柳利芳

摘? 要：在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究式教學(xué)中，除了可以利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備，還可以開發(fā)學(xué)生身邊的物品和器具作為重要的實(shí)驗(yàn)室資源。利用日常生活器具自制教具，可以讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的方法，開發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。本文旨在通過探究自制教具對學(xué)生能力的培養(yǎng)、自制教具應(yīng)關(guān)注的問題及教學(xué)案例的思考，進(jìn)一步認(rèn)識自制教具在新課程教學(xué)中的重要性，構(gòu)建高效課堂。

關(guān)鍵詞：自制教具;核心素養(yǎng);科學(xué)探究;物理教學(xué)

實(shí)驗(yàn)儀器是開展實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究式教學(xué)的基礎(chǔ)條件，在滲透物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中具有突出的重要性?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中對實(shí)施科學(xué)探究式教學(xué)提出了新的要求，明確指出“在科學(xué)探究中，教師不僅應(yīng)關(guān)注讓學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)某些規(guī)律，而且應(yīng)注重在探究過程中發(fā)展學(xué)生的探究能力，提高探索興趣，增進(jìn)對探究本質(zhì)的理解，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神”。在新課程標(biāo)準(zhǔn)的背景下，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生利用生活中熟悉的物品來替代笨重的教學(xué)儀器，通過自制教具來建立物理模型進(jìn)行科學(xué)探究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新自制教具和開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方法，并讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識和培養(yǎng)實(shí)踐能力，全面提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、自制教具注重學(xué)生能力的培養(yǎng)

在中學(xué)物理教學(xué)中滲透自制教具的實(shí)踐應(yīng)用，有助于學(xué)生創(chuàng)新意識能力的培養(yǎng)。學(xué)生在自制教具的科學(xué)探究活動(dòng)中，不僅可以學(xué)習(xí)科學(xué)知識與技能，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，還可以學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神。

（一）自制教具可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性

因?yàn)閷W(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量有限并且價(jià)格相對較高，在實(shí)驗(yàn)過程中，教師一般會(huì)提醒學(xué)生注意保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中小心翼翼，不敢盡情發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造性，學(xué)生的活動(dòng)處于被動(dòng)的狀態(tài)。自制教具取材方便，制作簡單，不用擔(dān)心賠償?shù)膯栴}，可以給學(xué)生一個(gè)自主創(chuàng)作的空間，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性得以充分調(diào)動(dòng)。自制教具將傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)，學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)過程，不僅可以拓展學(xué)生的思維潛能，加深其對教材的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

（二）自制教具可以激發(fā)學(xué)生的探究欲

興趣是指人積極探究某種事物的認(rèn)識傾向，它以認(rèn)識和探究事物的需要作基礎(chǔ)，是推動(dòng)人們認(rèn)識事物，探索真理的一種重要個(gè)性傾向。所以，教師不僅要精心組織教材要求的每一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，還要注重自制教具的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)趣味性，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。通過自制教具使學(xué)生深入理解物理核心概念，培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)探究能力、形象思維及邏輯思維，讓學(xué)生體會(huì)到知識的價(jià)值，養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（三）自制教具可以培養(yǎng)師生的創(chuàng)造性

新課程的教學(xué)是教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”的統(tǒng)一，是師生交往、共同發(fā)展的互動(dòng)過程，師生之間將形成一個(gè)真正的“學(xué)習(xí)共同體”。在自制教具的過程中，需要經(jīng)過設(shè)計(jì)、選材、制作、實(shí)驗(yàn)、定型等多個(gè)環(huán)節(jié)。在制作教具的各個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可能會(huì)有很多問題和創(chuàng)新的想法，教師應(yīng)當(dāng)運(yùn)用理論知識來引導(dǎo)學(xué)生，做好“參謀長”的工作，若遇到自己也拿不準(zhǔn)的環(huán)節(jié)，要勇于嘗試，和學(xué)生共同探索—求證—獲得結(jié)論。即使出錯(cuò)，也往往會(huì)比用精細(xì)調(diào)整的儀器做實(shí)驗(yàn)學(xué)到更多的東西。而且在此過程中，師生不僅會(huì)擁有創(chuàng)造的喜悅，其發(fā)散思維和創(chuàng)新能力都將得到極大的提高。

二、自制教具應(yīng)關(guān)注的幾個(gè)問題

初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)建議通過各種途徑開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程資源，尤其大力提倡用身邊的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。使用生活物品進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，既可以拉近物理學(xué)與生活的距離，又可以有效開發(fā)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究能力。教師在對學(xué)生滲透自制教具能力培養(yǎng)的實(shí)踐過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

（一）注意科學(xué)性

在自制教具的過程中，必須持有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，因?yàn)榻叹呤怯脕硌菔疚锢憩F(xiàn)象、解釋物理原理的，其中蘊(yùn)涵了科學(xué)的精神，即“一絲不茍，精益求精”。自制教具在構(gòu)思、設(shè)計(jì)與制作上要注重科學(xué)性，教具的設(shè)計(jì)要有充分的科學(xué)依據(jù)，只有科學(xué)地設(shè)計(jì)、科學(xué)地制作，得到科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，才是真正成功的教具。大多數(shù)“生活教具”都較簡化，不應(yīng)走進(jìn)“教具越復(fù)雜教學(xué)效果就越好”的誤區(qū)。只要注重科學(xué)性原則，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)，盡可能減少誤差，自制教具對實(shí)驗(yàn)原理的闡釋同樣精彩。

