自制教具在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

孫輝　趙振宇

摘 要：物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，在中學(xué)物理教學(xué)中實驗發(fā)揮著不可替代的作用.近年來由于中考帶來的升學(xué)壓力，應(yīng)試教育思想占據(jù)主導(dǎo)地位，教學(xué)比重發(fā)生嚴(yán)重傾斜，實驗教學(xué)僅僅是走走過場，長期以往導(dǎo)致學(xué)生動手能力與探究能力缺失，不利于學(xué)生的全面發(fā)展.筆者與小組成員共同自制的教具“力光電綜合實驗儀”可應(yīng)用于初中物理教學(xué)中，能夠在達(dá)到實驗?zāi)康牡耐瑫r提高實驗教學(xué)的效率，并促進(jìn)學(xué)生探究能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展.

關(guān)鍵詞：力光電綜合實驗儀;初中物理;科學(xué)探究;自制教具

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）06-0046-02

作者簡介：孫輝（1997-），男，黑龍江雞西人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué);

趙振宇（1968-），女，黑龍江哈爾濱人，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

實驗在初中物理教學(xué)中發(fā)揮著不可替代的作用，教師自制教具更是能夠提高實驗教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動手能力、探究能力以及創(chuàng)新能力，筆者與小組成員自制的“力光電綜合實驗儀”能夠應(yīng)用于初中物理教學(xué)中，配合著實驗教學(xué)大大提升了教學(xué)效率.

1 自制教具“力光電綜合實驗儀”的結(jié)構(gòu)

筆者與小組成員共同制作了“力光電綜合實驗儀”（簡稱為“實驗儀”，如圖1、圖2所示），該“實驗儀”以2016年高考全國理綜二卷25題為力學(xué)部分原型（如圖3、圖4所示），在此基礎(chǔ)上加入光學(xué)、電學(xué)部分.

該“實驗儀”囊括初高中物理大部分實驗，可放置于班級中，教師講到某一實驗時可直接對“實驗儀”中某一部分進(jìn)行組裝并演示，學(xué)生在課下也可以自己動手進(jìn)行組裝演示，提高了實驗教學(xué)的效率同時促進(jìn)學(xué)生動手能力、探究能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展.其外殼為一個長方體木質(zhì)箱，長800mm、寬668mm、高386mm，正面及背面為800mm×386mm，側(cè)面為668mm×386mm，頂面和底面為800mm×668mm，背面裝有四個滑輪以方便攜帶;頂面有“力光電綜合實驗儀”的標(biāo)志.內(nèi)部可以分為力學(xué)實驗、電學(xué)實驗與光學(xué)實驗三個部分.力學(xué)部分由軌道、彈簧、小鐵球、電磁鐵、水槽等組成，可演示初中部分摩擦力、壓強(qiáng)、浮力、流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系等實驗，可演示高中部分勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動、力的合成與分解、胡克定律、碰撞、反沖運動等.電學(xué)部分由導(dǎo)線、電池、滑動變阻器、小燈泡、磁鐵以及鋁管等組成，可演示初中部分串并聯(lián)電路、歐姆定律、磁生電等實驗，可演示高中部分電磁感應(yīng)、分壓與限流、電磁阻尼、電磁驅(qū)動等實驗.光學(xué)部分由平面鏡、水槽、激光筆、凸透鏡、凹透鏡、三棱鏡、卷尺、長木板、量角器、光屏等構(gòu)成，可演示初中部分小孔成像、光的反射、光的折射、漫反射、鏡面反射以及凸透鏡成像規(guī)律等實驗，也可演示高中部分全反射.

2 自制教具“力光電綜合實驗儀”在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)缺點

2.1 “實驗儀”在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)點

節(jié)省教師準(zhǔn)備實驗儀器的時間，提高實驗教學(xué)效率.

實驗教學(xué)需要準(zhǔn)備的時間較長，教師要提前準(zhǔn)備好實驗器材、實驗方案等，初中物理教學(xué)中還面臨著升學(xué)的壓力，這些原因在一定的程度上阻礙了實驗教學(xué)的開展.“實驗儀”在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用在很大程度上解決了這一問題，“實驗儀”中已經(jīng)準(zhǔn)備好特定實驗需要的儀器，教師只需要將儀器進(jìn)行組裝與簡單的調(diào)試即可演示.

課下學(xué)生可自己進(jìn)行實驗，提高學(xué)習(xí)物理的興趣.

現(xiàn)階段實驗教學(xué)僅僅局限于課堂或?qū)嶒炇抑?，教師下課后就將實驗儀器拿走，或?qū)W生從實驗室出來后便無法繼續(xù)探究，學(xué)生在其它時間接觸不到實驗儀器，更無法自己動手進(jìn)行實驗.“實驗儀”的設(shè)計致力于解決這一問題，該儀器放在班級中，學(xué)生課下感興趣時可自己動手進(jìn)行實驗，同時儀器可演示多個實驗，學(xué)生動手實驗時不局限于剛剛學(xué)過的知識，可以利用儀器進(jìn)行復(fù)習(xí)與預(yù)習(xí)，在不斷的探究中提高學(xué)習(xí)物理的興趣.

