王理想

（新疆师范大学附属中学，新疆 乌鲁木齐 830054）

1 自制教具开发现状背景

随着教学改革的不断深入，教育部颁布的《物理课程标准》涉及教育思想、人才培养模式、教育内容和教学方法等方面的改革，也对中学物理实验提出了更高、更新的要求.目前，中学物理实验教学所需的常规实验器材配置相对齐全，DIS实验室的建立更是为实验教学带来了活力.传统的实验和先进的科学技术相结合给实验教学带来便捷、直观、实时、准确等特点，同时也促使学生了解先进的科学技术、获得科学的学习方法、形成正确的学习态度，促进了实验教学的改革.但是，在实际教学中，教师为了让物理实验回归物理探索的本义、切实提高课堂教学的有效性、解决教学中的重难点、探索实验课堂探究多样化教学方式，会面临出现实验器材缺乏或不足的现象、实验器材放不进教室、改教师演示实验为学生探究实验等问题.解决这些问题的有效途径之一就是自己动手、就地取材大力开展自制教具活动.

《物理课程标准》提出开发实验室的课程资源，倡导利用日常器具做实验.实验室的课程资源不仅限于实验室的现有设备，学生身边的物品和器具也是重要的实验室资源.新课程所表现出的综合化、生活化、整体化和情景化等特点也对教师提出了更高的要求，同时把学生能力的培养融入实验教学之中，实验教学的改革自然要从物理实验教学开始，因此教师只有用心探索、悉心教研，制作精良、实用的教具来弥补现用教材和教具的不足；突破实验条件制约，推进物理教学的改革.正如著名科学家李政道博士在参观一所中学时曾经说过“自己做的仪器永远比买来的好”，设计制作相应的教学实验设备已成为新课程实施和完成上述改革的必然内容和必要条件.

2 自制教具开发目的和意义

自制教具往往构思巧妙、结构简单，有利于学生动手，学生可以清楚了解其结构和原理及实验现象的观察；结合实践设计相应的自制、仿制或创新演示实验对物理过程进行演示，使物理过程展现在学生的面前，形象直观，学生一看就明白，正如我国著名物理教育家朱正元教授所说：“对于物理概念、物理规律等一些理论性的东西，往往是千言万语说不清，一看实验就分明”.多年来，在自制教具开发方面，许多教师都做了有益的研究和探讨.

（1）促进仪器完善、实验室建设.自制教具作为一种教学科研成果，反映时代技术特点，凝聚了一线教师的智慧.把优秀的作品和做法推广到广大教师中去，在教育教学改革中发挥出作用，促进教学仪器完善；另一方面，还存在学校因财力不足，实验室建设不达标，原有的教学器材满足不了教学的需要或滞后于时代发展，这样许多实验需要师生共同开发自制教具，促进了实验室建设.

（2）促使物理实验回归物理探索的本义，提高教学质量，有助于突破教学中的重难点.自制教具直观化、形象化、易操作的特点，使得教师借助自制教具讲解比较抽象的物理知识时，可以将复杂的问题简单化，简单的问题趣味化，趣味的问题艺术化；改善实验效果，最大限度地重现自然界中的物理现象，通过实验来唤醒沉睡在学生头脑中对自然现象的记忆.把自然现象、生活实际和课堂教学融合起来.

（3）培养学生的创新精神和科技意识，有利于学生成为教学的主体.绝大多数教具不是简单的仪器仿制，要经过一定的思考、创意、构思和设计，需要具有创新意识.在自制教具的活动中，也可引导、启发学生研制教具，设计实验，通过“做中学”去贯彻“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，自然深化了实验教学的内涵，还给学生成为教学主体提供了机会.正如温家宝同志在视察学校时曾经指出？“学生从小不仅要学会动脑，还要学会动手.过去教育的毛病就是把手、脑分离.我们培养的学生将来不仅要有知识，更重要的是要用这种知识去解决世界上的问题，这就要养成动脑和动手相结合的习惯.”

（4）提升教师综合素质和科研能力，促进教师专业成长.作为一名教师，自制教具能力应当是一项基本功，自制教具需要教师拥有创新的活力、扎实的理论知识、娴熟的制作技能、坚强的意志等.教师在自制教具过程中，一方面领悟了物理教具研制的基本原则和基本技能，另一方面又可以促使教师深入钻研课程标准，认真分析教材，明确教学的重难点.所以教师必须刻苦学习，增长多方面知识，并最终实现提高教师科研能力的目的.

