自制教具在初中物理力學演示實驗中的設計與應用研究

楊士濤

(江蘇省連云港市東海縣平明中學 222342)

一、當前我國初中物理力學實驗演示教學存在的問題

1.重理論輕實驗

當前我國多數初中物理教師在進行力學實驗演示時，仍然習慣以講授理論為主，以實驗演示為輔，而且多數教師認為物理課程安排比較緊張，專門的實驗課程的目的是為了鞏固學生對物理現象的認知，而且關于實驗操作的考題在物理考試中占比太少，因此只要熟記物理現象就可以應付此類考題，因此無論從實用性和教學價值來看，物理實驗的存在感都不夠明顯，因此初中物理的教學工作仍然重理論輕實驗為現階段主要特點.

2.缺器械缺組織

當前我國各地初級中學的實驗設備配比并不平均，城市初中的實驗設備相對較為齊全，也有資金實力或專項經費支持，而廣大農村地區的初中資金實力相對有限，而物理實驗設備的價格也相對較高，許多初中還沿用著陳舊而且缺乏保養的實驗器材，這也影響了初中物理力學實驗課程的發展，而且其演示意義大于教學意義，使用率不高，實驗設計缺乏變化和創新，基本按照教科書上的模式來進行，多數學生對這種枯燥的實驗內容不感興趣，不利于學生對物理學科的興趣養成.

二、自制教具在初中物理力學演示實驗中的必要性

1.教師的客觀需求

當前新教改推進之際，許多初中物理教師也應用了新教學法，但目前還沒有大規模地拓展到實驗教學方面.一些教師出于教學進度的考慮，不希望把教學時間分配在分組實驗上；也有一些教師認為當前多媒體教學資源比較豐富，一些視頻或多媒體課件能夠取代手動實驗，因此用實驗視頻進行播放教學可以作為一堂教學課的導學活動，提高教學效率，因此省略了人人動手參與的分組實驗.但多數初中物理教師還是認為，如果教學時間寬裕，實驗器材充足，學生人人都能參與實驗的體驗感是只通過觀察學習獲得不了的，物理畢竟是一門以實驗為基礎的學科，學生們如果有條件都應該親自參與物理實驗.

2.學生的客觀需求

一些初中學生認為學習物理的難度較大，對物理學科信心不足，因為沒有接觸物理實驗的機會，導致對于物理學科基礎知識的理解很不全面.通過訪談得知，大部分學生都認為自己動手操作物理實驗對學習物理非常有幫助，但現在多媒體和網絡視頻資源豐富，學校物理實驗室的器材數量不足而且相對陳舊，所以用多媒體教學來代替動手實驗也不是不能理解，但動手實驗最好的環境還是在課堂上，課外自主動手實驗脫離教學環境，操作的自主性動力不足.

三、自制教具在初中物理力學演示實驗中的設計

1.材料的設計

一般初中物理力學實驗的自制教具均取材于生活當中的常見物品，具有成本低、材料易得，實驗現象又比較明顯，有助于初中學生動手操作，對物理學科的概念問題加深理解.例如礦泉水瓶、乒兵球、食用油桶、雞蛋、鉛筆、吸管等，都是在生活中常見的物品，而且材料相對容易加工，物理性質相對符合力學條件，如果應用于分組教學法，一組學生中可以很輕易地收集全力學實驗材料，方便在課堂上進行創新實驗.

2.勞動工具的設計

一般對于實驗材料進行加工，需要用到生活中常見的勞動工具，一般的美術工具例如美工刀、剪刀、銼刀、強力膠等是或設計實驗器材時經常用到的勞動工具，此外工事類工具也經常用到，例如防水密封膠條、鋸條、玻璃膠等，有的還需要使用電鉆或者焊錫這樣的專業性工具.一般情況下如果學生需要手機材料參與制作，應選擇危險系數最小的方案進行實驗器材設計，少用電能設備，保證過程安全.

3.組織的設計

近年來一些初中物理教室倡導利用課外時間進行生活物品自制教具做物理力學實驗，筆者脫離課堂氛圍的實驗課，對于學生專注于實驗過程的吸引力不足，建議初中物理增加實驗課時，或者與實驗相關課程直接在物理實驗室進行教學.在實驗室進行教學有利于貫徹分組教學法，一個大桌若干個學生，經過教師演示進行分工協作，利用生活物品進行力學實驗器材的手工制作，讓學生從中理解力學作用的產生與什么因素有關，既能夠解決農村地區實驗器材不足的問題，也能夠在教學過程中提高教學質量.

四、自制教具在初中物理力學演示實驗中的應用

1.空氣壓強實驗

為了驗證大氣壓強的存在，教師可引導學生收集熟雞蛋、酒精棉(普通棉花也可)、寬口飲料瓶(玻璃制，代替燒瓶)等開展教具自制活動.首先將熟雞蛋去皮，然后將點燃的酒精棉放入寬口飲料瓶中，用熟雞蛋塞住瓶口，等到燃燒的酒精棉消耗掉玻璃瓶中的氧氣后，可看到熟雞蛋向瓶內發生變形運動，通過倒置后可發現雞蛋不掉落而仍然朝瓶內運動，可證明該雞蛋受大氣垂直向上的壓強作用，接著通過改變玻璃瓶的位置方向，可以看到雞蛋的運動趨勢不會發生改變，從而證明了在空氣中任何方向都存在大氣壓強.

2.液體壓強實驗

為了驗證液體壓強的存在，可引導學生準備一個空礦泉水瓶剪掉瓶底，一個氣球剪開，用剪開的氣球蒙住礦泉水瓶底部，用皮筋扎實，然后從瓶口向里面灌水，可以觀察到隨著灌水量的增加，氣球底部逐漸向下凸出，這表明礦泉水瓶底部產生了液體壓強.裝滿水后將瓶口也用剪開的氣球蒙住，將礦泉水瓶橫向放置.可以看到瓶口的氣球也發生了變形現象，接著可以觀察到瓶口的氣球蒙片產生的變形小，而瓶底的氣球蒙片產生的變形大，接著在瓶身施加壓力，會發現根據壓力而使瓶內產生的流速在瓶口、瓶底方向所產生的壓強大小不均，這樣就能引導產生聯想，發現液體壓強與流速、受壓面積之間的關系.

3.浮力實驗

浮力實驗法通常結合自有教具使用，例如彈簧測力計，如果物理實驗室彈簧測力計的數量不夠，可以用普通彈簧秤代替，容器可以使用紙杯，待測物體可以是熟雞蛋，也可以用小石塊.用細線將熟雞蛋或小石頭綁扎好，掛在彈簧測力計上，可稱得熟雞蛋或小石塊的質量，把掛在彈簧測力計上的待測物體放入水杯中，可以看見彈簧測力計上的指針發生了變化，由此可以得知待測物體受到水對它豎直向上的浮力，而待測物體受到的浮力大小也可以從彈簧測力計刻度上算出，由此還可進一步進行密度計算，讓學生學習新知的同時溫習舊知.

初中物理自制教具充當實驗器材屬于一項體腦結合的創造性教學活動，有利于學生利用生活中常見物品參與初中物理力學實驗.在教學實踐中培養實驗精神，更加有體驗感地掌握實驗過程，從實驗過程中體會物理科學家們的思維路徑，提高初中物理學科素養，為初中學生日后學習高中物理打下更堅實的基礎.