孫曉兵

摘要：借助自制教具開展中學(xué)物理實驗探究式教學(xué)是促進物理實驗教學(xué)發(fā)展的有效途徑，也是一種“教、學(xué)、做”合一的探究式學(xué)習(xí)方法的具體體現(xiàn)隨著自制教具獲得的不斷發(fā)展，它的許多特點都與新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)不謀而合，它是全面推進素質(zhì)教育的一條捷徑.

關(guān)鍵詞：自制教具；光的反射；探究能力

物理教學(xué)實驗，是根據(jù)一定的教學(xué)目的和教學(xué)需要，有選擇地把一部分研究或探索物理現(xiàn)象和規(guī)律的實驗或事實，在集中的時間內(nèi)展示給學(xué)生，教給學(xué)生，用以幫助學(xué)生掌握知識和學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)能力，提高素養(yǎng)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011 年）指出要發(fā)揮實驗在物理教學(xué)中的重要作用物理實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)方面有著極其重要的作用新課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于科學(xué)探究總結(jié)了七大要素，即：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃與設(shè)計實驗、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作因此，物理實驗探究式教學(xué)的基本程序可概括為引發(fā)問題→提出假設(shè)→設(shè)計實驗→實驗探究→分析總結(jié)→評估交流

在新課程標(biāo)準(zhǔn)背景下借助自制教具開展中學(xué)物理實驗探究式教學(xué)是促進物理實驗教學(xué)發(fā)展的有效途徑，也是一種“教、學(xué)、做”合一的探究式學(xué)習(xí)方法的具體體現(xiàn)隨著自制教具獲得的不斷發(fā)展，它的許多特點都與新課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)不謀而合，它是全面推進素質(zhì)教育的一條捷徑

現(xiàn)階段，物理實驗室已經(jīng)具備一定的規(guī)模，能夠滿足學(xué)生基本的實驗需要但是由于一些實驗器材的設(shè)計有局限性，導(dǎo)致有些實驗在操作上和引導(dǎo)學(xué)生探究上具有一定的弊端有的實驗器材不能夠引起學(xué)生的思考，只是讓學(xué)生知道是這么回事，屬于驗證類實驗器材，而不是探究型實驗器材，現(xiàn)以“光的反射實驗”為例進行說明

1“光的反射”現(xiàn)有實驗裝置的缺陷

現(xiàn)有的實驗器材如圖1所示，整個試驗裝置是由兩塊木板組合而成，板子后面是兩個小合頁（如圖2），板子前面固定一塊小平面鏡，使得右側(cè)的木板可以向后折，不能向前折，用這個特點說明反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)

11這個實驗裝置有這樣幾個缺點

（1）板子的邊框由于有個封條，所以與板子整體不是平的，使用激光筆的時候，激光筆發(fā)出的光線不是嚴(yán)格地貼著左側(cè)的板子入射的，其實有一個小的角度，板子上的光線看起來不是那么清晰（如圖3）

（2）右側(cè)的木板可以向后折，但是不能向前折，更無法全角度彎折，只能驗證反射光線只存在某一個平面內(nèi)，而算不上真正意義上的探究而且固定的平面鏡也限制了板子的轉(zhuǎn)動，同時紙板與平面鏡也只能是垂直的狀態(tài)，無法成角度調(diào)節(jié)

（3）由于實驗裝置的限制，學(xué)生在操作時只能在這兩塊板上看見反射光線和入射光線，所以會強化記憶成反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)，而忽略了其實這個平面是由入射光線和法線所決定的平面因為法線并不存在，而且在實驗的過程中始終沒能把法線標(biāo)記出來，所以學(xué)生在總結(jié)規(guī)律時也會忽略法線的存在

12這個裝置對實驗的不良效果

尤其是當(dāng)學(xué)生面對有的實驗題時，思維障礙點就突出顯現(xiàn)出來了平時在探究“光的反射定律”實驗時，進行如圖4所示的實驗操作讓光線貼著紙板沿AO方向射向鏡面，反射光線沿OB方向射出，如圖甲所示，將右側(cè)紙板沿ON向后折，在紙板上不能看到反射光線，在實驗過程中，若將紙板傾斜，讓光線仍貼著紙板沿AO方向射向鏡面，如圖乙所示，此時紙板上是否能看到反射光線？

很多學(xué)生認(rèn)為，紙板是一塊紙板，反射光線與入射光線在同一平面內(nèi)，所以只要入射光線在這個平面上，那么反射光線也一定在這個平面上他們的錯誤認(rèn)識就是因為忽略了法線的位置，忽略了反射光線其實是在由入射光線和法線所決定的平面內(nèi)的

