中學物理教具的設計與制作 摘要：在傳統的物理實驗教學課堂中，很多教師以驗證性實驗為主，極大地限制了學生的創造性思維，不利于教師個人素質的提高。隨著新課程改革的不斷推進，教師利用自制實驗教具進行實驗教學成為必要，實驗教學應成為物理課堂的一部分。結合自制水鏡的案例，闡述了對中學物理自制教具的認識以及制作教具的基本方法，讓更多的教師了解到初中物理自制教具的必要性，同時為物理教學提供更多的自制教具資料參考。 關鍵詞：中學物理；自制教具；案例演示 物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗在物理教學中的作用不言而喻。在英國，科學教學受到高度重視，“科學探究”是其在科學教學中的首要特征； 在美國中學物理教學中，只要教師能用實驗講解，一般不需要用文字解釋；在德國物理教學界，有這樣一句話：“沒有演示實驗的課堂是不可想象的”；在日本，有一個由中學教師自愿組織的“山貓”社團。他們致力于用現成的材料研制實驗裝置，千方百計激發學生的學習興趣和創造熱情，使教學充滿樂趣，從而成功吸引了大批學生。在我國，《義務教育物理課程標準（2011年版）》也明確指出：“利用日常生活用品進行物理實驗，不僅可以拉近物理與生活的距離，讓學生深刻感受到科學的真實性，補充實驗課程資源，還有利于增強學生的創新意識。”
“教師除了利用已有的實驗設備進行實驗教學外，還應大力提倡利用身邊的實物，創造性地設計實驗，為學生創設豐富多彩的活動情境，激發學生的學習興趣。”作者通過查閱大量文獻資料和相關書籍，總結了對自制教具的認識，制作中學物理教具的意義和必要性，制作教具的基本方法，并結合自己的親身經歷初中物理儀器圖片，介紹了如何制作水透鏡。希望能為教師提供更多可以參考的自制教具資料，有效豐富初中物理課堂。1、對自制教具的認識自制教具是指教師根據教學中的重點、難點，利用現成的物品，構思、設計、制作的一類手工工具，可以解決問題，滿足教學需要。這樣的手工工具可以讓學生深刻體會到物理就在我們身邊，感受到物理與社會、生活的緊密聯系。自制教具是在創造性思維的基礎上產生的。 創造性思維的實現方式一般有幾種：創造性建構、推理改進、綜合歸納、科技創新等。自制教具的設計要符合科學性、教育性、簡便性、直觀性、實用性等要求，符合結構簡單但不簡陋的原則，突出為教育教學服務的宗旨。2、制作中學物理教具的意義和必要性不同的教師對自制教具的必要性有不同的看法，有的教師認為，教具制作是廠家的責任，他們制作的教具制作精美、配套齊全，作為一線教師只要好好教書就行了，沒必要花精力去制作教具。
眾所周知，沒有最好的實驗教具，而是需要在教學實踐中不斷改進和創新。例如，在探究兩種電荷相互作用的實驗中，教材給出的實驗設備如圖1所示，但早在2014年，郭衛東老師就指出了實驗的不足，并設計了更為靈敏的實驗裝置，如圖2所示。學生基于此實驗教具完成課堂小組實驗，實現了學生對“電荷相互作用規律與電荷類型”實驗的自主探索，實驗過程可控性強，效果明顯，這樣的例子并不鮮見。只有在教學實踐中使用和驗證成品儀器時，才會發現有些成品儀器因為實驗現象不明顯或操作復雜，并不適合我們的教學工作。一線教師可以根據需要改進或創造新的自制教具，服務于教學。通常自制教具更貼近生活，更能培養學生的學習興趣，激發學生的好奇心。 此外，設計制作教具還有利于培養教師的創新意識和動手能力，對提高教師個人業務水平有很大的幫助。因此，有教師提出，應將中小學教師自制教具的獎勵作為崗位評比的業績條件之一。3、制作教具的基本方法與案例演示結合物理學科的特點，自制教具的設計方法一般有以下幾種：功能改造法、比較法、模擬演示法、效率提升法等。下面是我自己用功能改造法制作的一個水透鏡，筆者講解了制作過程及其在教學中的應用。我針對的題目是人教版八年級第五章第一節《透鏡》。
