自制低成本教具在高中物理教學中的高效應用

江瀚

【摘要】在高中物理教學中，自制教具作為一種低成本的教學資源，因其易操作和實驗現(xiàn)象明顯而備受關注.在教學實踐中，如何充分發(fā)揮這一資源的潛力，激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂效率成為教育工作者需要面對的重要問題.本文通過深入分析具體案例，探討自制教具在高中物理教學中的應用方式.通過這些案例，展示自制教具如何在教育實踐中促進學生對物理學科的深入理解，提升學生的實驗能力和科學思維.通過對自制教具應用的深入研究，旨在為高中物理教學提供創(chuàng)新性的方法和實用性的經(jīng)驗，以期促進物理學科教育的發(fā)展.

【關鍵詞】自制教具;高中物理;實驗教學

自制教具具有低成本、易操作、實驗現(xiàn)象明顯等特點，成為高中物理教學中不可或缺的資源.同時，教師在運用自制教具時需運用其豐富的教育智慧，通過巧妙設計和應用，激發(fā)學生的學科興趣，使之更好地理解和掌握物理知識.本文通過對自制教具在高中物理教學中的應用進行深入研究，旨在為教育工作者提供更多關于教學資源合理運用的實用性經(jīng)驗，為創(chuàng)設更富有啟發(fā)性的物理課堂環(huán)境提供借鑒.在教學實踐中，合理運用自制教具，將為學生帶來更豐富、更生動的學習體驗，以提升整體教學效果.

1 自制低成本教具的設計特點

1.1 經(jīng)濟實惠、成本低

當前一些學校存在實驗儀器短缺且老舊，無法有效激發(fā)學生對物理學習的興趣，對物理實驗的順利展開提供了重要障礙.自制教具因其經(jīng)濟實用和價格低廉的特點備受教育從業(yè)者推崇.生活中的日常用品、廢舊物品以及工業(yè)邊角料等都可成為教具的素材.通過巧妙地設計和制作，將這些資源轉化為實用的自制教具，有力地緩解了學校實驗器材短缺的問題［1］.自制教具經(jīng)濟實惠和成本低的特征使得教育者能夠更靈活地應對教學資源有限的問題.教育者可以通過充分利用周圍的資源，將廢棄物品巧妙地轉化為具有特定功能的教學工具，提供更實惠具有效的教育資源.這一靈活性和經(jīng)濟性的特點不僅降低了學校對昂貴實驗設備的依賴，也增加了教育資源的可獲得性.

在物理學習中，這種自制教具的設計可以為學生提供更加具體、生動的實踐體驗，激發(fā)學生對物理學的濃厚興趣.通過巧妙地運用廢棄物品、常見用品和工業(yè)副產品等資源，經(jīng)濟實惠地制作自制教具，有望在教育實踐中取得顯著效果.這種創(chuàng)新的設計方式有助于提升教學的實效性，為學校在有限預算下提供更多的實驗教學資源.

1.2 操作方便靈活

自制教具通常適用于簡單的物理實驗，因此具有易操作、上手快的特點.其設計簡單，操作性強，使學生更容易理解實驗原理，培養(yǎng)學生實驗技能.由于自制教具一般較小且輕便，便于攜帶，這有助于學生在課堂內外進行實驗活動，從而使學生可以更加深入地參與學科學習.在教學實踐中，教育者需要將自制教具與實際教學需求相結合，創(chuàng)造性地設計和靈活應用.從設計構思到取材制作，都需要教師的參與，這種個性化教具更加靈活，更易于實驗的實施.此外，教師還能夠對自制教具進行微調或優(yōu)化，以達到理想的驗證效果.

自制低成本教具的設計特點有著獨特的優(yōu)勢.首先，其易操作性使得學生能夠迅速上手，不浪費時間在復雜的操作步驟上，更專注于實驗的觀察和分析.其次，設計簡單而強調操作性，有助于培養(yǎng)學生的實驗技能，使其更具實踐經(jīng)驗.操作方便、靈活的特點使學生能夠更主動地參與實驗，從而提高實驗的參與度和學習的主動性.教育者在使用自制教具時，應根據(jù)實際教學需求巧妙設計和精心制作.這需要教師有一定的創(chuàng)造性思維和動手能力，能夠根據(jù)課程內容和學生水平進行個性化的設計.此外，教師還應對自制教具進行不斷的改進和優(yōu)化，以確保其在教學中能夠達到預期的效果.

