開放性實驗項目：自制教具的選題*

馬艷華

(河北師范大學物理科學與信息工程學院 河北 石家莊 050024)

自制教具不僅僅是解決儀器短缺的途徑，同時也是對課程標準的落實．課程標準對中學物理教師提出了自制教具的能力要求[1,2]，這就促使自制教具成為師范生(指師范專業的學生)必須掌握的教學技能．我們自2010年起對《中學物理教學法實驗》進行課程內容改革，設置了開放性實驗項目：自制教具，要求學生以2～4人為一組，進行教具的自制．在“自制教具項目”的實踐過程中，“自制教具的選題”成為師范生提出的最為廣泛的問題．

本文以我校物理學院2009級175名同學提交的55份自制教具作品的選題作為研究依據，提出具有可踐行性的選題思路，供廣大中學物理教師參考．

1 教材中的制作方案

此類教具制作采用了教材中的方案，選題來自于初中物理教材中的“想想做做”、“動手動腦學物理”以及高中物理教材中的“演示”、“做一做”、“實驗”、“問題與練習”等欄目．在師范生提交的55份自制教具作品中，此類教具作品為13例，個案百分比達到23.6%．此類選題緊密配合教材內容，保證了教材中以動手實驗為基礎的學習活動能夠在課堂教學中順利進行．

【例1】驗證環形電流的磁場方向

選題來源：人教版《高中物理·選修3-1》第三章“磁場”中第3節“幾種常見的磁場”中“做一做”欄目．教材中的制作示意圖如圖1(a)所示．

制作方法：用漆包線繞一個十幾匝的線圈，并用膠布把線圈豎直固定在一硬紙板上，線圈的兩端連入電路中．把細針磁化后，用細線吊起在線圈的軸線中心位置，并使小細針處在線圈平面內．先判斷一下，如果接通電路，被磁化的小細針怎樣偏轉．然后進行實際操作，看一看實驗結果跟判斷是否一致．自制教具作品如圖1(b)所示．

關鍵點撥：在教具制作過程中，將普通的縫衣針磁化，代替教材方案中的“小磁針”．

圖1 驗證環形電流的磁場方向教具

2 對教材方案進行改進

此類教具制作的選題來自于教材中的方案，并根據實際情況進行了有針對性的改進與提高．在師范生提交的自制教具作品中，此類作品為7例，個案百分比達到12.7%．與第一類選題相比，此類選題作品反映出制作者能夠在實踐中不斷探索、有所發現，是制作者認真思考、努力實踐的結晶．

【例2】定性研究液體浮力與密度的關系

選題來源：人教版九年級《初中物理》第十四章“壓強和浮力” 第5節“浮力”中“動手動腦學物理”第5題：動手做本書八年級上冊圖0.1-9中雞蛋在自來水中下沉、在鹽水中上浮的實驗，解釋所看到的現象．教材中的裝置示意圖如圖2(a)所示．

方案設計：將小玻璃瓶密封，浸入盛水的燒杯中，倒入適量鹽水，使其能夠懸浮其中．往燒杯中逐漸加入鹽水，并觀察小玻璃瓶的運動，記錄其運動方向．待小瓶上浮狀態穩定后，即達到漂浮狀態．再緩緩加入一些熱水，觀察小玻璃瓶的運動方向．自制教具作品如圖2(b)所示．

關鍵點撥：此方案設計中利用熱水來改變水溶液的密度，實現減小密度的條件，保證能在一次演示中看到懸浮、上升、下沉三種浮沉狀態．

圖2 定性研究液體浮力與密度的關系教具

3 利用插圖資源

此類教具制作的選題來源于教材中的插圖．與前兩類選題相比，教材中僅有插圖示意，但無相關的教具設計方案．插圖作為一種重要的教學資源，在教學中日益受到師生的重視．充分合理地利用插圖資源，將其轉化為生動真實的教具并應用于教學中，有利于教學難點的突破，充分體現了制作者的智慧與創造力．在師范生提交的自制教具作品中，此類作品為10例，個案百分比達到18.2%．

【例3】液體壓強計的制作與使用

選題來源：人教版九年級《初中物理》第十四章“壓強和浮力”第2節“液體的壓強”中“演示”插圖14.2-3液體內部同一深度朝各個方向的壓強是否相等？教材中的插圖如圖3(a)所示．

制作方法：將輸液管彎成U形，用膠帶粘在硬紙板上．在硬紙板兩邊用直尺標上刻度，將U型輸液管的下端與零刻度對齊，方便讀數．在水中滴入幾滴紅墨水，裝入U型管內，保證管內無氣泡并且U型管的兩端液面相平．將U型管連有半截滴斗的一端放進盛水的容器中，觀察U型管兩邊液面的變化．保持滴斗在水中的深度不變，改變其方向，觀察U型管兩邊液面是否發生變化．自制教具作品如圖3(b)所示．

