顧杰

[摘? ?要]實(shí)驗(yàn)既是物理教學(xué)的內(nèi)容，也是物理教學(xué)的手段，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行椭鷮W(xué)生理解相關(guān)物理知識(shí)的內(nèi)涵，提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)中的重中之重。初中物理教學(xué)中，可以通過自制教具開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有效提升課堂教學(xué)的趣味性，提高課堂教學(xué)實(shí)效。文章以《動(dòng)能、勢能、機(jī)械能》的課堂教學(xué)為例，探討自制物理教具對(duì)課堂教學(xué)的影響。

[關(guān)鍵詞]自制物理教具;物理課堂教學(xué);優(yōu)化教學(xué)

在初中物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)都需要適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器具。誠然，如今的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件已經(jīng)有了極大的改善，師生可以使用各類精良的實(shí)驗(yàn)器具。前提是，學(xué)生需要在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正因?yàn)檫@樣，學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)器具時(shí)都會(huì)小心翼翼，也不可能隨心所欲地拿取實(shí)驗(yàn)室的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以實(shí)驗(yàn)器材對(duì)學(xué)生的“親和力”不強(qiáng);另一方面，從“生活走向物理，物理走向社會(huì)”的理念出發(fā)，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽運(yùn)用生活中的日常用品開展物理實(shí)驗(yàn)。因此，物理教學(xué)中，自制教具也就應(yīng)運(yùn)而生了。自制教具，一般用生活中的常用材料制作，這類教具制作簡單方便，損壞了可以維修改裝，其制作維護(hù)成本低是實(shí)驗(yàn)室器具無法比擬的。同時(shí)，課本中牽涉的實(shí)驗(yàn)器具有限，故學(xué)生能夠參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與制作的機(jī)會(huì)并不多，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。綜上所述，自制教具在初中物理教學(xué)中就顯得尤為重要。

一、自制物理教具概述

自制物理教具包含兩類：一是教師在課前自己做好的教具或者改善的教具，自制教具可以用身邊易得的材料和廢品進(jìn)行組合制作。比如圖1為物理課本上的原圖，但是如果在課堂上演示，學(xué)生離得很遠(yuǎn)，錘子釘釘子的可視效果很差。這時(shí)，如圖2所示，用手邊易得的鉛筆和泡沫塑料，把鉛筆釘在泡沫塑料中，然后再將錘子釘釘子的過程展示給學(xué)生，這樣學(xué)生觀察到的效果更好。二是教師指導(dǎo)或者組織學(xué)生制作的能夠反映物理原理的實(shí)驗(yàn)器具。

設(shè)計(jì)制作的物理教具，首先要符合當(dāng)節(jié)物理教學(xué)內(nèi)容，符合科學(xué)原理，要能為教學(xué)服務(wù)，但又不能影響教學(xué)進(jìn)程，它應(yīng)該是物理教學(xué)的一個(gè)輔助工具。其次，教具的設(shè)計(jì)制作必須切實(shí)可行，要根據(jù)教師個(gè)人及學(xué)校的實(shí)際情況量力而行，最好能就地取材，利用身邊的日常物品制作簡易物理教具。當(dāng)然，教具成品以后，在展示中要比原有的教輔儀器更有效或更有趣味性。

二、自制物理教具，提升課堂教學(xué)實(shí)效

在課堂教學(xué)中，如果學(xué)生通過提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，最后能夠創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出新教具，或者對(duì)傳統(tǒng)教具加以改善，那么他們的能力和思維都會(huì)得到不同程度的提升。因此，物理課堂教學(xué)中，如果教師能適時(shí)恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生自制教具，學(xué)生就可以接觸到更豐富的教學(xué)內(nèi)容，并獲得更多的實(shí)踐體驗(yàn)。

1.通過自制教具培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的模型建構(gòu)能力

“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證等要素。其中模型建構(gòu)能力，是物理學(xué)科教學(xué)中要求學(xué)生掌握的高階能力。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)的本質(zhì)起源于實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的體驗(yàn)，就能逐步理解相關(guān)物理知識(shí)，并且進(jìn)一步將認(rèn)知升華，并驅(qū)動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的反思，進(jìn)而喚起對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)需求。

[案例1]活動(dòng)任務(wù)：探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)器材：斜面、小車、木塊、砝碼。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：探究小車的動(dòng)能大小是否與速度和質(zhì)量有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)的主要探究方法是控制變量法，通過木塊被撞擊后的移動(dòng)距離，判定小車到達(dá)水平面后，撞擊木塊前的動(dòng)能大小。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：圖3為探究小車動(dòng)能大小與速度關(guān)系的示意圖，讓同一小車從不同高度自由釋放;圖4為探究小車動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中是通過加砝碼來改變小車總質(zhì)量的，實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小車從斜面的同一高度自由釋放。

