陳 芳

高中物理自制教具的有效利用與對學生能力培養(yǎng)的研究

陳 芳

物理是一門實驗學科，由于物理實驗教學生動、直觀、有趣、具有探究性等優(yōu)勢，因此在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、動手操作能力、激發(fā)學生學習的興趣等方面有著優(yōu)越的條件。演示實驗在教學中被廣泛應用。教材的實驗設計及操作方法雖然經過反復驗證，但實際操作中仍可以進行改進。實驗改進本身就是在想象的基礎上進行的一種創(chuàng)新。通過改進實驗，常?？梢栽鰪娧菔緦嶒灥男Ч?，為培養(yǎng)學生的觀察力提供更為鮮明直觀的感性材料，吸引學生進入創(chuàng)新的殿堂，并激發(fā)學生獨立思考。

普通高中《物理課程標準》提出開發(fā)實驗室的課程資源，倡導利用日常器具做實驗。實驗室的課程資源不僅限于實驗室的現有設備，學生身邊的物品和器具也是重要的實驗室資源。利用日常器具做實驗，不但具有簡便直觀等優(yōu)點，而且有利于學生動手，發(fā)展學生的實驗技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。下面以我校自制的4套演示實驗教具為例，闡述一下自制教具在物理課堂上的有效利用與對學生能力的培養(yǎng)。

一、運用自制教具完成實驗，改變沒有物理教具的現狀

由于靜電知識比較抽象，加上文科學生對物理課程缺乏興趣，因此教師通過演示實驗，讓學生觀察到生動、有趣的實驗現象，這樣不僅可以幫助學生認識物理過程，豐富感性認識，活躍課堂氣氛，還能達到調動學生學習興趣的目的。但是文科教材選修1—1第一章第三節(jié)中模擬避雷針作用實驗沒有現成的實驗教具，為解決教具的問題，我們自制教具“尖端放電1”(如圖1所示)，用于對比演示尖端容易放電而球形帶電體不容易放電的實驗現象，使學生能夠身臨其境地感受到只有在雷電天氣才能出現的放電現象。“尖端放電2”(如圖2所示)可以進一步活躍課堂氣氛，增加學生的感性認識。

圖1 尖端放電1

二、運用自制教具對物理實驗進行整合，培養(yǎng)學生分析問題的能力

在理科教材選修3—1第一章第七節(jié)中沒有避雷針原理演示實驗，教師利用日常器具自制教具“尖端放電1”進行演示，學生會觀察到十分明顯的尖端火花放電現象，并聽到“嗤嗤”聲，接著又在“尖端放電2”裝置中觀察到旋轉風車的放電現象，這大大激發(fā)學生學習物理的興趣。在選修3—5第十六章第五節(jié)反沖運動這節(jié)課中，再次演示“尖端放電2”實驗裝置，同一個實驗在電學和力學兩部分知識中出現，不但能使學生對物理知識進行整合，而且起到一個示范作用，從而學生不依賴課本，敢于用科學的方法進行創(chuàng)新，進而達到培養(yǎng)學生創(chuàng)造力的目的。

三、自制教具選材容易，制作簡單，成本低，而且有利于培養(yǎng)教師與學生的創(chuàng)新能力及動手能力

尖端放電裝置制作材料：鋁板、絕緣黃色玻璃鋼管、鐵絲、絕緣支腳、接線柱、螺母、螺釘、絕緣木板、銅絲、泡沫球、絕緣支架(帶小磁針)。這些材料在我們的身邊很容易找到，而且制作方法很簡單。

“尖端放電1”的制作過程：

用鋼鋸加工鋁板，用電鉆在鋁板上打孔，切割絕緣玻璃鋼管。截取2根等長的鐵絲，鐵絲的一端套扣，另一端一根磨為尖端，一根固定金屬小球，用螺母把鐵絲固定在下面的鋁板上，然后在下面的鋁板上安裝3個絕緣底座，用2根絕緣玻璃鋼管通過螺釘把2個鋁板固定起來，最后在上下鋁板上各安裝一個接線柱(如圖1所示)。