圖3 液體壓強計教具

關鍵點撥：制作者依據教材中的插圖制作教具“液體壓強計”，巧妙地利用了輸液管的半截滴斗(將滴斗截開)作為教材中高深莫測的“探頭”，成功地完成了“液體的壓強”演示實驗．

4 非教材方案

此類教具制作的選題與教材內容緊密相關，卻采用了不同于教材的其他方案．由于未采用教材中的方案，此類教具往往具有趣味性、奇異性的特點，屬于非主流方案．同時，實驗現象表現出豐富生動的特點，能夠起到“設疑”的作用，比較適合教學設計中“引入課題”階段使用．在師范生提交的自制教具作品中，該類教具為14例，個案百分比達到25.5%．

【例4】電磁感應現象演示

選題來源：人教版《高中物理·選修3-2》第四章“電磁感應”第2節“探究電磁感應的產生條件”．教材中的實驗裝置示意圖如圖4(a)所示．

方案設計：用漆包線纏繞兩個線圈A和B．把線圈A和耳機接起來，耳機插在MP3上；線圈B與小音箱的插頭相連．把MP3打開，并且接通音箱的電源．當MP3播放音樂時，線圈A中的電流會隨著音調的高低發生變化．當A，B兩個線圈互相靠近時，與線圈B相連的音箱中的聲音會越來越清晰；當兩個線圈遠離時，音箱中的聲音會越來越弱，直至消失．自制教具作品如圖4(b)所示．

圖4 電磁感應教具

關鍵點撥：此教具的制作巧妙地利用MP3播放的音樂作為實驗信號，利用音箱播放出的音樂作為檢測信號，將電磁感應現象以聽覺信息表現出來．與教材中傳統的“向線圈中插入、拔出磁鐵，觀察電流表指針的偏轉方向”實驗方案比較，給人以耳目一新的感覺．

5 綜合性應用類方案

此類教具制作的選題往往在教材中找不到直接關聯的某單一內容，大多來源于綜合性習題或應用類型的動手實踐活動．由于這類教具體現為物理概念、規律的綜合應用，一般較適合于教學設計中的“知識應用”階段使用．在師范生提交的自制教具作品中，該類作品為11例，個案百分比達到20%．

【例5】動量守恒與簡諧運動綜合運用

習題描述：一輛小車處于光滑水平面上，車上掛有一單擺．單擺擺球從一定高度開始擺動后，求系統的運動過程及最終的運動狀態．

制作方法：在牙膏盒兩側分別鉆兩個大小相同、左右對稱的圓孔，取兩根圓木棍插入其中，作為轉軸使用．將4個膠帶卷裝在轉軸兩側，作為車輪使用．在牙膏盒上面前后各鉆一個小孔，取兩根小棍分別插在這兩孔中，做成支架．另取一根小棍橫放在支架上，并用膠帶固定．將硬幣用膠帶固定在輕繩末端，視作“擺球”；將細繩懸掛在橫置的小棍中央，構成單擺．整個裝置放在水平玻璃面上演示，當硬幣從高處擺下來時，可觀察到由小車與單擺構成的系統的運動過程．自制教具作品如圖5所示．

關鍵點撥：制作者依據習題描述，所制作的教具抓住了“小車”、“單擺”、“光滑水平面”這些物理模型的關鍵特征．將此教具運用于習題教學中，能夠有效地展現習題描述的物理情景，豐富學生的物理表象，有針對性地突破習題教學中的難點問題．

圖5 動量守恒與簡諧運動綜合運用教具

6 總結

通過對師范生提交的55份自制教具作品進行選題的分類，我們發現5類選題個案百分比有所差異，按照個案數目由高到低排序依次為：非教材方案、教材中的制作方案、綜合應用類方案、利用插圖資源、對教材方案進行改進．這說明師范生的自制教具作品大多處于“模仿”階段，或者直接按照教材中的方案進行制作，或者直接按照參考資料中的非教材方案、綜合應用類方案進行制作．而有針對性地利用插圖資源或者對教材方案進行改進，這樣的個案只占少數．

以上5類選題個案百分比雖有所差異，但同時也蘊含著共同點：教具制作的選題內容緊密聯系物理教學．由此可見，“教具為教學而生”是教具制作的核心原則．教具的制作應充分考慮其“教學性”特征，關鍵在于突破教學中的重點難點問題，提高課堂教學的有效性．

參考文獻

1 中華人民共和國教育部制訂.全日制義務教育物理課程標準.北京：北京師范大學出版社，2001.45

2 中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標準.北京：人民教育出版社，2003.63～64