2對實驗裝置的改進

針對原來實驗裝置的弊端所暴露出的問題，筆者帶領(lǐng)學(xué)生對實驗器材進行了如下改進：

（1）顯示光路的紙板不能有邊框（如圖5）；同時紙板上可以貼有量角器，反射角與入射角的大小關(guān)系也同樣可以探究

（2）兩塊紙板不僅能后旋轉(zhuǎn)，還要全角度旋轉(zhuǎn)（如圖6）各紙板和底座接觸的位置都嵌入小磁鐵，滿足旋轉(zhuǎn)和穩(wěn)定的需要另外，尋找反射光線時是真的去探索光線的位置，而不是只有局限的位置可以選擇（如圖6）；

（3）用另一個激光筆隨時顯示出法線的位置，在學(xué)生確定反射光線的同時看到法線的位置，確定三線共面（如圖7）；

（4）兩塊紙板可以與入射面成角度擺放，不是只能垂直放置（如圖8）；

（5）光源可固定，不用手持，讓入射光線的角度保持穩(wěn)定（如圖9）；

（6）平面鏡鑲嵌到反射面內(nèi)，不讓它影響紙板的旋轉(zhuǎn)（如圖10）

此外，實驗過程中可以針對實驗現(xiàn)象適時提出問題，如當(dāng)在圖11的位置中找到反射光線后，可以提出問題：如何確定反射光線和入射光線在同一平面內(nèi)？法線是否也在這個平面內(nèi)？在實驗過程中可以隨時打開光源，顯示出法線的位置.把兩塊紙板去掉，用一個整塊的紙板放在與平面鏡垂直的某位置就可以同時看到反射光線和入射光線，此時法線也在這個平面內(nèi)如圖12

3利用改進的自制實驗裝置培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力

利用自制教具，可以在實驗過程中提出諸多具有探究價值的問題，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和科學(xué)探究能力如：

（1）反射光線是否在入射光線和法線所在的平面內(nèi)？

（2）反射光線和入射光線是否分居在法線兩側(cè)？

（3）反射角與入射角是否相等？

按照現(xiàn)在中考要求，也可以引導(dǎo)學(xué)生分別找出自變量、因變量和控制變量進行科學(xué)探究，寫出實驗方案、進行實驗并加以評估在學(xué)生實驗的過程中，始終以問題為中心，以實驗為保障，以討論為主線引導(dǎo)學(xué)生深入地思考，把驗證性實驗轉(zhuǎn)變成探究性實驗，開拓學(xué)生思路，發(fā)散學(xué)生思維，全方面培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力

突破學(xué)生的思維障礙，提升學(xué)生的實驗探究能力，對教師的分析能力、教材研讀水平及教學(xué)設(shè)計能力都要求很高endprint

例如，在光的反射實驗中，學(xué)生們出現(xiàn)的問題集中在法線的建立和作用上，為什么要建立法線這一模型呢？

每一條入射光線和其對應(yīng)的反射光線都可以呈現(xiàn)在各自的一個平面上如圖13，從不同方向射向同一個入射點的對應(yīng)光線都可以呈現(xiàn)在對應(yīng)的平面上如圖14

上述三個不同的面組合到同一個圖中如圖15所示，三個面相交于同一條直線ON，通過實驗可以看出，用不同的平面承接不同角度（平面在底座的位置如圖16）的光路時，ON在不同的平面上都能看見，所以這條直線對于找到過O點的反射光線至關(guān)重要，把該條直線抽象出來，如圖17所示，由于它不是一條真實的光線，所以它在作圖時要用虛線畫出，通過用直尺測量發(fā)現(xiàn)，該條直線肯定過入射點，且與反射面垂直，因此把這樣一條過入射點，且與反射面垂直的直線用虛線畫出且定義為法線

4對利用自制教具培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力的思考

41改變學(xué)習(xí)方式，促進知識建構(gòu)

以自制教具進行物理實驗探究式教學(xué)，要求在教學(xué)過程中，教師要摒棄掉以前課堂上主導(dǎo)者的身份，變成學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者，在一個相對輕松愉快的氛圍下引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究，讓學(xué)生有充分的話語權(quán)和主動權(quán)，而不再只是一個知識的接受機器，當(dāng)學(xué)生從這種探究式的學(xué)習(xí)方法中獲得成就感時，自然而然就會改變以前被動的學(xué)習(xí)方式和惰性的思維模式，積極主動的去學(xué)習(xí)、去思考學(xué)生是知識的主動建構(gòu)者，必須主動參與整個學(xué)習(xí)過程，根據(jù)自己先前的經(jīng)驗，與他人協(xié)商、會話、溝通，在相互質(zhì)疑的過程中，建構(gòu)知識特別是對于大多數(shù)同學(xué)口中較難的物理學(xué)科，從被動到主動的這一轉(zhuǎn)變過程，會讓許多學(xué)生對物理這一學(xué)科有了重新的認(rèn)識，學(xué)習(xí)好物理就不再是一件難事

