祁玉平

(上海外國語大學(xué)附屬大境中學(xué)，上海 200011)

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試析自制教具在物理課堂中的應(yīng)用

祁玉平

(上海外國語大學(xué)附屬大境中學(xué)，上海 200011)

摘要：物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗教具是物理實驗教學(xué)中不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，是實現(xiàn)教學(xué)目標、提高教學(xué)質(zhì)量的有效載體。文章介紹了如何開發(fā)、設(shè)計與運用自制教具，并從創(chuàng)設(shè)情境、體驗探究、突破思維障礙、放大實驗效果、激發(fā)創(chuàng)造力等方面闡述了自制教具在創(chuàng)設(shè)高效課堂中的作用。

關(guān)鍵詞：自制教具；高效課堂；激發(fā)情感；建構(gòu)知識；解疑化難；激發(fā)創(chuàng)造力

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗教具是物理實驗教學(xué)中不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，是實現(xiàn)教學(xué)目標、提高教學(xué)質(zhì)量的有效載體。隨著課改的不斷深入，“情境—探究—應(yīng)用”已成為高中物理基礎(chǔ)課的主要教學(xué)模式，圍繞著“知識與技能、過程與方法、態(tài)度情感與價值觀”這三維教學(xué)目標，教學(xué)過程更加注重教師演示實驗和學(xué)生探究實驗。為此，筆者在教學(xué)過程中，除了用好教材配套的實驗器材，更注重運用自制的教具，以豐富教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效率。

一、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)情感，

為創(chuàng)高效課堂奠定基礎(chǔ)

古希臘哲學(xué)家亞里士多德有句名言，“思維始于驚奇”。 驚奇能夠帶來強烈的刺激，刺激是大腦興奮的信號，是思維的驅(qū)動力。驚奇的心態(tài)往往伴隨著疑問，能夠激發(fā)學(xué)生求知的渴望和探索的意念。只有激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，才能將學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)化為內(nèi)在的需求，這是提高教學(xué)效果的基本保障。物理演示實驗?zāi)転閷W(xué)生提供生動、鮮明的直觀形象，并且融趣、疑、難為一體，是創(chuàng)設(shè)思維情境的良好素材?；谶@種理念，筆者以創(chuàng)設(shè)情境作為重要切入口，巧妙地運用自制教具，切實收到了很好的教學(xué)效果。

如：在“力的分解”一課中，按照教材的引入方法，一是以“刀劈”為例，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對此沒有新鮮感，激發(fā)性不強；二是以“用繩拉汽車”為例，夠刺激，但不能在課堂現(xiàn)場進行。為此，筆者用自制教具現(xiàn)場搭建一座小型“趙州橋”模型(見圖1)，并讓學(xué)生們猜測它能承受多重的壓力。在學(xué)生們的猜測中，請了一位體重較重的學(xué)生站在上面，親自體驗并展示這種結(jié)構(gòu)的堅固(見圖2)。教學(xué)現(xiàn)場引起學(xué)生一片驚呼，學(xué)生萬萬沒有想到小小的幾塊木頭搭建成的這種弓形結(jié)構(gòu)居然如此堅固，不僅理解了我國趙州橋為什么在古代建筑學(xué)上占有一席之地，而且也充滿著通過學(xué)習(xí)來解謎的期待。

圖1　自制趙州橋模型

圖2　課堂教學(xué)現(xiàn)場：學(xué)生單腳站立在趙州橋模型上

又如在高二“磁場對電流的作用左手定則”這節(jié)課中，筆者運用了一個模擬“電磁炮”的教具(見圖3), 通過電流產(chǎn)生的強磁場，將一個金屬物發(fā)射出去，打穿一個塑料盆的底部，實驗效果相當震撼，它激起學(xué)生極大的疑問，如“什么力量有這么大的驅(qū)動力？”“為什么電磁力有這么大的作用？”“這個電磁炮的制作原理是什么？”等問題?！八计鹩谝伞?，帶著這些疑問，學(xué)生充滿了學(xué)習(xí)的熱情。

圖3　自制電磁炮

實踐證明，這類自制的教具以它“驚奇、震撼”的特點，演示效果就像“點金術(shù)”帶給了學(xué)生極強的震撼力。學(xué)生通過親自體驗，激起了強烈的好奇心與求知欲，順利地將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成了內(nèi)心的需要，為創(chuàng)高效的課堂奠定了良好的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

二、體驗探究，實現(xiàn)知識的有效構(gòu)建，為創(chuàng)高效課堂提供保障

構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)過程是人的認知思維活動的主動建構(gòu)過程，是學(xué)生通過自身原有的知識經(jīng)驗與外界環(huán)境進行交互活動以獲取、建構(gòu)新知識的過程。這種知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)生在一定的情境下，利用必要的學(xué)習(xí)資料或親身體驗，通過“同化”和“順應(yīng)”的方式構(gòu)建而獲得。蘇霍姆林斯基也說過，“在人的心靈深處都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者?！蔽锢硎且婚T以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗是學(xué)生獲得物理表象的載體，也是獲得物理思維的基石。因此，一個高效的課堂，就要求教師設(shè)計出能讓學(xué)生參與的、特定的實驗探究活動的學(xué)具，讓學(xué)生在“做”中體驗，在“體驗”中學(xué)習(xí)，把學(xué)習(xí)過程科學(xué)且有質(zhì)量地展現(xiàn)為一個可供學(xué)生經(jīng)歷的時空，讓學(xué)生去體驗物理知識的動態(tài)生成。

