如何自制優秀的教具

　　實驗是學習物理、化學、生物等學科的基礎，既是學習內容，又是學習的方法，更是探究教學的主要方式。然而實驗是以具體的實驗教具為支撐的教學活動，沒有實驗教具就沒有實驗教學，教具是實驗教學的生命。目前，雖然由經典的正規廠家生產的教具已經很豐足了，但遠遠滿足不了豐富多彩的實驗探究教學的需要，因此，對自制教具研究是一個永恒的課題。筆者喜歡自制教具，近20年做過300多件自制教具，所做的自制教具曾獲國家、省、市的獎項共10余次，也曾被多次聘任過自制教具展評的評委工作。現就如何自制優秀教具的認識和實踐，談點個人拙見，以期待對年青的教師有所啟發和幫助。
　　一、自制教具的內涵與特征
　　1.自制教具的界定
　　什么是教具？在《中國大百科全書》中對教具的解釋為：“教具是為學生提供感知材料的實物、模型、圖表等教學用具”。《ZBX51001-88教學儀器產品一般質量要求》中對教學儀器解釋為：“教學儀器是具有教學特點，體現教育思想，主要在教學中使用的實物和模型等直觀教學用具”。由此，我們可以給自制教具作如下定義：自制教具是在教學過程中，根據教學內容、學科特點、學生認知需要，結合相關的原理，利用隨手可得的常見物品，制作出體現教育思想、教育目標、教學內容和教學方法的實物、模型等直觀教學用器具以及實驗訓練器材。
　　2.自制教具的特征
　　優秀的自制教具在教學需要的前提下，還應該具備如下幾個明顯的特征。
　　（1）具有科學性。所自制的教具不僅所示實驗內容符合科學原理，體現科學知識，而且符合認知規律，能樹立科學意識，有助于掌握科學方法和實驗操作技能。
　　（2）具有創新性。首先是比較新穎，沒有在已往的教具展評出現，你的教具至少比已有的教具要有大幅度的改進或有不同的地方、或設計新穎、或構思巧妙，更沒有在公開發行的刊物上刊出。其次是具有獨特性，體現個體的智慧，沒有類似的“東西”，最好是彌補課本上的空白。如筆者發表在核心期刊《物理實驗》上的自制教具“液體電阻實驗演示裝置”就是彌補了現行中學初高中課本中的空白。
　　（3）具有藝術性。教學不僅是科學，也是藝術。自制教具從視覺的角度要讓欣賞者感受到藝術的享受。因此，當我們觀察到優秀教具時，總體感受到是一個“可圈可點”的東西，外形上和諧、顏色上協調、大小適中等。
　　（4）具有簡捷性。麥克斯韋說：“演示實驗的教育價值常常是與儀器的復雜性成反比，學生用自己自制的儀器，即使老是出錯，也常常比用細心調整的儀器易于學到更多的東西。”因此，結構要簡捷，能突出重點，有利于集中注意力和觀察實驗現象；操作要簡捷，實驗操作過于繁雜，易使學生感到疲勞和厭倦，從而分散學生的觀察和注意力。
　　（5）具有新奇性。心理學表明，在差異性的事件中能喚醒學生的求知欲望。實驗現象驚奇、效果明顯能高度吸引學生注意力，而且能促使學生深思，引發學生興趣和思考，有利于學生主動參與、互動、合作交流。
　　（6）具有廉價性。取材容易，結構簡單，易于操作，性能穩定，安全可靠，造價低廉，外形美觀，便于自制推廣，有助于環保和可持續發展。材料要簡捷，實驗所用的材料是生活中低價格的順手拈來的日常生活資源，會使學生產生親切感，將他們搬到教室里做科學實驗，可激發學生學習物理的動機和興趣。
　　二、自制教具的功能
　　自制教具，不是為了點綴課堂而自制，更不是為了獲得榮譽而自制的，而是為了課堂教學的需要，是為了提高教育教學效益，故主要考慮如下幾點功能。
　　1.提高興趣，啟動問題思維
　　學生在預習課文時，沒有看見自制教具，對自制教具有神秘感和向往性。因此，利用自制的教具可以提高學生的興趣，進行有意義的學習，會使學生的學習起到事半功倍的效果。因為學生的心理已經全部的被實驗所吸引著，即使是學習成績不好的學生，一說要實驗了，都會把頭向實驗方向看過來的。
　　2.突破難點，需要形象直觀
　　課本上所選擇的實驗和教具，綜合考慮了大部分地區的經濟狀況和教育發展程度，有一定的局限性，不能完全滿足我們的教學需要，也不一定適合學生和教師的學習習慣和知識呈現方式。因此，要自制適合自己的優秀教具來講授比較抽象的物理化學知識。這些知識學生不能通過語言及生活經驗直接感覺，更不能理解。因此，通過實驗才能得到形成概念或規律的必要的表象。
　　3.尋找規律，感悟操作體驗