3 自制教具开发思路和内容

自制教具是一种个性化创新活动，是推进实验教学改革，全面实施素质教育的有效途径.自制教具设计思路应来源于生活并服务教学，让学生感知到我们在物理的世界中，提倡和推广“坛坛罐罐做仪器，因陋就简做实验”，注重科学探究，提倡实验教学方式多样化.自制教具同时需在8个方面综合考虑：在功能上具有需要性；在原理上具有创新性；在现象上具有差异性；在结构上具有简洁性；在感观上具有艺术性；在造价上具有低廉性；在制作上具有容易性；在操作上具有方便性.

科研课题大多来源于生活和教学实践，研究者要善于观察思考、钻研课程标准和新教材，善于从教改的实际需要和生活实践中发现和捕捉新课题.课题的选择应充分发挥参与者（教师）的优势和专长，选题大小、难度应适中，做到先小后大、先易后难.设计方案又得在教学实践中趋于完善和合理，因此要求研制者要有耐心和恒心，要有不怕失败的思想准备.

3.1 从教改的实际需要和教学实践中发现寻找课题

如自感现象演示装置制作（如图1）.

3.1.1 实验说明

“互感和自感”教学中采用如图2和图3所示的电路图教具，演示通电自感和断电自感实验.

演示通电自感、断电自感分别在两个不同的电路中进行，如果用图1电路做断电自感实验，眼睛观察不到实验现象，容易带给学生概念理解、规律探究导向性错误.电路中不能直观地观察到自感电动势产生感应电流的方向.经过实践，在图1电路中置入发光二极管，即可弥补以上的缺点且制作简单.

图1

图2

图3

3.1.2 制作材料与方法

塑料泡沫板一块（不用的宣传标语底板）、电位器2只、小灯泡座2个、小灯泡2只、电感线圈1个、开关1个、发光二极管50个，干电池5－6节、导线若干.先在塑料泡沫板表面粘上一层白纸，按图1在白纸上画好电路，仔细扎上发光二极管.再将元件安装连接好.

3.1.3 实验操作与现象

通电自感：闭合开关S，调节电位器，使2小灯泡A1、A2正常发光，亮度大致相同，支路D2、D4发光二级管发光显示出电流方向（如图4）.断开开关S，再闭合开关S瞬间，即可观察到小灯泡A1相对小灯泡A2发光延时现象，同时支路D2、D4发光二级管发光显示出电流方向.可知电流瞬间增大使电感线圈L中产生了左正右负的自感电动势阻碍流过小灯泡A1电流.

图4

图5

3.2 以人教版教材课后习题、教材阅读材料为课题性问题设计演示实验、制作教具

图6

如旋转的液体装置制作（如图6）.

3.2.1 实验说明

该实验利用液体的旋转来显示洛伦兹力的存在，学生能够自行操作并观察实验现象，实验教学的效果显著.通电后，导电液体内阴阳离子定向移动形成电流，处在磁场中的离子受到洛伦兹力的作用，根据左手定则，阴阳离子受到同方向的力，从而带动器皿中的液体旋转起来.

3.2.2 制作材料与方法

金属器皿深1.5cm左右一个（裁剪金属易拉罐）、干电池3～4节、导线若干、铜条1根、蹄形磁铁1个、硫酸钾溶液、可悬浮在液体表面的小颗粒一些（可选木材锯末）.将配置好的硫酸钾溶液倒入金属器皿内，撒上少许锯末，手持铜条，连接好电路（如图6）.

3.2.3 实验操作与现象

用一次性纸杯将水倒人金属器皿中，再将硫酸钾适量溶解在水中，按图6所示装置连接好电路.将一头弯曲的铜条放人器皿中心，可以观察到铜条周围有气泡产生同时，即可看到锯末在液体中旋转.现象有趣，安全，无副作用.既可用于验证性实验，也可用于探究性实验，大大地激发了学生的科学探究热情和创作热情.

3.3 以解释生活中的物理现象为课题制作演示仪器

如模拟雷电现象和避雷针原理装置制作（如图7）.

3.3.1 实验说明

雷电是自然界中宏伟壮观的景象.通过实验揭开了雷电神秘的面纱，证明了雨中的雷电和实验室中产生的电具有相同的性质，即雷电就是一种放电现象.对于避雷针的使用，学生对避雷针的避雷现象没有亲眼目睹，不能真正的理解其原理.为了让学生亲身观察感受到生活中的自然现象，制作实验装置.