如在“反沖運動”的教學(xué)中，教材只有一個演示實驗(見圖4)，這個演示實驗通過在試管塞被水蒸氣噴出的瞬間，來觀察小車的反沖現(xiàn)象，雖然也有一定的震撼力，但缺點是演示過程需要一定的加熱時間，而且有一定的危險性。而教材對“反沖運動的明顯程度與什么因素有關(guān)”只列舉了一些例子，并僅局限于文字。為此，筆者設(shè)計制作了這樣一個反沖小車(見圖5)，作為學(xué)生活動的學(xué)具：兩人一組，通過打氣的多少和在小車上增加砝碼來研究反沖的效果受什么因素影響。這種將演示實驗轉(zhuǎn)化為學(xué)生自主的探究活動，為學(xué)生提供了親自參與體驗的平臺，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性高漲；且這個學(xué)具制作簡單，操作方便，效果明顯。

圖4　教材實驗：反沖運動

圖5　自制氣球反沖小車

像這樣的學(xué)具，提高了學(xué)生的參與度，加深了學(xué)生的體驗性，有利于對所學(xué)知識的有效構(gòu)建，為創(chuàng)高效的課堂提供了保障。這正印證了美國著名教師哈立德·顏森的那句格言：“講給我聽，我將忘記；演示給我看，我將記得；與我有關(guān)，我將要學(xué)。”

三、解疑化難，突破思維障礙，為創(chuàng)高效課堂打通脈絡(luò)

常常聽到學(xué)生說物理難學(xué)，其原因是物理學(xué)科的特點對思維能力要求較高，學(xué)生常常對一些問題難以建立起情景，或在某些問題的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)思維障礙。教師也感到物理難教，也是不知通過什么方式能更好地幫助學(xué)生突破思維障礙。其實，設(shè)計自制教具和學(xué)具是一種很有效的手段。

如：在“磁場對電流的作用：左手定則”一課中，學(xué)生的思維難點在于如何建立磁場、電流、磁場力三者方向間的空間關(guān)系?；谕黄扑季S難點的考慮，筆者設(shè)計了這樣一個三維演示器(見圖6)：用三根金屬棒制作三個方向簽，紅、黃、綠分別代表電流、磁場、安培力的方向，一端由鉸鏈相連，可以自由旋轉(zhuǎn)。在學(xué)生探究的基礎(chǔ)上，通過這個演示器顯示學(xué)生實驗的結(jié)果，幫助學(xué)生構(gòu)建三者在方向上所遵從的空間規(guī)律，將抽象思維轉(zhuǎn)化為形象思維，突破思維難點，從而順利總結(jié)得出左手定則。這一自制教具的應(yīng)用收到了很好的教學(xué)效果。仔細思考，這一學(xué)具還有欠缺，就是先入為主地搭建了一個三維空間結(jié)構(gòu)，不利于學(xué)生思維主動構(gòu)建的過程。所以筆者嘗試再作進一步的改進，將鉸鏈拆開，變成三根方向簽，配以六面帶插孔的模具(見圖7)，學(xué)生可根據(jù)實驗結(jié)果自行構(gòu)建這種三維結(jié)構(gòu)。這樣的改變，使探究物理規(guī)律的思維過程更加突顯，效果更好。

圖6　自制三維演示器

圖7　自制帶插孔的三根方向簽

再如：在進行靜電現(xiàn)象教學(xué)中，雖然教師已從理論上講解了尖端放電現(xiàn)象，但學(xué)生還是感到抽象，于是筆者運用了這樣一個自制教具(見圖8)：在兩塊金屬板間加上高電壓產(chǎn)生強電場，觀察其中一個金屬球和一個金屬針在這個強電場中的放電現(xiàn)象。通過這種對比實驗，效果極其明顯，可謂是“耳聽是虛，眼見為實”。像這樣的自制教具的演示實驗，能夠幫助學(xué)生建立情景，突破思維障礙，變抽象為形象，為創(chuàng)高效的課堂打通了脈絡(luò)，印證了“千言萬語說不清，一做實驗就明白”的真諦。