反思與調(diào)整：當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，讓他們分享實(shí)驗(yàn)中的成功經(jīng)驗(yàn)或者遇到的問題，并與其他同學(xué)一起共同找出解決方案。

問題1.由于木板較短，木塊被撞擊后容易運(yùn)動(dòng)到木板外。

暫時(shí)解決方案：實(shí)驗(yàn)時(shí)，降低斜面上小車的初始高度。

問題2.實(shí)驗(yàn)需要測量木塊被推動(dòng)后移動(dòng)的距離，目測這個(gè)距離不夠準(zhǔn)確。

暫時(shí)解決方案：用粉筆在木板上標(biāo)記木塊的初位置和末位置，由于木塊方位會(huì)偏，所以此方法不夠準(zhǔn)確，如圖5所示。

問題3.小車到達(dá)水平面的初始速度方向和木塊被撞擊后的運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線，如圖6所示。

暫時(shí)解決方案：讓小車在斜面上滑下時(shí)，盡量對(duì)準(zhǔn)木塊中央。

學(xué)生思考：導(dǎo)致問題3的主要原因是小車在撞擊木塊的瞬間很難把受力點(diǎn)控制在木塊受力面的中央，所以導(dǎo)致木塊被撞偏。如果能自制一個(gè)小車和木塊共同運(yùn)動(dòng)的軌道，就可以同時(shí)解決問題2和問題3。

展示自制教具，如圖7所示。

自制教具所用材料：兩根開了三分之一面槽的PVC塑料管，兩根管中間有可拆卸的彎管（塑料管上用藍(lán)色膠帶作標(biāo)注），兩個(gè)不同質(zhì)量的小球，被撞擊的圓柱體物塊，如圖8所示。

學(xué)生評(píng)價(jià)總結(jié)：軌道足夠長，所以不用擔(dān)心圓柱體會(huì)被撞出軌道;圓柱體物塊移動(dòng)的方向與受力方向也基本在同一直線上;軌道上的藍(lán)色標(biāo)記可以方便比較圓柱體物塊被推動(dòng)后的移動(dòng)距離。

因此，實(shí)踐活動(dòng)后，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器具進(jìn)行初步改進(jìn)或調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建模型的高階能力。當(dāng)然，案例1中的教具出自教師之手，所以學(xué)生的認(rèn)知過程是自己先按照書本上的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，然后進(jìn)行認(rèn)知上的反思和改進(jìn)。這已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了新課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的由“關(guān)注知識(shí)”轉(zhuǎn)向“關(guān)注學(xué)生”，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維與實(shí)驗(yàn)探究能力。

2.在自制教具的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)探究能力

教師平時(shí)展現(xiàn)給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)器具雖然基本符合教學(xué)要求，但是在實(shí)際操作中，總有不完美或不理想之處。事實(shí)證明，實(shí)踐活動(dòng)可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)，那么教師就應(yīng)當(dāng)適時(shí)把動(dòng)手創(chuàng)作的機(jī)會(huì)讓給學(xué)生，讓學(xué)生親自完成自己的“作品”。

[案例2]活動(dòng)任務(wù)： 模擬打樁。

實(shí)驗(yàn)器材：釘桌、沙子、木塊、美工刀、剪刀、一大一小兩個(gè)塑料瓶，如圖9所示。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：（略。學(xué)生并沒有想到使用兩個(gè)塑料瓶）

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：（略）

反思與調(diào)整：學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，繼續(xù)探討實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，并讓其他同學(xué)幫忙想解決方案。

問題1.實(shí)驗(yàn)過程中，很難控制木塊從同一高度落下，沒有現(xiàn)成的參照物作為高度的標(biāo)準(zhǔn)。

問題2.木塊對(duì)釘桌做功時(shí)，受力點(diǎn)很難控制在桌面中央，釘桌陷進(jìn)沙子后會(huì)偏著傾倒，學(xué)生不知道比較哪一個(gè)釘腳的深度，如圖10所示。

鼓勵(lì)學(xué)生思考、動(dòng)手：再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用手中的器材對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與完善。

學(xué)生自制教具展示：用美工刀將兩個(gè)瓶子的底部和頂端切除，留下兩個(gè)木塊可以通過的豎直通道，這樣既能控制或改變木塊的落地高度，又能更好地控制木塊掉下后對(duì)釘桌的受力點(diǎn)，如圖11所示。

實(shí)際上，在教學(xué)活動(dòng)中，依據(jù)教學(xué)需要對(duì)生活中常見的物品甚至廢棄材料進(jìn)行加工，制成教具加以利用，就是潤物無聲地對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性教育。易得的物品材料是生活中常見的，學(xué)生對(duì)其沒有陌生感，所以他們較容易對(duì)這類物品產(chǎn)生改造的欲望。學(xué)生制作的這類教具，短時(shí)間內(nèi)既可以展現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新與動(dòng)手能力，同時(shí)能使學(xué)生產(chǎn)生成就感，也激發(fā)了學(xué)生利用廢物進(jìn)行創(chuàng)造的欲望，進(jìn)而潛移默化地啟迪學(xué)生。