　　學生學習的有些規律是隱藏在具體的事物中，往往被光怪陸離的現實外在的東西所掩蓋著。比如，慣性定律的形成就是一個需要形象直觀的斜面實驗來支撐才能有助于學生的理解。筆者曾獲松原市一等獎的“對比磁控式慣性定律實驗裝置”就是突破這一難點而自制的。
　　4.動手動腦，促進專業成長
　　自制教具是教師應具有的一項教學技能，是必須掌握的基本功。要做好自制教具必須先學習理論知識、掌握制作技能、熟練設計技巧、砥礪意志。對這些的獲得，就是一個教師成長的過程，也是收獲成果的過程，更是享受專業成長的幸福過程。一個成功的自制教具過程就是一次成功的教育科研活動。因為制成一個自制教具，包括選題意義、價值論證、試研制作、形成文字說明。這足以說明一個自制教具雖然是以物質的形式呈現，但它的過程是研究思維的過程。
　　三、自制教具的原則
　　在《教具的活用技術》中，有一段關于設計自制教具的原則的論述：尺寸大些（Large scale）；使用信手可得的材料（Easy available materials）；結構簡單（Simple mechanism）；能進行鮮明的演示（Splend presentation）；教育目標恰當（Objective reasonable）；外觀好看（Nice looking）。把這些原則的英文字頭連起來，正好是Ｌesson。當然，這是字母的巧合，但是，它作為經過長期合作的同行們的口號，的確很好記、很合適。基于這種認識我們認為應該有如下的原則。
　　1.實現教學目標的需要
　　任何一堂課堂教學都有自己明確的教學目標。實現這個具體的教學目標，我們就要思考如何呈現知識點、用什么手段來支撐概念和規律、怎么收獲物理方法和原理、怎么習得操作技能和體驗學習及實驗的經歷等等。解決這些，我們往往要做到以下兩點：一是要把學術形態的物理知識轉化為教育形態的物理知識。二是要把教育形態的物理知識轉化為符合學生認知結構的物理結識。雖然有很多方法轉化，但實驗的方法是最好的。這是因為實驗裝置的直觀化、形象化、操作化，使我們的教學把復雜的問題簡單化、簡單的問題趣味化、趣味化的問題藝術化。
　　2.實驗最優化的需要
　　由于教科書編者的學習閱歷、工作經驗、表征方式限制，同時編者要考慮不同區域學生的適應性，考慮城鄉、貧富差距、地理位置等等，教科書中呈現知識的實驗具有普適性。這樣的實驗，也許不適合學生的個性探究，也許不是最好的實驗設計。因此，自制教具就能彌補上述的不足，使我們的教學達到最優化，提高教學效果。
　　3.體現教學個性的需要
　　教師講課的風格是千差萬別的，適合采用的實驗手段也是不同的。因此，教師可以充分利用生活用品和隨手可得的材料，根據自己的教學習慣和適合自己的教學方式進行實驗設計和教具的制作，這樣就能創造性的實施教學，張揚教師獨特的個性魅力。
　　4.提高學習趣味性的需要
　　自制的教具多數是利用常見生活用品和廢舊物品，學生比較熟悉，對這些物品有親切感，因此，學生對實驗不感覺到深奧和陌生，容易啟動思維，有助于知識的學習。實驗的學習知識生活化，教具的演示現象奇異、絢爛多彩，結構的巧妙，操作的愉悅都會讓學生感受到學習知識其樂無窮！
　　
　　四、自制教具的策略
　　1.加，增加實驗中的可能因素
　　有些實驗在設計時缺少一些因素。如器材、步驟、原理說明、控制條件等，我們可以根據需要填加。如固體壓強大小的實驗，老教材就缺少面積相等時壓力大小與壓強的關系；光的反射只有反射規律的探討，沒有反射現象的演示和欣賞。我們在實際教學中都要進行填加，彌補教材的不足。
　　2.減，精減實驗中的某些因素
　　對于現有實驗，無論是器材，還是步驟，或是裝置組成等，存在沒有必要或過于繁瑣的內容時，就要考慮精減。如，過去阿基米德實驗中使用的溢水杯，就比較雜與繁。筆者認為，如果用一個方便塑料袋子就更方便了許多，在思維上就更簡捷明了，有利于對阿基米德原理的認識與理解。
　　3.代，代替。
　　用其他學科的實驗，代替已有的實驗。如化學的氨氣使酚醛變紅，代替分子不停地無規則運動。用其他材料的代替，如飲料瓶代替玻璃瓶。用廉價的代替昂貴的，如高壓氣筒代替氣墊。用新材料代替舊的儀器，如用無毒的硫代硫酸鈉代替有毒替奈、精確的火花儀代替不穩定的打點計時器等。
　　4.挖，挖掘。
　　是否有其他功能，如托里拆利實驗管。是否有更先進的方法，如筆者曾經挖掘塑料飲料瓶在物理實驗教學中有什么作用后，撰寫成“利用飲料瓶演示大氣壓存在的幾種方法”發表在《物理通報》2005年第3期上。
