自制教具在高中物理教學中的優勢

【摘要】自制教具在高中物理教學中有著顯著的優勢。教師在授課過程中通過自制教具來輔助教學，可以讓學生更直觀地理解物理知識，提高實踐操作能力，培養創新思維和解決問題的能力，等等。介紹在“力的分解”教學中自制教具的設計與應用，旨在為高中物理教師提供有益的參考。

【關鍵詞】高中物理；自制教具；“力的分解”；實驗

作者簡介：許文金（1980—），男，福建省福州市福清宏路中學。

實驗教學在高中物理教學中占據著重要的地位。但是，筆者受到所在學校的實驗器材的限制，在日常授課中了解到不少學生往往難以深入理解物理概念和規律，更不要說利用物理知識去解決實際問題了。而自制教具有利于彌補這些不足?！傲Φ姆纸狻币徽n所涉及的矢量分解及平行四邊形定則等知識非常重要，需要學生熟練掌握。學生對本課內容的理解和掌握程度將直接關系到之后的共點力的平衡、牛頓第二定律及曲線運動等相關知識點的學習。由于傳統的教學通常只依靠教師的講解和學生的聽、寫、記，不利于學生理解和應用本課知識點，因此教師可以借助自制教具，為學生提供實踐操作的機會，讓學生能直接觀察現象，了解其中的原理。本文將以“力的分解”教學為例，深入探討自制教具在高中物理教學中的優勢。

一、自制教具在“力的分解”教學中的設計與應用

（一）設計理念

在“力的分解”教學中，自制教具的設計理念是以直觀性和簡單實用、安全可靠原則為核心。

（二）教具組成

由三個長方體木塊及50 cm長塑料直尺組成如圖1所示的教具，由2 m長木條、細線、自制掛鉤、定滑輪、放有顏料的水組成如圖2所示的教具，由鉛筆、橡皮筋、細線、鉤碼組成如圖3所示的教具，由30 cm×30 cm木板、定滑輪、細線、彈簧測力計、鉤碼、A4紙、圖釘組成如圖4所示的教具，由30 cm×30 cm木板、合頁、4 kg鉛球、高彈性海綿組成如圖5所示的教具。

（三）教具應用思路

1.遵循直觀性原則演示力的作用效果

自制教具的設計要讓學生能直接觀察到力的分解過程和結果。由圖1可知，木塊靜止放置在塑料直尺上，當力F水平向左時，木塊向左運動，塑料直尺沒有向下發生形變（現象1）。當力F豎直向下時，木塊沒有運動，塑料直尺向下發生形變（現象2）。當用斜向下的力F推木塊時，木塊向左運動，塑料直尺向下發生形變（現象3）。對于上述3個實驗的現象，學生可以很直觀地看到。這樣能夠讓學生迅速想到現象3是斜向下的力F產生的結果，力F的作用效果一是使木塊向左運動，作用效果二是使塑料直尺向下發生形變。在對力F進行分解時，學生由于直接觀察到現象，就會很自然地把力F向左和下兩個方向分解，同時也能理解矢量分解的原理，對“按照力的作用效果進行力的分解”有更加直觀的認識。

2.遵循簡單實用原則激發學生學習興趣和求知欲

自制教具應盡可能做到簡單、實用，方便學生觀察、操作和使用。以自制教具2為例，該教具的三瓶水中，左右兩瓶水質量均為m1，中間那瓶水的質量為m2（m2＜m1）。筆者在導入時提問：“用質量為m2的這瓶水能否同時把左右兩瓶水拉起來？為什么？”大部分學生回答：“不能拉起來。因為定滑輪只能改變力的方向，不能省力，而且m2g＜m1g?！碑斠幻麑W生把質量為m2的這瓶水掛在細線的中點位置時，左右兩瓶水同時被向上拉起一段距離，之后三瓶水處于平衡狀態。對此，學生們覺得很神奇?？梢?，在上課前應用自制教具，能把全班學生的學習興趣和求知欲激發出來，也能提高本課教學的有效性。