制作成本低，可推廣使用.

“實驗儀”中大部分儀器為實驗室中淘汰的儀器，筆者與組員在制作過程中充分利用學(xué)校實驗室中已有的儀器，在老師的幫助下，將一些已經(jīng)淘汰的儀器充分利用，進(jìn)行重新的組裝，確保實驗效果明顯，總體制作成本較低，考慮到初中學(xué)生心智正處于發(fā)育之中，“實驗儀”放在教室中可能會存在損壞的現(xiàn)象，教師可將實驗室中的儀器進(jìn)行替換，且成本較低，可以推廣使用.

2.2 “實驗儀”在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的缺點及其改進(jìn)措施

體積過大，不方便攜帶.

“實驗儀”長800mm、寬668mm、高386mm，質(zhì)量約為10kg，雖然底部裝有輪子，但總體上體積過大，不方便攜帶與運輸，且“實驗儀”中電路板、易碎儀器較多，運輸過程中容易損害儀器.針對這一問題筆者認(rèn)為可將外殼木質(zhì)箱子用硬度較大、質(zhì)量較小的塑料板進(jìn)行替換，同時利用釘子、膠帶加固電路板與外殼的鏈接，運輸過程中填充泡沫板防止易碎儀器的損壞.

實驗現(xiàn)象明顯但數(shù)據(jù)的測量存在誤差.

“實驗儀”演示實驗現(xiàn)象雖然明顯，但在數(shù)據(jù)的測量中往往誤差較大，尤其學(xué)生自己動手進(jìn)行操作時，在數(shù)據(jù)分析時往往誤差較大.筆者認(rèn)為可將“實驗儀”與數(shù)字傳感器相結(jié)合，結(jié)合朗威系統(tǒng)進(jìn)行演示，通過朗威系統(tǒng)將傳感器中的數(shù)字信號進(jìn)行擬合，可以在很大程度上減少實驗帶來的誤差.

實驗覆蓋面不全.

初中物理教學(xué)可分為聲、光、力、熱、電五部分，每一部分都包含實驗教學(xué)的內(nèi)容，“實驗儀”中僅包含力、光、電中的部分實驗，在聲、熱部分教學(xué)中“實驗儀”則無用武之地，同時學(xué)生也無法演示相關(guān)部分的實驗.筆者認(rèn)為可以對“實驗儀”進(jìn)行改進(jìn)，增加音叉等實驗儀器，對于物態(tài)變化部分危險系數(shù)較大不適合學(xué)生自己演示的實驗可輔以多媒體演示.

2.3 自制教具“力光電綜合實驗儀”的發(fā)展前景

實驗教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高探究能力與創(chuàng)新能力，自制教具能夠提高實驗教學(xué)的有效性，拉近物理知識與實際生活的距離，使課堂生活化，使實驗教學(xué)更加完善.作為一名中學(xué)物理教師，必須具備自制教具的能力，善于進(jìn)行實驗教學(xué).現(xiàn)階段中學(xué)物理教學(xué)注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任中，科學(xué)探究是一種學(xué)習(xí)科學(xué)知識、發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的手段和途徑，科學(xué)思維是學(xué)生全面發(fā)展的必備品格與關(guān)鍵能力.實驗教學(xué)過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神，實驗過程中學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)的探究過程，只有歷經(jīng)科學(xué)探究的過程才能掌握科學(xué)方法，進(jìn)而形成正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.結(jié)合以上的分析，筆者認(rèn)為“實驗儀”在初中物理教學(xué)中應(yīng)用前景很大，通過不斷的完善應(yīng)用的范圍也將越來越廣，可推廣于初中物理課堂中，其制作簡單、成本低等優(yōu)點十分適合推廣使用，筆者將繼續(xù)對“實驗儀”進(jìn)行改善，以期望能夠早日應(yīng)用于課堂之中.在參加國賽過程中也積累了許多寶貴的經(jīng)驗，部分專家認(rèn)為該儀器應(yīng)注重測量時的精確度，僅依靠實驗現(xiàn)象并不能解釋現(xiàn)象中蘊含的科學(xué)本質(zhì)，所以“實驗儀”在進(jìn)一步的完善中將注重在精確度上的研究，同時擴(kuò)大演示實驗的覆蓋面，完善“實驗儀”在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用.

3 結(jié)語

自制教具能夠培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)生的動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和科學(xué)探究意識，制作教具過程中能夠提高教師的學(xué)科素養(yǎng)和基本技能，還能夠完善實驗室設(shè)備彌補實驗儀器的不足.對于“實驗儀”存在的問題筆者將繼續(xù)進(jìn)行修正，對部分實驗的演示進(jìn)行完善，做到操作方便、材料簡單、效果明顯.初中物理實驗具有趣味性強(qiáng)、實用性強(qiáng)等特點，將“實驗儀”應(yīng)用于初中物理教學(xué)中能提高教師教學(xué)效率與學(xué)生學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生的觀察能力、動手能力、探究能力以及創(chuàng)新能力的發(fā)展.

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（收稿日期：2020-11-17）