圖8　自制尖端放電實驗

四、放大實驗，凸顯效果，是創(chuàng)高效課堂不可忽視的一面

我們知道，并不是所有的物理現(xiàn)象在任何條件下都能清晰地顯示出來，所以改進實驗器材、放大實驗效果是筆者研究的一個重要方面。

例如：顯示微小形變的實驗，教材上的這個實驗(見圖9)，效果不是很明顯，特別是距離比較遠的學(xué)生不太容易看到現(xiàn)象，為此筆者與實驗教師一起設(shè)計了這個裝置(見圖10)：用多個平面鏡，這些平面鏡可以自由旋轉(zhuǎn)，改變方向和角度，這樣我們可以觀察光線經(jīng)過3次反射和5次反射的兩種情況的比較，不僅可以觀察到明顯的現(xiàn)象，也可以通過兩次的對比，看到反射次數(shù)越多，實驗現(xiàn)象越明顯。像這種設(shè)計放大顯示實驗，能幫助學(xué)生更清楚地看清實驗現(xiàn)象以及背后的規(guī)律。

圖9　教材演示微小形變實驗

圖10　自制微小形變演示儀

又如：有些實驗需要教師邊示范、邊演示，但由于這些都是桌面實驗，不方便學(xué)生觀察，用實物投影又受到投影畫面大小的影響，也不方便教師的操作，為此筆者設(shè)計吸壁式實驗，將教師的桌面演示實驗轉(zhuǎn)化為黑板演示實驗，既方便學(xué)生觀察，又方便教師直觀的演示和講解。如：力的合成與分解(見圖11)、電場中等勢線的描繪(見圖12)，這樣改進的教具，為創(chuàng)高效的課堂增添了濃重的一筆。

圖11　自制吸壁實驗：力的合成

圖12　自制吸壁實驗：電場中等勢線的描繪

麥克斯韋說過：“一次演示實驗所使用的材料越簡單，學(xué)生越熟悉，就越想透徹地獲得所驗證的結(jié)果?！崩钫澜淌谝嘣f：“自己制作的教具，永遠比買來的好?！钡拇_如此，在課堂教學(xué)中學(xué)生對自制的教具比對買來的儀器感興趣的多，下課后他們總是要過來圍在器材旁仔細觀察這些教具是怎樣做的，運用了什么原理，用了什么材料。當他們發(fā)現(xiàn)只不過是一些飲料瓶、激光筆、木頭、硬紙板、泡沫塑料、金屬小球等常見的生活用品時，就不再覺得物理理論是空中樓閣，可望不可即，研究物理也并不神秘，從而會有一種發(fā)自內(nèi)心的欲望，也想嘗試著自己做些教具和科技小制作。于是筆者利用拓展課、實驗課和研究課，為學(xué)生創(chuàng)造這樣的機會和平臺。

比如，學(xué)習(xí)了牛頓第三定律，安排學(xué)生自制水火箭；學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)，讓他們制作手搖電筒；學(xué)習(xí)了力矩平衡之后學(xué)習(xí)制作桿秤；學(xué)習(xí)了氣體定律之后制作浮沉子等。隨著這種活動的開展，學(xué)生先是模仿，逐漸產(chǎn)生創(chuàng)造的靈感，就可以自己設(shè)計和制作一些教具或科技作品。圖13展示的就是筆者指導(dǎo)學(xué)生制作的重力小車，在上海市第20屆TI實驗團體賽中獲得二等獎。

圖13　學(xué)生自制重力小車

像這樣開展學(xué)生的制作活動，培養(yǎng)了學(xué)生熱愛科學(xué)的思想，開拓了學(xué)生的眼界，擴大了知識面，使學(xué)生學(xué)到了課堂上學(xué)不到的知識，體會到了生活、技術(shù)中的物理，這是課堂教學(xué)的延伸，是實現(xiàn)高效課堂質(zhì)的飛躍。

教學(xué)實踐證明，自制教具對于激發(fā)學(xué)生求知欲望、提高學(xué)生參與意識、加深學(xué)生體驗、增強學(xué)生創(chuàng)新能力、提高課堂效率，都有著不可缺少的重要作用。總之，自制教具的研發(fā)和使用，給物理教學(xué)帶來的變化是顯著的，它不僅提高了課堂教學(xué)的質(zhì)量，也提升了筆者的專業(yè)水平和創(chuàng)新能力。自制教具使物理課堂“活”起來，使學(xué)生的頭腦“動”起來，使教學(xué)的效率“高”起來。

參考文獻：

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The Application of Self-made Teaching Aids in the Physics Classroom

QI Yuping

(Dajing High School Affiliated to Shanghai International Studies University, Shanghai 200011)

Abstract:Physics is a natural science based on exporiments, the experimental teaching aids has been the indispensable matorial basis in the teaching of physical experiments, serving to fulfill teaching objectives and enhance teaching quality. In this paper, the author will elaborate on the role that self-made teaching aids have in improving efficiency in class from the perspectives of creating scenarios, experiencing exploratory study, freeing mind form barriers, enlarging experiment effect, stimulating creativity and so on.

Key words:self-made teaching aids, effective class, arouse emotions, construct knowledge, solve tricky problems, stimulate creativity

作者簡介：祁玉平，四川武勝人，上海外國語大學(xué)附屬大境中學(xué)高級教師，主要從事高中物理教學(xué)研究。