　　5.微，微型實驗
　　微型實驗節約藥品、節約時間、操作安全、污染少。學生可以自己動手制作儀器，自行實驗。用生活中衛生間的小吸盤來演示實驗室中用電動抽氣機才能完成的馬德堡半球實驗。
　　6.比，對比
　　對比法是區別事物的首要方法，即把要研究的事物或現象和另一事物或現象聯系在一起，在一定的條件下加以比較，從而確定它們的異同點，達到認識事物和現象的目的。如，筆者研究的實驗裝置“對比式離心現象實驗裝置”、“對比式液體電阻演示器”發表在《物理實驗》2007年第6期和2008年第3期上。
　　7.變，變化量
　　尺寸上的放大或縮小，曾經看到油田實驗展區有一個特大的游標卡尺就是在這樣的理論前提下形成的；位置上移動，如成像實驗，通常的是在上面，有一個比較的實驗改進是把它們吊起的，好處是在重力作用下，保證它們在一個面上；形狀的變化；數目的變化；動靜變化設計，如“恒質式液體壓強演示器”發表在《物理通報》2006年第11期上。
　　8.合，組合優化的策略
　　筆者曾經制作一個帶有彈簧稱的木塊，這就是木塊與彈簧稱的組合，這樣做摩擦力的實驗就方便多了。還有燒杯與止水夾結合，可將溫度計不用把著了。還有將液體壓強計與容器組合，制成了“內設直觀壓強顯示器的幾個實驗”發表在《物理教學》2007年第11期上。
　　9.奇，現象奇異
　　實驗演示的現象的奇異，這種“希望之中，意料之外”的教具最受學生的歡迎，那精巧的設計思路會給人以永久不忘的效果。可以說，這種觀察會給學生留下終生難忘的記憶。
　　五、自制教具的步驟
　　1.尋找研制的課題
　　課題來源于教學實踐，是教學過程中所需要的，是為解決教學過程中的困難而產生的，而不是憑空想象出來的。課題的選擇應發揮自己的優勢和研究專長，選題應大小、難度適中，遵循先小后大、先易后難的原則。這是研究的第一步，是成功的起點，也是關鍵。
　　2.設計與論證
　　設計和論證階段自始至終要體現創新意識。要從科學思想出發，對教具結構、實驗現象、設計技術及其可行性、材料和器件的選取、制作方法和工藝等方面進行研究和論證。要求實驗原理、實驗方法、實驗現象符合科學性。對結構和材料要在設計方案的草圖上進行技術可行性論證，將問題盡可能地消滅在設計過程中。這是成功的保障。
　　3.籌備優化制作材料
　　根據設計方案和實驗裝置的原理，我們要在日常生活與高科技材料中，尋找適合設計原理、結構、性能的材料。一般對一個構件都要貯存多種材質的材料，便于制作改進過程中用來更換和優化。主要從價格、制作方便、實驗現象明顯、藝術程度的需要等方面考慮選擇什么樣的材料。
　　4.制作與試驗
　　用容易切割的、易找到的材料，如紙板、包裝材料、乙烯板、玻璃片、三合板、鐵板等做成“毛樣”看一看自己的設計是否合理、科學。通過制做與試驗才能更完善、更合理。但教具的制作過程是非常辛苦的，因為一般的教師會遇到工具不全、材料不齊、技能不到位、經驗不足等困難。有時，隨著制作過程，還會遇到修改設計方案、材料更換等問題。因此，要求研制者要有耐心和恒心，有不怕失敗的思想準備。
　　5.評價與改進
　　制作出的教具要在實際教學中勇于使用，觀察它的演示效果，操作是否方便，還存在什么不足。還要請同事使用或請相關的教師交流，聽取他們的意見，然后進一步地改進完善，達到設計新穎、結構簡單、取材容易、操作簡便、外形美觀、安全可靠、造價低廉等要求。
　　6.定型與推廣
　　對已經制作好的教具經過課堂教學實踐的檢驗后，確實是保證成功、效果明鮮，深受同行和學生的好評，就可以參加各級自制教具評比比賽或為了保護知識產權，可以申請專利保護。
　　7.完成說明書
　　說明書包括裝置的性能、用途、原理、使用方法、注意事項、維修管理。要使他人看得明白，關鍵的地方寫得要清楚且具體些。如，自制教具的價值和意義，絕不是有些人認為的僅僅是實驗器材貧缺不足的有效補充，也不是僅僅為了節約資金，而是豐富實驗課程資源，滿足日益發展的素質教育要求，為了提升學生的科學素養。同時，自制教具成本低但運用的構思智慧不低，成本低但開發的教育價值不低，成本低但包含的科學內涵不低，成本低但創造的火花不低，保證了低價格高智慧、低消耗高效果的實驗教學。
　　參考文獻
　　[1] [日]大隅紀和.教具的活用技術.劉濟昌譯.北京:人民教育出版社，1989.
　　（責任編輯 郭振玲）