“尖端放電2”制作過程

用專用工具加工鋁板，用電鉆在2根絕緣玻璃鋼管一端切割出約2 mm寬、2 cm深的窄縫，把沒有窄縫的一端用木塞安裝到絕緣木板上，最后把鋁板插到窄縫上，并用螺釘固定。在帶絕緣支座的小磁針的頂端固定4根等長的銅絲，并彎成對稱的風車形狀，在2根銅絲上安2個絕緣泡沫小球。圖3和圖4裝置即為“尖端放電2”演示教具的組裝圖。

圖3 電風車

圖4 可動極板

制作教具時讓學生積極參與，合作交流，有利于學生動手，發(fā)展學生的實驗技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和探究能力。例如在增加演示實驗“尖端放電2”的可見度時出現了一些問題，由于銅絲太細，演示實驗的可見度特別差。為解決這一問題，參與制作的學生和教師想出一系列的解決辦法：在制作過程中，先把電風車(如圖3所示)做大一些，但是由于種種原因，風車轉動效果很差。后來把電風車制作的小一些轉動效果很好，但是在遠處觀察效果很差。為解決這一問題，把電風車放在實物展臺上，可是由于火花放電的影響，實物展臺自動關閉。最后想到把兩個泡沫小球固定到兩根銅絲上，以增加可見度。兩塊鋁板開始時平行放置，但由于坐在前排兩側的學生觀察不到火花放電現象，因此兩塊鋁板改造成可以調整角度的喇叭口狀，以保證盡可能多的學生都能觀察到實驗現象。通過這一思考，學生的探究能力大大提高。

四、教師運用所學物理知識設計教具，完成演示實驗，可以激發(fā)學生豐富的想象能力，引導學生設計實驗

錢臨照教授曾說過：“在物理實驗中，如果能自己設計一個新方法來闡明這個實驗的物理概念，這個新設計的實驗，不管如何粗糙，亦應當受到鼓勵，因為其中有新思想在里面，表現了創(chuàng)新的積極性?！弊灾平叹咝枰浞终{動創(chuàng)造性思維能力、敏銳的觀察力和豐富的想象力。下面兩個小實驗是教師設計制作的兩個演示實驗，器材很容易獲得，實驗步驟簡單，實驗現象明顯直觀，具有可操作性。

安培力實驗—轉動的磁鐵

實驗器材：5號電池一節(jié)、鐵釘一根、圓柱形強磁鐵一個、導線一根。

實驗過程：按圖5所示連接電路，導線上端固定在電池的正極，下端輕輕接觸到強磁鐵上。

實驗現象：強磁鐵快速旋轉。

靜電實驗—電容器充放電

實驗器材：電容器、學生電源、鋁箔紙。

實驗過程：用一個標稱值為50 μF的電容器在學生電源上充電，然后用電容器的兩極直接接觸鋁箔紙(如圖6所示)。

實驗現象：電容器兩極剛接觸鋁箔紙就出現火花放電現象。

圖5

圖6

轉動的磁鐵實驗為《磁場對通電導線的作用—安培力》這節(jié)課創(chuàng)設情境，引入新課部分，通過讓學生動手實驗，小組分析討論，從實驗中分析、歸納、總結、研究磁鐵轉動的原因，從而激發(fā)學生的學習興趣，使學生積極參與到實驗猜想、實驗驗證、探究規(guī)律的學習當中?！半娙萜鞒浞烹姟保瑐鹘y(tǒng)的實驗需要利用靈敏電流表才能觀察到電容器的充放電現象，而作為演示實驗，教室后面的學生有可能觀察不到電流表指針的變化。把這個實驗改成火花放電現象，既能夠看到火花，又能夠聽到“嗤嗤”聲。實驗的小小改進，使物理課教學生動有趣，促進了學生對知識的理解和掌握?？此坪唵蔚膬蓚€小實驗，需要充分調動教師的豐富想象力，而且特別有利于激發(fā)學生豐富的想象能力，引導學生設計實驗，動手操作實驗。

五、結束語

實驗是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)，是落實物理課程目標、全面提高學生科學素養(yǎng)的重要途徑，也是課程改革的重要資源。運用自制教具完成實驗，讓學生參與自制教具過程，可提高學生的探究能力并增強他們的動手能力、合作意識和創(chuàng)新意識。

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗) [S].2003.

[2] 喬際平,李小林.中學物理課堂教學設計的理論與實踐[M].北京:高等教育出版社,1995.

2011-10-31

陳芳，本科，中教一級。

北京市延慶縣第五中學。

圖2 尖端放電2