1.3 現(xiàn)象直接，效果顯著

在高中物理教學中，一些自制教具是在以往的研究基礎上對已有的實驗設備進行改良與創(chuàng)新的產物.這種創(chuàng)新不僅體現(xiàn)在對現(xiàn)有設備的改進上，更注重在實驗現(xiàn)象的直觀呈現(xiàn)上，以提高學生對物理現(xiàn)象的理解和學科應用能力.運用自制教具可以使學生更清晰、更直觀地觀察實驗現(xiàn)象，從而更好地分析實驗結果.

通過教師的精心設計和改進，自制教具能夠放大一些不太明顯的實驗現(xiàn)象，使其更易于觀察和理解.這種直觀呈現(xiàn)的效果有助于學生深入理解物理原理，減少他們在學習過程中遇到的困難.當教師巧妙運用自制教具時，能夠在教學中將一些微小或難以察覺的實驗現(xiàn)象直接呈現(xiàn)給學生，從而提高實驗的直觀性和可感知性.在自制教具的設計特點中，現(xiàn)象直接，效果顯著是一個關鍵特征.這意味著通過自制教具進行的實驗，學生能夠直接觀察到實驗現(xiàn)象，而無需依賴復雜的儀器或設備.這種直觀性的設計有助于學生更深入地理解物理概念，提升他們的實驗感知能力.這樣的自制教具設計旨在讓學生更直觀地體驗物理現(xiàn)象，從而增強他們的學科應用能力.

1.4 科學的設計，具有安全性和可靠性

自制教具是物理實驗輔助工具，其設計與制作并非憑空構想，而是基于科學原理進行系統(tǒng)研發(fā)并經(jīng)過驗證.所有用于實踐的自制教具都必須具備科學性，若有悖科學，教具將失去使用的價值.此外，自制教具必須具備安全性，安全是進行物理實驗的首要前提.所選用的材料應當是無毒、無味、環(huán)保且安全的［2］.在教具設計階段，需要盡量避免采用鋒利的形狀，以消除潛在的安全隱患.

科學的設計不僅要確保教具符合實驗需求，還要保證其具備高度安全性和可靠性.在自制教具的設計中，應該嚴格按照科學原理選擇合適的材料和結構，確保教具在使用過程中不會威脅到學生的安全.科學的教具設計應當在滿足實驗教學需求的同時，注重安全性和可靠性，為學生提供一個安全、有益的實驗環(huán)境.通過科學的教具設計，可以更好地促進學生對物理實驗的理解和掌握，提高實踐操作的效果.

2 自制低成本教具在高中物理教學中的應用

2.1 巧妙運用自制教具，使實驗變得有趣

在高中物理教學中，巧妙運用自制教具是一種有效的教學手段，不僅能夠降低教學成本，還能激發(fā)學生對實驗的興趣.

例如 空氣熱脹冷縮實驗裝置是一種簡單而富有趣味性的自制教具.這一教具的制作原理基于氣體的熱脹冷縮原理.通過使用廢棄物品，教師可以引導學生親手制作這個實驗裝置.學生在制作的過程中，不僅能夠了解氣體的熱脹冷縮原理，還培養(yǎng)了學生的動手能力和創(chuàng)造力.

著名物理教育家朱正元教授指出，通過使用身邊常見的物品進行探究活動和實驗，可以拉近物理學與生活的距離，使學生更深刻地感受到科學的真實性.自制教具正是貼近生活、簡單實用的代表，能夠讓學生在實驗中直觀地體驗科學原理，激發(fā)對物理學的濃厚興趣.此外，學生在自行組裝和調試實驗裝置的過程中，需要動用頭腦，發(fā)揮想象力，培養(yǎng)解決問題的能力［3］.更為重要的是，自制教具的運用有助于環(huán)保.在廢棄物品中尋找制作材料，既能夠有效利用資源，又能夠減少對環(huán)境的負擔.通過這種方式，教學不僅是知識的傳遞，還包含著對社會責任的培養(yǎng)，使學生在實踐中樹立環(huán)保意識.

2.2 完善裝備，提高學生的學習體驗

在高中物理課堂中，教師們發(fā)現(xiàn)部遭到分物理實驗裝置由于長時間使用而遭到損壞，或者因設備老化而失去原有的物理教學實驗功能.這導致學生在物理教學和實踐課堂上無法順利進行實驗研究.為了解決這一問題，教師們根據(jù)自身物理學基礎知識，指導學生完成了一些簡易的物理自制教具，為學校引入了新的物理實踐器材，促進學生更好地進行實踐研究和教學活動，從而提升學生的學習體驗感.

