學生自制物理實驗教具重要性的研究

趙維和 李雪潔

所謂教具，就是指教學過程中用來輔助教學活動的物品，傳統(tǒng)的物理教學教具包括實物、模型、掛圖等，這些教具都可以起到再現(xiàn)事物現(xiàn)象及科學過程的作用。但這些教具都是參與教育教學的教師根據(jù)知識點設計的，學生的主動性沒有得以體現(xiàn)。隨著物理學科核心素養(yǎng)觀念的提出，很多學校的實驗室對學生全天開放，并且組織學生設計實驗，增加了學生在生活、實踐中的學習的機會。

那么，教具為什么如此受師生青睞呢？西方近代教育理論的創(chuàng)始人之一夸美紐斯就主張通過事物本身來學習，即盡可能的將事物本身的特性通過教具的方式展現(xiàn)給學生，并提出了教學的直觀性原則。教具本身就具有直觀性的特點，對教具的恰當使用，可以幫助學生更好的理解抽象的概念，起到化抽象為具體、化復雜為簡單的重要作用。

但是，隨著物理知識抽象程度的增加，尤其是習題難度的增加，僅僅靠傳統(tǒng)教具已經(jīng)不能滿足學生的需求。尤其是學生在進入高中階段之后，很多都出現(xiàn)了興趣下降、動力不足等問題。為了提升學生的積極性和教師的教學效率，我們要加大對教具的開發(fā)力度，從而充分發(fā)揮學生的主動性、積極性，而自制教具無疑就是一個非常好的途徑。學生在使用或制作這些教具的過程中，可以很好的鍛煉科學探究能力，激發(fā)學習熱情，對于空間想象能力、建模能力、邏輯思維能力等也有極大的益處，另一方面，在課堂上使用合適的教具，能活躍課堂氛圍，給學生以良好的學習體驗。

比如，作者在講解三力平衡問題的時候，就組織學生自制了三力平衡演示儀，起到了很好的教學效果，具體過程如下。

1.器材選擇

鑒于此演示儀是一種學生自制的簡易演示裝置，盡可能選擇生活中的常見物體為原材料，例如橡皮筋、粗繩、細線、輕質(zhì)塑料外殼（如吸管）等。

2.儀器構造

一個完整的三力平衡演示儀由三個結(jié)構相同的示力管構成，其中示力管的結(jié)構如圖1所示。它的核心器件有三部分：橡皮筋、涂紅的粗繩（便于觀察）和輕質(zhì)塑料外殼。與彈簧測力計原理相同，通過橡皮筋的伸長量測量力的大小。其中橡皮筋和粗繩的長度等于塑料外殼的長度，這樣觀察到的粗繩的伸長量也即是橡皮筋的伸長，這為我們的直觀演示帶來了方便。使用定位針固定示力管，讓實驗操作起來更加方便。

三個結(jié)構相同的示力管做好之后，將它們的末端細線系在一起，一個完整的三力平衡演示儀就制作成功了。

3.使用過程

結(jié)合本教具，可以很好的處理如圖2所示的例題。

例：細線的一端固定于A點，線的中點掛一個質(zhì)量為m的物體，另一端B用手拉住，已知AO與豎直方向成θ角，OB從水平方向逐漸向上轉(zhuǎn)動時，AO和BO上的拉力如何變化？

本題有多種解法，比如正交分解法、分解法、合成法和圖解法等，都可以判斷出AO上的力一直變小，BO上的力先變小，當AO⊥OB時達到最小值，然后逐漸變大。但是對于初學者，如果能演示出各力變化過程，對于學生掌握這道題，甚至于解題方法，都會有很大的幫助。

通過自制教具進行教學，作者總結(jié)出了以下優(yōu)點：

（1）突出了新課改重在學生參與以及加強學生實驗能力的理念。

（2）直觀，可視性強。使用示力管，能形象地展示動態(tài)平衡中的三力變化問題。不僅加深了學生對三力動態(tài)平衡的理解，也激發(fā)了學生的興趣。

（3）簡易，可操作性強。所用器材是生活中常見的，制作非常容易，且演示起來非常方便。

（4）多功能性。此儀器不僅能演示三力平衡，且能很好地演示力的合成與分解。在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，用此儀器演示，可以隨意調(diào)整力的大小，非常方便。

將自制教具引入物理教學，可以起到極大的教學促進作用。

首先，自制物理教具可以促進教師教學。自制教具可以幫助學生強化對復雜知識的記憶，促進對抽象知識的理解，拓展學生的思維，增強學習的活力，幫助學生重構知識構架。在指導學生自制教具的過程中，可以培養(yǎng)學生的探究精神、鍛煉學生的動手能力，可以促進學生身心 的全面發(fā)展。雖然自制物理教具需要耗費大量的時間，但是學生在準備各種自制教具所需要的各種材料的過程，也是學生自我提升的過程，在此過程中，教師可以不斷滲透自己的教育理念。甚至可以直接以自制教具過程為基礎制定完美的物理教學方案，既保證了自制物理教具的應用，又可以不斷提升物理課堂教學的效果。

其次，自制物理教具可以激發(fā)學生學習熱情。學生自制教具往對激發(fā)學生學習的興趣起到很大作用，因為制作過程自由、簡單、易操作、生活性強，學生可以按照自己設計的思路來合理選擇材料。它們制作的過程往往充滿激情、氛圍活躍，教學效果明顯。此外，理教學的過程中有許多內(nèi)容是學生在日常生活中沒有遇到的，單純地借助想象是無法增強學生認識的，所以在制作物理教具的過程中，學生往往會積極思考、大膽質(zhì)疑、不斷探索，學習積極性得到了空前的提高。

最后，自制教具科可以提高學生的核心素養(yǎng)。自制教具不僅可以加深對物理觀念尤其是抽象概念的認識，還能加深對物理規(guī)律的理解，而對于科學思維中的建模思維、逆向思維、等效思維、對稱思維、極限思維等物理思維也有輔助提高作用，自制教具的過程對培養(yǎng)學生的科學能力，以及科學態(tài)度與責任，都有不可替代的作用。