（二）注重實(shí)踐性

自制教具是為了使學(xué)生更形象直觀地感受“物理現(xiàn)象”，獲得“物理認(rèn)知”。因此自制教具并不是教師口頭說應(yīng)該怎么做，只給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)“自主制作”的想象空間，而是真正動(dòng)手操作，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。例如在講“重力”時(shí)，為了使學(xué)生理解重心和溫度的關(guān)系，可以制作“不倒翁”模型，即在生雞蛋上鉆一小孔，用注射器將蛋清和蛋黃吸出并將蛋殼晾干，分別裝入沙子和水泥水，裝至蛋殼內(nèi)一半即可，其最終的演示效果是不一樣的（水泥水凝固后演示）。如果只講理論與怎么做，很難使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。所以，要讓自制教具切實(shí)可用，必須注重自制教具的實(shí)踐性，教師帶領(lǐng)學(xué)生通過動(dòng)腦、動(dòng)手，“在制作中發(fā)現(xiàn)新知、掌握新知”。

（三）講究實(shí)用性

自制教具是為了解釋教學(xué)中的抽象概念，使學(xué)生對知識的理解更透徹而產(chǎn)生的。為此，自制教具應(yīng)講究實(shí)用性，即材料易取、便于制作、可重復(fù)使用。例如“瓶吞雞蛋”是演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，即在廣口瓶底鋪層沙子，將一個(gè)剝好的熟雞蛋小頭朝下放在瓶口，使雞蛋正好卡在瓶口掉不下去，再點(diǎn)燃一小團(tuán)浸過酒精的棉花，迅速放入瓶內(nèi)，重新將雞蛋放在瓶口，能看到雞蛋被瓶子吞進(jìn)去。然而實(shí)驗(yàn)過后雞蛋不好取出，甚至使雞蛋“受傷”才能弄出，這會(huì)造成不必要的浪費(fèi)?？梢姡骄孔灾平叹叩拈_發(fā)要注重實(shí)用性原則。

（四）保證安全性

在自制教具的過程中，會(huì)接觸到一些鋒利、易碎、易爆的物品，甚至在自制電學(xué)教具的過程中會(huì)使用電壓較高的設(shè)備，這應(yīng)引起師生的高度注意。實(shí)驗(yàn)之前要注意檢查，去除一些物品中隱藏的化學(xué)物質(zhì)及鐵刺等危險(xiǎn)物，在操作時(shí)要提高警惕，注意防止劃傷、爆炸、漏電、燒傷等意外情況的發(fā)生，時(shí)刻關(guān)注人身安全。

三、自制教具的應(yīng)用教學(xué)案例

在自制教具能力培養(yǎng)的過程中，要發(fā)揮教師的帶頭作用，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，同時(shí)教師應(yīng)“細(xì)讀教材，自制適合于教學(xué)實(shí)際的教具;反思教材，自制密切聯(lián)系生活的教具;拓展教材，自制教材中沒有出現(xiàn)的教具”。盡可能選用學(xué)生感興趣以及容易制作的材料，增加物理教學(xué)的有效性和趣味性。

（一）教師課堂演示中的自制教具

“摩擦力”自制演示教具——“光盤氣墊船”

準(zhǔn)備材料：光盤、氣球、可樂瓶蓋、錐子、強(qiáng)力膠。

制作與演示過程：在可樂瓶蓋的中央用錐子鉆一個(gè)孔，然后用強(qiáng)力膠將瓶蓋粘在光盤的中心（瓶蓋口朝下）。將氣球吹起來，在稍微遠(yuǎn)離氣球口的地方將氣球轉(zhuǎn)兩圈捏住，接著把氣球套在瓶蓋上，松開氣球，會(huì)發(fā)現(xiàn)光盤像碰碰車一樣在桌子上四處亂碰。

實(shí)驗(yàn)原理：氣球內(nèi)噴出的氣體從瓶蓋排出，形成一層氣墊，使光盤與桌面分離（懸?。?，大大減小了光盤與桌面的摩擦力。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：該教具通過瓶蓋上小氣孔的巧妙設(shè)計(jì)，減緩了氣球內(nèi)氣體釋放的速度，比教材中“氣墊船”的例子更形象直觀，通過該教具的演示可以加深學(xué)生對“通過分離接觸面減小摩擦”的感性認(rèn)識，增加課堂教學(xué)的趣味性。

（二）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中的自制教具

“電與磁”自制教具——制作簡易電磁鐵

準(zhǔn)備材料：兩節(jié)五號電池、細(xì)銅絲、螺絲釘、若干曲別針。

制作要求：在了解電磁鐵基本概念和構(gòu)造的基礎(chǔ)上，請同學(xué)根據(jù)教師提供的以上器材，制作簡易電磁鐵，并通過自制教具探究“影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素”。

