zhǔn)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(zhǔn)木塊中央。

學(xué)生思考：導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)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(xué)生評價總結(jié)：軌道足夠長，所以不用擔(dān)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(biāo)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(yīng)鼓勵學(xué)生對實驗器具進行初步改進或調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建模型的高階能力。當(dāng)然，案例1中的教具出自教師之手，所以學(xué)生的認(rèn)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(rèn)知上的反思和改進。這已經(jīng)實現(xiàn)了新課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的由“關(guān)注知識”轉(zhuǎn)向“關(guān)注學(xué)生”，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維與實驗探究能力。

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

教師平時展現(xiàn)給學(xué)生的實驗器具雖然基本符合教學(xué)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(xué)生的創(chuàng)造動機，那么教師就應(yīng)當(dāng)適時把動手創(chuàng)作的機會讓給學(xué)生，讓學(xué)生親自完成自己的“作品”。

[案例2]活動任務(wù)： 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(xué)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(xué)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)。

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(xué)生不知道比較哪一個釘腳的深度，如圖10所示。

鼓勵學(xué)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(xué)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(xué)活動中，依據(jù)教學(xué)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(xué)生進行創(chuàng)造性教育。易得的物品材料是生活中常見的，學(xué)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(xué)生制作的這類教具，短時間內(nèi)既可以展現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新與動手能力，同時能使學(xué)生產(chǎn)生成就感，也激發(fā)了學(xué)生利用廢物進行創(chuàng)造的欲望，進而潛移默化地啟迪學(xué)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(xué)用書》 ，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下表：

[1 通過實例分析，認(rèn)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(rèn)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(xué)生在實驗中認(rèn)真觀察、勤于思考的習(xí)慣。 ]

筆者對該實驗探究活動進行了反思：前面三個目標(biāo)已經(jīng)讓學(xué)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(xué)生認(rèn)識并理解動能和勢能的轉(zhuǎn)化，就成了教學(xué)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(dǎo)學(xué)生進行認(rèn)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(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)局部的探究活動中，對學(xué)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(xué)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(xué)生一眼看出其結(jié)構(gòu)包含的部件，不要增加學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)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(zé)任編輯 易志毅）