有這樣一個知識點：“凸透鏡的焦距越小，透鏡對光的匯聚作用越強。”至于如何讓學生深刻理解凸透鏡的凸度會影響其匯聚光能力的強弱，進而改變凸透鏡的焦距，經過多次思考和嘗試，最終決定用水透鏡（如圖3所示）來突破這個知識點。制作材料：礦泉水瓶、氣球、502膠水、剪刀、小刀、一塊70cm*15cm的泡沫。制作過程：用剪刀將礦泉水瓶中段剪掉，高約7cm，將剪掉的部分修整平整。瓶子剪掉的斷面一定不能有花紋，否則后面的實驗現象就不明顯了。剪出一個面積大于礦泉水瓶底部面積的氣球。這些任務都可以由學生提前完成，并提交半成品。 然后用502膠水將氣球粘在瓶子切面的一側（考慮到使用502的危險性，老師會親自完成此環節）。另外初中物理儀器圖片，為了固定水鏡，需要選取木板或者泡沫板，切出凹槽固定，由于泡沫板更容易切出凹槽，所以本教具使用泡沫板在其上表面切出一個比水鏡底部面積略大、深度約2厘米的凹槽。使用過程：將水鏡固定在泡沫凹槽中，在水鏡中加入純凈水，向水鏡射出一束平行光線，穿過水鏡后的光線清晰地顯示在泡沫白板上（如圖4所示）。學生可以利用此水鏡完成小組實驗，突破凸透鏡的以下三個知識點：（1）透鏡光心較薄時光的傳播方向不變；（2）凸透鏡對光有聚光作用； （3）凸透鏡越凸，對光線的聚光作用越強，相應的焦距越小。
在本節的最后總結中，筆者還展示了另一種自制的水透鏡（如圖5所示）。這種水透鏡不僅焦距可變焦，還可以通過用注射器注水、吸水的方式，在凸透鏡或凹透鏡上進行變換。值得一提的是，筆者借助這兩種自制教具，在一次省級比賽中獲得了初中組一等獎。近年來，在郭衛東、黃淑清等老師的帶領下，涌現出一小批熱衷于自制教具的物理教師，他們利用廢棄的圓珠筆芯、礦泉水瓶、注射器等，制作出實驗現象明顯的演示教具和學生課堂實驗教具，得到了同行的一致好評，也為一線教師提供了非常好的教學素材。然而物理教師那么多，又有多少人還在照本宣科，年復一年埋頭于常規教學和重復的實驗工作中呢？ 作者用自己的親身經歷倡導更多的一線物理教師能夠突破自我，共同創新，給學生上一堂更加精彩、更具創新性的物理課。參考文獻：[1]范亞英，陸牧之，李飛躍.初中物理實驗教學與自制教具研究述評[J].物理之友，2014(11):26-28。[2]張世剛.自制教具是初中物理實驗教學不可缺少的一部分[J].物理之友，2014(12):34-37。[3]郭衛東.靜電系列實驗的設計[J].物理教學探討，2014(6):71-73。[4]喬亞光，蔡長菁，張麗霞，等.對自制教具的重新認識:中小學教師自制教具獎勵應作為崗位評定的績效條件之一[J]. 教學儀器與實驗，2007:63-64。[5]郭衛東.低成本物理實驗的巧妙設計與應用[J].物理教學討論，2012(7):1-3。[6]黃淑清.中學物理自制教具設計制作的研究與實踐[J].物理學報，2001(10):37-39。[7]周平均.如何在初中物理實驗教學中使用低成本實驗教具[J].實驗教學與儀器，2010(S1):40-41。[8]張世剛.自制教具是初中物理實驗教學中不可缺少的一部分[J]. 物理之友，2014（12）：34，37。作者簡介：蔡淑寬（1982-），女，廈門市第一中學，一級教師，碩士學位，研究方向：物理教育、信息化教學。李志陽（1981-），男，廈門華夏學院，副教授，碩士學位，研究方向：電子信息技術、信息化教學、大學物理教學。編輯 張真真 5