小組自制教具和合作探究過程：學(xué)生發(fā)現(xiàn)普通的螺絲釘是沒有磁性的，接著在螺絲釘上同方向纏繞細(xì)銅絲，先讓細(xì)銅絲兩端連接一節(jié)電池，靠近曲別針，清點(diǎn)記錄被吸引曲別針的數(shù)量;增加細(xì)銅絲在螺絲釘上的纏繞匝數(shù)，讓細(xì)銅絲兩端連接一節(jié)電池去吸引曲別針，清點(diǎn)記錄被吸引曲別針的數(shù)量;再讓細(xì)銅絲兩端連接兩節(jié)電池去吸引曲別針，清點(diǎn)記錄被吸引曲別針的數(shù)量。

學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)電流經(jīng)過導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場，螺絲釘就變成了一個(gè)電磁鐵，可以吸引曲別針;當(dāng)增加線圈的匝數(shù)或電池的節(jié)數(shù)，電磁鐵的磁性會(huì)增強(qiáng)，即電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)和電流大小有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：學(xué)生在理解電磁鐵基本概念的基礎(chǔ)上，先自制教具，后又經(jīng)歷了“猜想與假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)—分析與論證—評估—交流與合作”的科學(xué)探究環(huán)節(jié)，豐富了學(xué)生對電和磁的認(rèn)知，有效促進(jìn)了知識的建構(gòu)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)探究興趣，培養(yǎng)了他們將知識應(yīng)用于實(shí)踐的能力。

（三）課外實(shí)踐中的自制教具

自制“密度秤”測物質(zhì)密度的實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)備材料：竹竿，細(xì)鐵絲，粗毛線，廢棄小藥瓶，尺子，彩色水筆，可樂瓶底部一段，水，待測物質(zhì)（小石塊、玻璃球、牛奶、橙汁）。

制作要求：根據(jù)提供的器材或自選器材，在熟練掌握和深入理解浮力知識和杠桿原理的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生自己制作教具，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。

制作過程：挑一根質(zhì)量較輕較直的竹竿做秤桿，固定秤鉤（細(xì)鐵絲）和提紐（粗毛線）的位置，從提紐處開始，用尺子和彩筆標(biāo)出均勻的刻度（取間隔為1cm），用毛線把小藥瓶（內(nèi)部裝滿水）吊起來做秤錘。

實(shí)驗(yàn)過程：用尺子量出提紐和秤鉤之間的距離，記作10。此“密度秤”可用來測量固體、液體的密度。

（1）若待測物質(zhì)是實(shí)心固體（小石塊、玻璃球），首先在桿兩端掛上待測物G物和秤錘G0，稱衡，秤錘到提紐的距離為x1。

根據(jù)杠桿原理，得G物10=G0x1①

然后，把待測物全浸入水中（可樂瓶去掉底部作盛水容器），稱衡，秤錘到提紐的距離為x2，全浸入水中時(shí)，根據(jù)浮力知識，可得F浮=■G物，此時(shí)秤鉤受到的拉力F：F=G物-F物=G物-■G物=■G物，

秤桿平衡時(shí)，有F10=G0x2，即■G物·10=G0x2②

結(jié)合①②整理得：ρ物=■ρ水③

即只需讀取x1、x2就可得到物質(zhì)的密度。

（2）若待測物質(zhì)是液體（牛奶、橙汁），只需將已測得密度的小石塊掛在秤鉤上，即可完成測量。

實(shí)驗(yàn)過程為：將已知密度的物體G石掛在秤鉤上，測出秤桿平衡時(shí)秤錘對應(yīng)的讀數(shù)x1，再將G石完全浸沒于待測液體中，測出秤桿平衡時(shí)秤錘對應(yīng)的讀數(shù)x2，由公式③變形得到公式ρ液=■ρ石，根據(jù)x1和x2即可求得待測液體的密度。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：因本實(shí)驗(yàn)制作過程相對復(fù)雜，適宜課外實(shí)踐。通過師生共同自制實(shí)驗(yàn)儀器，共同探究實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)杠桿原理和浮力的相關(guān)知識推導(dǎo)固體和液體密度表達(dá)式方程，親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程的方式，不僅開闊了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、操作能力、抽象思維、創(chuàng)新能力及數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，還能夠提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

物理教學(xué)不僅要傳授給學(xué)生相應(yīng)的物理知識，還要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究的能力。教師在教學(xué)過程中應(yīng)不斷學(xué)習(xí)和積累新的科學(xué)知識及經(jīng)驗(yàn)，利用自制教具突破物理教學(xué)中的重難點(diǎn)，幫助學(xué)生建立正確的物理觀念，拓寬學(xué)生的科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的熱情，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究的意識和能力，幫助學(xué)生樹立保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的觀念以及促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任感。通過開展生活融入物理的探究式教學(xué)，師生協(xié)作不斷探索、開發(fā)新型自制教具的方式，在優(yōu)化物理教學(xué)的同時(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升。

參考文獻(xiàn)：

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[2]白雪蓮. 自制教具需要注意的幾個(gè)問題[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備，2019（10）：37-39.

（責(zé)任編輯：陳華康）