3.遵循安全可靠原則保證教學活動有序開展

自制教具的設計要考慮到學生操作教具時的人身安全，避免使用有危險的材料，也要消除使用過程中存在的安全隱患。以自制教具3為例，筆者總結出的設計要點如下：（1）A、B兩端用普通的鉛筆來連接，位于A端的鉛筆不應削尖，以免在學生使用時把學生的手心扎傷。（2）位于B端的鉛筆上可用手電鉆打一個小孔（教師應在課前幫學生打好孔），讓細線穿過小孔，用橡皮筋固定好鉛筆。這樣可以避免學生在使用時因鉤碼不慎脫落而被橡皮筋打到臉部。（3）C點處可以使用若干組統一質量的鉤碼，每一組分配兩個鉤碼。這樣可以避免掛在此處的物體掉落，造成安全事故。（4）在學生使用自制教具之前，教師一定要事先操作幾次，檢測實驗效果。這樣可以增強自制教具使用的安全性［1］。

（四）教具應用方法

1.學生探究實驗

在應用自制教具3的過程中，為了讓每一個學生都能親身感受到力F的作用效果，筆者在上本節課的前兩天讓學生準備好制作教具的材料。到了分組實驗環節，筆者讓學生在B端依次掛上一個鉤碼和兩個鉤碼，之后引導學生認真觀察兩次實驗中橡皮筋的變化情況，并感受位于A端的鉛筆筆尖與手心的接觸。大多數學生做完這兩次實驗后都得出了以下結論：“只掛一個鉤碼時，橡皮筋被拉長，自己從手心感受到鉛筆芯的壓力；掛兩個鉤碼時，橡皮筋被拉得更長，自己從手心感受到的壓力也更大，甚至會有微微的刺痛感。”此時，筆者提問：“橡皮筋被拉長并且手心感受到微微的刺痛，是B端的拉力較大還是較小造成的？”在學生探究得出“這是由于B端的拉力較大造成的”之后，筆者繼續提問：“要想分析力F的作用效果，要從哪兩個角度去研究？”對此，幾乎所有學生都能很自然地想到要從橡皮筋的角度和筆桿的角度去研究，根據平行四邊形定則進行標注。

2.教師演示實驗

以自制教具4為例，筆者在演示實驗前，首先，將一張A4紙平鋪在木板上并用圖釘固定好；接著，在A點處掛上三個鉤碼，在B點處掛上四個鉤碼，與A、B點相連的細線用彈簧測力計拉住；然后，在A4紙上用鉛筆標出O點的位置、OA的方向、OB的方向及力F的大小、方向；最后，將A4紙取下并用電子白板進行投影，用畫圖的方法表示力F1、F2與F之間的關系［2］。該教具在力F1、F2的方向所對應的位置使用的是統一質量的鉤碼，使用時需沿著與木板平行的方向拉，這樣能減小誤差，所以該教具的精度較高，有利于增強筆者教學的有效性。在筆者利用該教具給學生做演示實驗時，學生可以很容易得出“力的分解遵循平行四邊形定則”。

二、自制教具在“力的分解”教學中對學生學習效果的影響

通過自制教具的應用，學生能夠更深入地理解“力的分解”的相關原理，提高學習興趣和參與度。然而，有些學生對有關“力的分解”的動態平衡的知識點較難掌握和運用。對此，筆者設計了自制教具5。MN和NK邊對應著兩片木板，N點處靠合頁連接，兩片木板上鋪有一定厚度的高彈性海綿。在將一個4 kg的鉛球放在NK邊對應的木板上之后，學生可以看到兩片木板上的海綿發生了明顯的形變。當使MN邊沿逆時針方向繞N點轉動時，學生可以看到NK邊對應的木板上的海綿正在慢慢恢復原狀，MN邊對應的木板上的海綿形變的量先變小再變大。之后，筆者指導學生根據平行四邊形定則畫出鉛球重力的示意圖，并分析：在三角形OAB中，OA表示鉛球的重力，在整個實驗過程中其大小不變，故OA的方向和長度不會改變；OB和BA則表示鉛球重力的分力，OB的方向也不會改變。當MN邊旋轉時，B點在向O點的方向移動，使得OB的長度在逐漸減小，NK邊對應的木板上的海綿形變的量也在逐漸減小，而BA先變短后變長。借助該教具，學生對有關“力的分解”的動態平衡的知識點理解起來就不再那么困難了。

