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1、 自制物理教具意义和制作要素的研究 李晓东 摘要 简述了现在物理教学的普遍状况，突出物理教具制作与研究的必要性、紧迫性和对教学起到的作用，讲述了物理教具制作的基本要求和思想，还讨论了贫困地区和经济发达地区关于教具制作的可行性。关键词：教具状况、主动性、科学性、可行性新中国以来，我国一直提倡自制教具，广大教育工作者也积极研制和推广自制教具，并发表了大量的著作和论文，从而使我国自制教具久盛不衰，成绩斐然。新中国成立后，国家比较贫穷，在教具生产和引进方面还没有多大的投入，在农村情况更加突出，国家提倡和广大教育者的积极研究与推广，自制教具在教学上起到了很大的作用。那么在新世纪的今天，我国的教学仪器已有
2、很大发展，还从国外引进了一些现代化的教学手段和技术，自制教具是不是已完成了它的历史使命呢？对此请先看看当今世界中学物理教学自制教具 (国外称低成本实验)的形势，就可以剖析出自制教具今后发展的趋势。现在欧美、日本、加拿大等发达国家的中学物理教学已将学生实验作为教学的主要内容，如德国的国民教育中物理课程(相当我国初中)共安排实验 343个，其中除 48个出于安全和技术设备等方面原因由教师演示外，其余295个实验均由学生完成(占总数的86.1%)。英国中学低年级物理教学也都以学生实验开路，他们每节课有23个学生实验。据英国对中学物理课的统计：低年级(11一14岁)学生实验占课时7080，高年级(15
3、16岁)占2550。我国香港初中物理教材中的每个问题几乎都要由学生自己通过做实验进行认识；台湾省明文规定初中物理实验时间不得少于物理上课时间的二分之一。从国外考察归来的一些人员说，在发达国家和地区的中学物理实验室里，随处可以看到一些简单的自制教具，学生常用自己制作的教具做实验，进行学习。中学生普遍感到物理是最难学的课程之一，不少教师也深感物理难教。特别是边远地区的中学生，一是没有先进的物理教学设备，二是各种信息比较闭塞。特别是到了高中，除了计算量增大外，最大不同在于由感性认识上升到了理性认识，这也是一种质的飞跃。学生在学习物理的过程中会感到越学越枯燥，越枯燥越感到学习困难，越难越不爱学习，最后
4、导致两极分化严重，有的同学感到学习物理寸步难行。如何使他们对物理知识发生兴趣促使他们积极主动地、心情愉快地学，确实是值得研究和探讨的问题。兴趣往往是学习的一种动力，生动形象的演示实验则是让学生产生浓厚的学习兴趣的重要手段。学校里的教具一般分为购置的正规教具和自制教具两类。自制教具是用来配合学校购置的正规仪器教具起补充使用作用的，如学校 实验室里的有关无演示光的传播、光的反律、光的折射等的相关器材，使用这些仪器，还需配备一些其他的小而简单的设备如激光电筒玻璃砖等，这就需要教师发动学生自制或寻找一些配合实验使用的相关器材进行实验。一、 自制教具的意义谈到自制教具的意义，原国家教委副主任柳斌曾说过：
5、自制教具的目的并不只是为了省钱，而是通过自制教具培养老师和学生的动手动脑能力，培养他们的创造精神。这才是自制教具的最主要目的。这段话基本明确了自制教具的地位及作用。重视自制教具是我国物理教育的传统，继承和发扬这一优良传统是教师也是学生的责任。为此作为老师，首先要努力开发它的教育、教学功能；挖掘自制教具及其实验的兴趣因素，激发学生的学习动机；拓宽感知渠道，强化有用信息；突出本质因素，促进理性升华；利用小型实验进行思维训练等等。在课堂的引入中，在随堂实验中，在课后作业中和在课题研究中，都可 以有自制教具及其小型实验的用武之地。例如，在上八年级物理上册的第二章第的三节平面镜成像这一课时，我们可以在课