3.自制教具，優(yōu)化課堂內(nèi)容呈現(xiàn)方式

參照物理九年級(jí)上冊的《教師教學(xué)用書》 ，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下表：

[1 通過實(shí)例分析，認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)的物體能對(duì)其他物體做功，所以運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能。 2 通過探究，知道動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，并能解釋簡單的現(xiàn)象。 3 通過探究，知道彈性勢能和重力勢能的概念和決定因素，并能解釋簡單的現(xiàn)象。 4 通過觀察和實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)并理解動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化過程，能解釋一些有關(guān)動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化的簡單現(xiàn)象。 5 能運(yùn)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真觀察、勤于思考的習(xí)慣。 ]

筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)進(jìn)行了反思：前面三個(gè)目標(biāo)已經(jīng)讓學(xué)生知道了動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能的概念及決定因素，接下來，如何順理成章地讓學(xué)生認(rèn)識(shí)并理解動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化，就成了教學(xué)難點(diǎn)。原本，筆者總是按照物理教材上的“活動(dòng)——觀察擺球動(dòng)能和重力勢能的轉(zhuǎn)化”來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知的。但是筆者在某次觀摩聽課中觀察到他人的自制教具，并因此獲得了靈感，解決了該教學(xué)難點(diǎn)。

[案例3]活動(dòng)1.探究動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)。

活動(dòng)內(nèi)容：研究小球的動(dòng)能，讓小球沿斜面下滑，使其對(duì)玩具小車做功，如圖12。

活動(dòng)2.探究重力勢能及其影響因素。

活動(dòng)內(nèi)容：探究砝碼的重力勢能，讓砝碼通過定滑輪和細(xì)繩對(duì)小車做功，如圖13。

活動(dòng)3.探究彈性勢能及其影響因素。

活動(dòng)內(nèi)容：探究橡皮筋的彈性勢能，讓拉緊的橡皮筋對(duì)小車做功，如圖14。

三個(gè)活動(dòng)，教師都問了學(xué)生同樣的問題，（1）是誰讓小車動(dòng)起來了？（2）誰對(duì)小車做功？（3）說明一開始誰具有能量？（4）它們分別具有什么特征？并嘗試給這種能量取名。

上述探究活動(dòng)中，每個(gè)活動(dòng)都引入了一個(gè)新的自制教具，這些教具不僅貼合教學(xué)大綱，并且較之教材上的實(shí)驗(yàn)儀器增加了趣味性。通過這樣的探究能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深層次的思考與總結(jié)：具有動(dòng)能的小球、具有重力勢能的砝碼、具有彈性勢能的橡皮筋，通過做功都能讓小車運(yùn)動(dòng)起來，小車由此獲得了動(dòng)能……爾后，自然地將話題過渡到了動(dòng)能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化。因此，自制教具不僅可以在教學(xué)局部的探究活動(dòng)中，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生視覺和思想上的“沖擊”，而且在整體上，也可以優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，收到了事半功倍的效果。

自制物理教具時(shí)，一般要注意以下幾個(gè)要求：

（1）教具能說明物理問題，揭示事物的本質(zhì)。

（2）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，要讓學(xué)生一眼看出其結(jié)構(gòu)包含的部件，不要增加學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

（3）自制的教具，要有較高的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)成功率要高，防止學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生畏懼心理。

（4）要有足夠的可見度，演示時(shí)要讓學(xué)生都觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（5）盡量使一個(gè)器材擁有多個(gè)實(shí)驗(yàn)功能，自制教具盡量就地取材。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 謝洪雷，孫金濤.科學(xué)利用自制教具，提高初中物理教學(xué)質(zhì)量[J] .中國教育技術(shù)裝備，2018（15）：48-49.

[2]? 駱波.初中物理深度備課的層級(jí)架構(gòu)[J].基礎(chǔ)教育課程，2017（1）：58-64.

[3]? 羅伯特·M·卡普拉羅，瑪麗·瑪格麗特·卡普拉，詹姆斯·R·摩根.基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)[M]王雪華，屈梅，譯.上海：上?？萍冀逃霭嫔?2015.

[4]? 張偉. 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與演示教具設(shè)計(jì)[M].呼和浩特：內(nèi)蒙古人民出版社，2001.

[5]? 吉臨榮，周峰. 低成本實(shí)驗(yàn)資源要開發(fā)在“簡”字上[J].中學(xué)物理，2016（20）：55-57.

（責(zé)任編輯 易志毅）