42鍛煉學(xué)生動手能力和實踐能力

現(xiàn)實中的中學(xué)生，在應(yīng)試教育“重分?jǐn)?shù)輕能力”的大環(huán)境下，理論知識強，實踐能力弱，極不符合社會的需要和國家的需求，而解決這一問題最直接的方法就是讓學(xué)生參與到實踐活動中來對于中學(xué)生而言，教具制作是符合學(xué)生心理特征和發(fā)展要求的綜合性實踐活動根據(jù)學(xué)習(xí)需要，指導(dǎo)學(xué)生自己制作教具，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和實踐能力的重要途徑教具制作前學(xué)生首先要去查閱相關(guān)資料，制定出合理的方案，接著尋找合適的制作材料、準(zhǔn)備所需的工具，這些前期的準(zhǔn)備活動，能夠幫助其豐富生活經(jīng)驗，完成對事物的認(rèn)知制作時，就真正到了考驗動手能力的時刻了，怎么樣使用鋸齒，鉆孔機應(yīng)該怎樣操作等等這些問題都影響著制作過程是否順利，所以學(xué)生應(yīng)該掌握各種勞動工具的使用方法和技巧，熟記注意事項，在實踐中不斷提升其動手能力教具初步制作完成后，還要對其進行調(diào)試、改進和反思，在上述活動進行后，最后的成品將用來進行實驗探究活動在實驗探究的過程中，學(xué)生可以更深入地思考問題，用物理學(xué)原理解釋實驗器材的優(yōu)點和缺點，用實驗器材探索未知的知識原理兩者相輔相成，互相促進，學(xué)生的思維能力和解決問題的能力也將有所提高

43培養(yǎng)創(chuàng)造精神和科技意識

自制教具的設(shè)計是應(yīng)用科技知識與教學(xué)經(jīng)驗進行的一種具有多種潛在價值的創(chuàng)造性活動，任何一件教具的制作都是經(jīng)過一番思考，然后出現(xiàn)創(chuàng)意、構(gòu)思和設(shè)計在實際的制作過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)自己的創(chuàng)造潛能，激起創(chuàng)造的欲望和興趣，進而培養(yǎng)創(chuàng)新能力；而制作過程很多時候是艱辛曲折、充滿挑戰(zhàn)和困難的，失敗和挫折再所難免，——堅持到底才能成功，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新勇氣，鍛煉創(chuàng)新意志；制作過程又是嚴(yán)謹(jǐn)求實、各具特色的，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新個性和創(chuàng)新品質(zhì)；制作方案的制定、制作材料的選取、制作工具和技術(shù)的使用都需要創(chuàng)造性思維的參與，更需要創(chuàng)造策略和技巧的使用，能夠有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；制作成果的使用是對學(xué)生創(chuàng)造性勞動的最好獎賞和激勵，能夠點燃學(xué)生更大的創(chuàng)新熱情同時，由于教具的創(chuàng)作和使用過程必然涉及科學(xué)知識與生產(chǎn)技術(shù)，在創(chuàng)造性思維物化的過程中，對學(xué)生的科技意識會起到強化作用

本文只闡述其中的一個例子，自制教具可以在很多課上進行嘗試，尤其是現(xiàn)有實驗器材不能滿足學(xué)習(xí)需要時，可能一個小地方的改進都能取得突破性的進展學(xué)習(xí)是在不斷地嘗試中完善的，利用好自制教具，可以使教學(xué)效率大大提高，對學(xué)生探究能力的提升起到推波助瀾的作用在基礎(chǔ)物理教學(xué)中，將自制教具與實驗探究式教學(xué)相結(jié)合，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)成績的提高，激發(fā)并保持學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，最終達(dá)到提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的以自制教具開展中學(xué)物理實驗探究式教學(xué)是課程改革的需要，是推行素質(zhì)教育的強有力的手段在學(xué)生普遍認(rèn)為“物理難”的今天，這項舉措將會給物理教學(xué)帶來一個全新的面貌

參考文獻：

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[4]袁國道，邢海根.詮釋“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗”新意[J].物理教師，2007，03endprint