6、前制作一个魔术箱的教具。如图，把箱子的一个侧面剪去，在箱子中放置一块平面镜（与底面成45度角，并与箱子的两侧对角线重合），在箱子的底面和侧面贴上方格纸，在箱子的顶开一个小口。要反复移动方格纸的位置，使人从外面看觉得是一整个空盒子，再用双面胶贴好纸。然后由老师来表演魔术，引出本节课的内容。用魔术箱来设置悬念，激发了学生的探究热情，再说明有魔力的原因是内部有镜子，最后引出课题内容“平面镜”，使学生从悬念中得出课题，让学生的大脑得到充分的激发，也解除了学生对生活中常见的“平面镜”的平淡感。学生看完小魔术后带着惊讶的目光，学生的求知欲，探究欲被激发了，使学生对该知识有浓厚的兴趣。其实对探究内容正确设疑
7、，使学生造成悬念，能让学生从不惑到突然对探究内容产生浓厚的兴趣，并在较短时间内集中注意力，积极思维，为新的探究学习奠定基础，以便在后面的探究中有很好的表现。在这堂课结束时可以请同学揭开这个魔术的迷，对本堂课起到前后呼应的作用。也使得学生得到了能揭示魔术奥秘的喜悦感，对物理也就更感兴趣了。（1）教具生产的周期性虽然科技不断进步，当今世界新技术、新材料、新产品层出不穷，但是定型教学仪器的更新换代不可能随之同步。它的生产、统一配置，由国家专门规定，需要一定的周期。因此教师和学生可通过自制教具，及时利用不断问世的新材料、新技术、新产品，选择合适的器材，改进现有的实验和实验仪器，增强实验的可见性、科学性
8、、趣味性，把那些原来比较困难的实验，变得容易实现，使实验效果大大增强。（2）不同地区物理教具的状况”物理学是以实验为基础的科学，在素质教育的今天，重点培养学生的创新精神和操作能力。义务教育初中物理教学大纲要求：“物理实验室应该不断充实实验设备。要购买和研制新实验设备，更要鼓励学生和教师因陋就简，就地取材自制教具。学校的实验室是重要的课程资源之一。物理课中的科学探究最多的是通过实验来进行的探究活动，在科学探究的过程中，往往难以预料学生的猜想和设计的实验。所以目前的教学活动需要大量器材，而这些器材又是多而杂、小而细，全部靠学校来配备是不现实的。为给学生的科学探究活动创造条件，目前大多数的实验室还有
9、很大的困难，农村中学困难更大。例如，许多实验厂家不生产乒乓球或小船做流体压强与流速关系的实验装置，也不生产光盘做光的色散实验器材；再如在做用鸡蛋研究浮沉条件的实验，在做测马铃薯密度或用马铃薯片研究蒸发快慢的实验等等，这些器材不可能由实验室来提供；还如用书本、铅笔等做滚动摩擦小于滑动摩擦比实验室提供器材的实验效果更好。众所周知，在我国广大的农村，特别是在一些偏远的山区，学校教育资源匮乏，办学条件相对落后，没有电脑，没有投影机，有的甚至连电也没通。故通过教师和学生自制教具来完成实验，是实现教学效果的最好选择。但目前农村学校实验教具的使用情况很不乐观，有许多老师怕麻烦，有些必须用的教学教具也只是用口
10、授的方式，没有实验教学的习惯。有些农村学校不是没有教学教具，而是教师很少使用，使得农村学校仅有的实验教学设备不能很好的发挥作用。在一些较发达的地区，作为实验工具的教学仪器，每个学校大部分都是购买的，这些仪器实验效果虽然不错，但可能由于商品化的原因，也有其不足之处，如有些仪器做实验时看不到内部的变化过程，有些仪器价格太贵，一般学校很难承受等等。相比之下，自制教具与课外实验却在实验教学中显露出其特殊的意义。在物理教学过程中，许多重视实验教学的教师会遇到一些问题，如：不少演示实验的成品教具和学生实验的仪器设备实验效果很差，很难在有限的教学时间内达到预期的实验效果，无法满足学生和教师要求提高教学质量的
11、需要。随着对教材的深入理解和研究，教师除了完成课本上的演示，分组实验，还需要增加一些直观的，易于理解的实验，通过实验丰富教学过程，这时也需要自制教具。（3）自制教具能有效培养学生学习的主动性朱正元教授曾积极倡导“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。就地取材，随时实验，可以使学生感到物理学就在自己身边，研究物理学并不神秘，从而调动学生学习的积极性、主动性，养成实验习惯，提高实验技能，培养创造能力。中学生大多是处于12至15岁之间的发育时期，生理心理均未成熟，具有区别于成人的特殊性。麦克斯韦说过“实验的教育价值与仪器的复杂性成反比，学生自制的仪器，虽然经常出毛病，但它却会比用仔细调节好的仪器能学到更