三、自制教具在高中物理教學中的具體優勢

（一）促進學生理解

應用自制教具能夠將抽象的物理概念轉化為生動的實驗現象，幫助學生更好地理解物理知識。在“力的分解”學習中，通過自制教具1，學生可以親眼看到對木塊施加不同方向的力F時，不同方向的力F會給木塊帶來不一樣的作用效果。特別是在將一把較容易發生形變又不容易斷裂的塑料直尺鋪在木塊的下方時，學生能夠有更直觀的感受。

（二）提高學生的實踐操作能力

自制教具的設計過程需要學生親自動手參與，這樣能夠培養學生的實踐操作能力。在向學生提出課后設計自制教具3的要求后，教師可以針對動手能力強的學生，向他們演示怎樣安全使用手電鉆在鉛筆的一端打孔，接著讓他們在長木板上練習打孔，熟悉操作步驟后嘗試在鉛筆的一端打孔。而對于穿線、打結和連接橡皮筋，每個學生都可以去嘗試。由此積累的實踐操作經驗對學生綜合素質的提高具有重要的意義。

（三）培養學生的創新思維和解決問題的能力

自制教具的設計和應用需要學生具備一定的創新思維和解決問題的能力。在設計自制教具3時，教師可以引導學生思考如何利用簡單的材料和工具制作出蘊含物理概念和規律且操作時能明顯地感受到力F的作用效果的教具。對于設計過程中遇到的如材料的選擇、結構的穩定性、實驗的效果等方面的各種問題，學生需要隨機應變［3］。

（四）激發學生的學習興趣和積極性

具有新穎性、趣味性和實用性等特點的自制教具，能夠吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣和積極性。在“力的分解”教學中，教師通過運用自制教具2來進行演示和開展實驗，可以讓更多的學生親身體驗到物理知識的魅力和物理學習的樂趣。自制教具的應用也能夠讓學生感受到自己的努力和付出得到了回報，增強學生的自信心和成就感。

（五）實現師生互動

自制教具的設計和應用需要師生之間的密切合作和有效互動，這有助于建立和諧的師生關系。在師生共同設計自制教具5的過程中，教師可以給予學生指導和幫助，學生可以向教師提出自己的想法和建議，師生可以共同探討和解決問題。教師利用自制教具進行實驗，可以引導學生積極參與到教學活動中，實現與學生的交流。通過這種師生互動的教學方式，教學效果可以得到顯著的提升。

結語

從“力的分解”的教學案例中可以發現自制教具在高中物理教學中的顯著優勢。自制教具不僅有利于實現學生對物理概念和規律的理解，還有利于提高學生的實踐操作能力、創新思維和解決問題的能力，調動學生的學習興趣和積極性，促進師生互動。因此，在高中物理教學中，教師應該充分發揮自制教具的優勢，為提高教學質量做出積極的貢獻。

【參考文獻】

［1］張箭.物理課堂教學手段優化組合的探究與實踐［M］.北京：光明日報出版社，2017.

［2］李志輝，裴魏魏，韓海生，等.多媒體在高中物理教學中的不足及策略研究［J］.產業與科技論壇，2020，19（7）：186-187.

［3］徐克廣.高中物理教學中促進學生深度學習的策略［J］.亞太教育，2024（14）：126-128.