例如 以高一物理必修1第五章第五節(jié)“超重與失重”為例，教師利用自制教具進行實驗，有效提升了學生的學習體驗.實驗器材包括紅線、5kg重物、水桶、礦泉水瓶、紅墨水和自來水.在實驗過程中，學生通過觀察紅線被拉斷的現(xiàn)象和瓶中水不流出的現(xiàn)象，深入研究了超重和完全失重的知識［4］.超重實驗中，通過紅線拴住重物，緩慢或猛烈地將其提起，學生觀察到紅線被拉斷的現(xiàn)象，引發(fā)了對超重的深入思考.在完全失重實驗中，通過觀察水從瓶中的小孔流出和瓶子從一定高度釋放時水未流出的現(xiàn)象，學生對完全失重有了直觀的感受.

實驗原理方面，超重實驗中，紅線受到的拉力與自身重力平衡，而猛然提起時發(fā)生超重現(xiàn)象.完全失重實驗中，瓶子對水的擠壓和水本身的重力作用使水從小孔流出，而釋放或拋向水桶時，瓶中的水未流出，發(fā)生了完全失重現(xiàn)象.在反思中，教師注意到在超重實驗中要確保被拉重物掉到地上不會損壞，可以在地面上墊一層保護物.此外，完全失重實驗的感染力強，但也可能因其新奇性而難以控制，因此，教師需要在授課中更加注重控制，創(chuàng)造輕松的學習環(huán)境.

2.3 改善自制教具，解決物理問題上的應用

在“重力”一節(jié)中，我們進行了一個示范試驗來解決兩個問題：首先是關于傾倒物體的條件.我們使用了鋁罐作為教具，傾斜的鋁罐并沒有特殊的能力，但實際上，它要求中心的活動線不會超出支撐表面［5］.通過仔細觀察罐子的底部結構和殘留在罐子里的液體的數(shù)量，學生可以更好地理解傾倒物體的條件（見圖1）.

其次，我們探討了重心與穩(wěn)定度的關系，使用了一元硬幣、一把刀和兩把叉子作為教具.為了解釋重心低穩(wěn)定性大的知識點，教科書上展示了一幅插圖，描繪了一位雜技演員手持一根長木棍，通過平衡保持穩(wěn)定.在課堂上，我們模仿了這種技巧（見圖2），讓一枚硬幣輕松站在刀尖上，完成了一項看似不可能的任務.

這兩個演示實驗的教學器材不僅解決了物理問題，而且與生活緊密相關，讓學生認識到物理學無處不在，培養(yǎng)了學生觀察和思考的習慣.在進行演示實驗時，我們強調實驗不一定要復雜高深，但應該貼近生活，利用身邊的物品.這不僅啟發(fā)學生提問，激發(fā)他們的想象力，而且注重對實驗過程的自我評估，提供充足的信息支持.同時，實驗還促進了學生之間的時空協(xié)作與溝通，創(chuàng)造了信息化和生活化的學習環(huán)境.我們強調技術規(guī)范與思維創(chuàng)新的融合，以及滲透科學方法、態(tài)度和精神的重要性.通過改善自制教具，不僅解決了物理問題上的應用，還培養(yǎng)了學生的實踐能力、觀察力和批判性思維.

3 結語

在高中物理教學中，教師通過巧妙地利用自制的教具進行演示，為學生提供了一個創(chuàng)造性的學習環(huán)境，有效促進了學生的創(chuàng)造力.這些自制的教具來自生活，讓物理與學生的實際經(jīng)驗更為貼近，使學科內容更具實用性.通過這種貼近生活的教學方式，學生深刻感受到物理無處不在，從而提升了對物理的興趣.

參考文獻：

［1］鄒愉，陳林，鄒越.利用簡易自制教具突出物理教學重點［J］.物理教學探討，2022，40（01）：67-69.

［2］李貞.自制教具在高中物理實驗中的應用［J］.新智慧，2021（33）：7-9.

［3］袁如昕.自制教具在高中物理課堂教學中的應用［J］.課程教材教學研究（中教研究），2022（Z4）：93-96.

［4］劉秀萍.自制教具助力物理教學［J］.甘肅教育，2021（07）：138-139.

［5］丁鵬飛.自制教具在高中物理教學中的作用探析［J］.高中數(shù)理化，2021（24）：54.