12、多的东西”。 中学实验室里教学仪器数量有限，使用一般都强调要按步骤操作，如果非正常损坏，则要赔偿，甚至罚款。因此，学生普遍存在害怕心理，使用时小心谨慎，不敢越雷池一步。学生处于被动实验状态，学习的积极性和主动性受到了压制。而自制教具取材容易，制作简单，损坏了可以再制作，这是商品仪器无法比拟的，它能有效地提高了学生的学习积极性和主动性。另外，学生通过自制的教具，能加深对教材内容的深入理解。如在“音调”的学习中，学生通过课后的小制作，小实验，就可以知道古代的编钟为什么能产生美妙的音乐。教师在教学过程中制作教具来验证一些物理规律也能够有效培养学生学习的主动性。如帕斯卡“桶裂”实验，“一个容器里的液体
13、，对容器底部(或侧壁)产生的压力可以远大于液体自身的重量”，这对许多学生来说是不可思议的。对此问题，教师可以模拟“桶裂”实验制作一个教具，即用一只装麦乳精的圆柱形罐头盒作为“水桶”，要求它的盖子盖上后倒置时不漏水，在罐头盒的底部开一个圆孔，圆孔内紧塞一个橡皮塞，橡皮塞的正中穿一小段两端开口、内径约为6mm的玻璃管，玻璃管上套一小段橡皮管。把这个容器倒置固定在支架上，在其下方放一只脸盆。另备一根内径约6mm、长约1m多的玻璃管，大漏斗只，小烧杯1只，夹子1只，凡士林少许。演示时，先将罐头盒取下，用夹子将玻璃管上的橡皮管夹住，再把水注满整个容器，用四周涂满凡士林的盒盖盖好后，把它倒置固定在支架上。
14、步骤一，将橡皮管上的夹子取下，把大漏斗与橡皮管相连，将水注满大漏斗，可以看到，水的压力还不足以使底盖压开。步骤二，取下大漏斗，换以细长的玻璃管，在玻璃管中插入一根细漆包线，以利于把一小烧杯水注入细玻璃管内。可以看到，当液面的高度达到一定值后，罐头盒下的底盖即被水压开，盒中的水全部倾泻而下。通过此实验，向学生指出“直觉并不一定是可靠的，只有进行科学实验，才能很好地认识自然规律。”由此启发学生注意探寻生活中其它类似现象，培养对物理的兴趣，培养学习的主动性。（4）师范院校物理专业学生自制教具能力的重要性师范专业物理教育的目标，主要是培养合格的初中和高中物理教师，而且重点是农村初中物理教师。在农村，由
15、于受经济条件的制约，绝大部分初中的教学条件比较落后。尽管国家每年都要投入不少的人 力、物力 ，也动员了不少的社会力量到教学中去，但要在短期内扭转农村初中教育落后的状况还是相当困难。所以要做一名合格的初 中物理教师，就必须有因地制宜、充分利用生活中现有的材料、制作 简易教具的能力。只有这样才能更好地完成物理教学任务。以前，在教学设备不足的条件下，广大的师范物理教育工作者，曾把制作简易教具，作为提高教学质量、改进教学方法的重要手段。同时，也把制作教具的能力作为一项重要的教学内容来要求学生并通过言传身教，培养出一批又一批师范物理教育毕业生。而且自制教具不仅能够让学生感到新鲜有趣，倍感亲切，也对老师的
16、能力产生敬佩感。“亲其师，信其道”，这种情感会激发学生的学习兴趣，一旦有所收获，会对自己产生成就感、自豪感，觉得物理并不神秘。很多事实证明，这些毕业生走向工作岗位后，特别是在教学条件比较差的地方，他们充分发挥自己的专长，积极开展制作教具的话动，为保证初中物理教学质量，完成数学仟务，起到了重要的作用。然而，随着经济的不断发展，教育投入的不断增加，物理教学条件的改善，自制教具的观念在人们的心日中无形地漩漠起来。所以，我们作为新一代的物理教育者，虽然现在的教学条件在不断的提高，教具也越来越先进，但是我们还是要继续继承和发扬这一优良传统。 所以，物理师范生做试验时要由“过程型 ”实验方法变为“任务型”实验方法。而所谓的“过程型 ”实验方法，就是在实验教学中，学生手中有一本编写详细的实验讲义，按照顺序把每一个实验的题目、实验目的、实验仪器、实