3.3.2 制作材料与方法

静电高压电源、两圆形平行金属板、两绝缘支架、带两个铁夹铁架台、导线若干.按图7安装好，将静电高压电源两极分别接在两金属板的边缘.

3.3.3 实验操作与现象

图7

图8

模拟雷电现象：接通电源，两金属板间形成火花放电，可听到噼啪声，并看到火花（如图8）.若看不到火花，可继续调大电压或适当减小两金属板间的距离.演示完毕后，关闭电源.

避雷针原理：在图8两金属板之间放一块浸了酒精的脱脂棉球，再放入一枚图钉，调整棉球的形状分别高于、低于图钉各一次.接通电源，发现棉球高于图钉实验中，棉球被电火花点燃（如图9）.棉球低于图钉实验中，棉球没有被点燃（如图10）.

图9

图10

图11

3.4 改进、创新现有的实验器材、实验方案为课题

如改进 “探究功与速度变化的关系”（如图11）.

3.4.1 实验说明

人教版高中物理新课标·必修2，引入“探究功与物体速度变化的关系”实验，通过实验探究对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，目的是为了让学生经历和体验探究的过程，提高理论联系实际的水平.DIS实验系统使用提高了物理实验课堂探究效率装置简单，易于操作，且重复性强可转变学生的学习方式、提高实践能力、培养创新精神.经教学实践，本实验改进方案实验效果良好，大大提高了实验效率.

3.4.2 制作材料与方法

DIS实验系统、铁架台、弹簧、米尺，按图11安装实验器材，实验中用弹簧的弹力拉动小车做功使小车获得动能，探究弹簧的弹力做的功与小车速度变化的关系.

3.4.3 实验操作与现象

3.5 利用优秀自制教具实例方案为课题，仿制教具

如静电除尘演示仪器的制作（图12）.

图12

3.5.1 实验说明

静电除尘是静电最重要的应用.是给学生展现物理理论在实践中的应用的极好的例子.静电除尘技术常用于以煤为燃料的工厂电站等单位主要用于收集烟气中的煤灰和粉尘等.静电除尘的基本原理是利用高压电源产生的超高电压在金属圆筒与金属线之间形成高压电场，将空气电离为正离子和电子在奔向正极的过程中遇到尘粒、尘埃，从而使尘粒、尘埃带负电，带负电的尘粒、尘埃，则会在电场力的作用下被吸附到带正电的金属圆筒上，然后在重力的作用下下落到烟筒的底部，从而达到静电除尘的目的.

3.5.2 制作材料与方法

静电高压电源、圆形平行金属板1个、绝缘支架1个、带铁夹铁架台、5cm长铁钉1个、一次性纸杯1个、蚊香若干、导线若干.5cm长铁钉穿过纸杯底部，按图12安装好.

3.5.3 实验操作与现象

调节好金属板与铁钉尖端间距5cm左右.将点燃的蚊香放在它们之间.接通电源，蚊香产生的烟被金属板吸附；若断开电源，烟又袅袅上升.

教育事业的不断发展对教学仪器的需求没有止境，所以自制教具的研究就没有止境；教育改革的发展离不开教具，只会对自制教具提出更高的要求，而教具的发展只有更好没有最好.自制教具活动集动手动脑、创新实践、知识科学于一身的特点，必在素质教育、创新教育、实践教育领域发挥其特殊的作用.我们教师要持之以恒，坚持不懈，一定会使自制教具活动开展越来越好，为全面推进素质教育服务，为发展我国的教学仪器事业作出新的、更大的贡献.

1 钱晓.自制教具在物理教学中的应用［J］.物理教师，2014（6）：46－48.

2 林瑞汉.在物理教学中做一个有心人——谈谈教具的制作［J］.物理教师，2012（4）：16－17.

3 黄树清，陈美玲.物理概念与规律教学教具研制与应用［J］.物理教师，2013（10）：42－44.

4 李天顺.第七届全国优秀自制教具评选活动颁奖大会上的讲话［EB/OL］.［2009－12－13］.http：/www.fjzzjy.gov.cn/newsInfo.aspx？pkId＝67431

5 朱正元.加强物理实验，提倡自制教具［J］.人民教育，1978（1）.

6 张军鹏，李德安，全汉炎.高中物理趣味实验［M］.广州：广东教育出版社，2011：68－74.

7 王理想.“探究功与速度变化的关系”实验的改进［J］.实验教学与仪器，2014（1）.

8 王理想.“探究功与速度变化的关系”教学设计［J］.物理教学探讨，2014（1）.

9 王理想.自感现象演示装置改进［J］.物理教师，2014（4）.