高中物理自制教具的有效利用与对学生能力培养的研究

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物理是一门实验学科，由于物理实验教学生动、直观、有趣、具有探究性等优势，因此在培养学生的创新能力、动手操作能力、激发学生学习的兴趣等方面有着优越的条件。演示实验在教学中被广泛应用。教材的实验设计及操作方法虽然经过反复验证，但实际操作中仍可以进行改进。实验改进本身就是在想象的基础上进行的一种创新。通过改进实验，常常可以增强演示实验的效果，为培养学生的观察力提供更为鲜明直观的感性材料，吸引学生进入创新的殿堂，并激发学生独立思考。

普通高中《物理课程标准》提出开发实验室的课程资源，倡导利用日常器具做实验。实验室的课程资源不仅限于实验室的现有设备，学生身边的物品和器具也是重要的实验室资源。利用日常器具做实验，不但具有简便直观等优点，而且有利于学生动手，发展学生的实验技能，培养学生的创新意识。下面以我校自制的4套演示实验教具为例，阐述一下自制教具在物理课堂上的有效利用与对学生能力的培养。

一、运用自制教具完成实验，改变没有物理教具的现状

由于静电知识比较抽象，加上文科学生对物理课程缺乏兴趣，因此教师通过演示实验，让学生观察到生动、有趣的实验现象，这样不仅可以帮助学生认识物理过程，丰富感性认识，活跃课堂气氛，还能达到调动学生学习兴趣的目的。但是文科教材选修1―1第一章第三节中模拟避雷针作用实验没有现成的实验教具，为解决教具的问题，我们自制教具“尖端放电1”(如图1所示)，用于对比演示尖端容易放电而球形带电体不容易放电的实验现象，使学生能够身临其境地感受到只有在雷电天气才能出现的放电现象。“尖端放电2”(如图2所示)可以进一步活跃课堂气氛，增加学生的感性认识。

二、运用自制教具对物理实验进行整合，培养学生分析问题的能力

在理科教材选修3―1第一章第七节中没有避雷针原理演示实验，教师利用日常器具自制教具“尖端放电1”进行演示，学生会观察到十分明显的尖端火花放电现象，并听到“嗤嗤”声，接着又在“尖端放电2”装置中观察到旋转风车的放电现象，这大大激发学生学习物理的兴趣。在选修3―5第十六章第五节反冲运动这节课中，再次演示“尖端放电2”实验装置，同一个实验在电学和力学两部分知识中出现，不但能使学生对物理知识进行整合，而且起到一个示范作用，从而学生不依赖课本，敢于用科学的方法进行创新，进而达到培养学生创造力的目的。

三、自制教具选材容易，制作简单，成本低，而且有利于培养教师与学生的创新能力及动手能力

尖端放电装置制作材料：铝板、绝缘黄色玻璃钢管、铁丝、绝缘支脚、接线柱、螺母、螺钉、绝缘木板、铜丝、泡沫球、绝缘支架(带小磁针)。这些材料在我们的身边很容易找到，而且制作方法很简单。

“尖端放电1”的制作过程：

用钢锯加工铝板，用电钻在铝板上打孔，切割绝缘玻璃钢管。截取2根等长的铁丝，铁丝的一端套扣，另一端一根磨为尖端，一根固定金属小球，用螺母把铁丝固定在下面的铝板上，然后在下面的铝板上安装3个绝缘底座，用2根绝缘玻璃钢管通过螺钉把2个铝板固定起来，最后在上下铝板上各安装一个接线柱(如图1所示)。

“尖端放电2”制作过程

用专用工具加工铝板，用电钻在2根绝缘玻璃钢管一端切割出约2 mm宽、2 cm深的窄缝，把没有窄缝的一端用木塞安装到绝缘木板上，最后把铝板插到窄缝上，并用螺钉固定。在带绝缘支座的小磁针的顶端固定4根等长的铜丝，并弯成对称的风车形状，在2根铜丝上安2个绝缘泡沫小球。图3和图4装置即为“尖端放电2”演示教具的组装图。

制作教具时让学生积极参与，合作交流，有利于学生动手，发展学生的实验技能，培养学生的创新意识和探究能力。例如在增加演示实验“尖端放电2”的可见度时出现了一些问题，由于铜丝太细，演示实验的可见度特别差。为解决这一问题，参与制作的学生和教师想出一系列的解决办法：在制作过程中，先把电风车(如图3所示)做大一些，但是由于种种原因，风车转动效果很差。后来把电风车制作的小一些转动效果很好，但是在远处观察效果很差。为解决这一问题，把电风车放在实物展台上，可是由于火花放电的影响，实物展台自动关闭。最后想到把两个泡沫小球固定到两根铜丝上，以增加可见度。两块铝板开始时平行放置，但由于坐在前排两侧的学生观察不到火花放电现象，因此两块铝板改造成可以调整角度的喇叭口状，以保证尽可能多的学生都能观察到实验现象。通过这一思考，学生的探究能力大大提高。

四、教师运用所学物理知识设计教具，完成演示实验，可以激发学生丰富的想象能力，引导学生设计实验

钱临照教授曾说过：“在物理实验中，如果能自己设计一个新方法来阐明这个实验的物理概念，这个新设计的实验，不管如何粗糙，亦应当受到鼓励，因为其中有新思想在里面，表现了创新的积极性。”自制教具需要充分调动创造性思维能力、敏锐的观察力和丰富的想象力。下面两个小实验是教师设计制作的两个演示实验，器材很容易获得，实验步骤简单，实验现象明显直观，具有可操作性。

安培力实验―转动的磁铁

实验器材：5号电池一节、铁钉一根、圆柱形强磁铁一个、导线一根。

实验过程：按图5所示连接电路，导线上端固定在电池的正极，下端轻轻接触到强磁铁上。

实验现象：强磁铁快速旋转。

静电实验―电容器充放电

实验器材：电容器、学生电源、铝箔纸。

实验过程：用一个标称值为50 µF的电容器在学生电源上充电，然后用电容器的两极直接接触铝箔纸(如图6所示)。

实验现象：电容器两极刚接触铝箔纸就出现火花放电现象。

转动的磁铁实验为《磁场对通电导线的作用―安培力》这节课创设情境，引入新课部分，通过让学生动手实验，小组分析讨论，从实验中分析、归纳、总结、研究磁铁转动的原因，从而激发学生的学习兴趣，使学生积极参与到实验猜想、实验验证、探究规律的学习当中。“电容器充放电”，传统的实验需要利用灵敏电流表才能观察到电容器的充放电现象，而作为演示实验，教室后面的学生有可能观察不到电流表指针的变化。把这个实验改成火花放电现象，既能够看到火花，又能够听到“嗤嗤”声。实验的小小改进，使物理课教学生动有趣，促进了学生对知识的理解和掌握。看似简单的两个小实验，需要充分调动教师的丰富想象力，而且特别有利于激发学生丰富的想象能力，引导学生设计实验，动手操作实验。

五、结束语

实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径，也是课程改革的重要资源。运用自制教具完成实验，让学生参与自制教具过程，可提高学生的探究能力并增强他们的动手能力、合作意识和创新意识。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[S].2003.

[2] 乔际平,李小林.中学物理课堂教学设计的理论与实践[M].北京:高等教育出版社,1995.