开放性实验项目：自制教具的选题*

马艳华

(河北师范大学物理科学与信息工程学院 河北 石家庄 050024)

自制教具不仅仅是解决仪器短缺的途径，同时也是对课程标准的落实．课程标准对中学物理教师提出了自制教具的能力要求[1,2]，这就促使自制教具成为师范生(指师范专业的学生)必须掌握的教学技能．我们自2010年起对《中学物理教学法实验》进行课程内容改革，设置了开放性实验项目：自制教具，要求学生以2～4人为一组，进行教具的自制．在“自制教具项目”的实践过程中，“自制教具的选题”成为师范生提出的最为广泛的问题．

本文以我校物理学院2009级175名同学提交的55份自制教具作品的选题作为研究依据，提出具有可践行性的选题思路，供广大中学物理教师参考．

1 教材中的制作方案

此类教具制作采用了教材中的方案，选题来自于初中物理教材中的“想想做做”、“动手动脑学物理”以及高中物理教材中的“演示”、“做一做”、“实验”、“问题与练习”等栏目．在师范生提交的55份自制教具作品中，此类教具作品为13例，个案百分比达到23.6%．此类选题紧密配合教材内容，保证了教材中以动手实验为基础的学习活动能够在课堂教学中顺利进行．

【例1】验证环形电流的磁场方向

选题来源：人教版《高中物理·选修3-1》第三章“磁场”中第3节“几种常见的磁场”中“做一做”栏目．教材中的制作示意图如图1(a)所示．

制作方法：用漆包线绕一个十几匝的线圈，并用胶布把线圈竖直固定在一硬纸板上，线圈的两端连入电路中．把细针磁化后，用细线吊起在线圈的轴线中心位置，并使小细针处在线圈平面内．先判断一下，如果接通电路，被磁化的小细针怎样偏转．然后进行实际操作，看一看实验结果跟判断是否一致．自制教具作品如图1(b)所示．

关键点拨：在教具制作过程中，将普通的缝衣针磁化，代替教材方案中的“小磁针”．

图1 验证环形电流的磁场方向教具

2 对教材方案进行改进

此类教具制作的选题来自于教材中的方案，并根据实际情况进行了有针对性的改进与提高．在师范生提交的自制教具作品中，此类作品为7例，个案百分比达到12.7%．与第一类选题相比，此类选题作品反映出制作者能够在实践中不断探索、有所发现，是制作者认真思考、努力实践的结晶．

【例2】定性研究液体浮力与密度的关系

选题来源：人教版九年级《初中物理》第十四章“压强和浮力” 第5节“浮力”中“动手动脑学物理”第5题：动手做本书八年级上册图0.1-9中鸡蛋在自来水中下沉、在盐水中上浮的实验，解释所看到的现象．教材中的装置示意图如图2(a)所示．

方案设计：将小玻璃瓶密封，浸入盛水的烧杯中，倒入适量盐水，使其能够悬浮其中．往烧杯中逐渐加入盐水，并观察小玻璃瓶的运动，记录其运动方向．待小瓶上浮状态稳定后，即达到漂浮状态．再缓缓加入一些热水，观察小玻璃瓶的运动方向．自制教具作品如图2(b)所示．

关键点拨：此方案设计中利用热水来改变水溶液的密度，实现减小密度的条件，保证能在一次演示中看到悬浮、上升、下沉三种浮沉状态．

图2 定性研究液体浮力与密度的关系教具

3 利用插图资源

此类教具制作的选题来源于教材中的插图．与前两类选题相比，教材中仅有插图示意，但无相关的教具设计方案．插图作为一种重要的教学资源，在教学中日益受到师生的重视．充分合理地利用插图资源，将其转化为生动真实的教具并应用于教学中，有利于教学难点的突破，充分体现了制作者的智慧与创造力．在师范生提交的自制教具作品中，此类作品为10例，个案百分比达到18.2%．

【例3】液体压强计的制作与使用

选题来源：人教版九年级《初中物理》第十四章“压强和浮力”第2节“液体的压强”中“演示”插图14.2-3液体内部同一深度朝各个方向的压强是否相等？教材中的插图如图3(a)所示．

制作方法：将输液管弯成U形，用胶带粘在硬纸板上．在硬纸板两边用直尺标上刻度，将U型输液管的下端与零刻度对齐，方便读数．在水中滴入几滴红墨水，装入U型管内，保证管内无气泡并且U型管的两端液面相平．将U型管连有半截滴斗的一端放进盛水的容器中，观察U型管两边液面的变化．保持滴斗在水中的深度不变，改变其方向，观察U型管两边液面是否发生变化．自制教具作品如图3(b)所示．

图3 液体压强计教具

关键点拨：制作者依据教材中的插图制作教具“液体压强计”，巧妙地利用了输液管的半截滴斗(将滴斗截开)作为教材中高深莫测的“探头”，成功地完成了“液体的压强”演示实验．

4 非教材方案

此类教具制作的选题与教材内容紧密相关，却采用了不同于教材的其他方案．由于未采用教材中的方案，此类教具往往具有趣味性、奇异性的特点，属于非主流方案．同时，实验现象表现出丰富生动的特点，能够起到“设疑”的作用，比较适合教学设计中“引入课题”阶段使用．在师范生提交的自制教具作品中，该类教具为14例，个案百分比达到25.5%．

【例4】电磁感应现象演示

选题来源：人教版《高中物理·选修3-2》第四章“电磁感应”第2节“探究电磁感应的产生条件”．教材中的实验装置示意图如图4(a)所示．

方案设计：用漆包线缠绕两个线圈A和B．把线圈A和耳机接起来，耳机插在MP3上；线圈B与小音箱的插头相连．把MP3打开，并且接通音箱的电源．当MP3播放音乐时，线圈A中的电流会随着音调的高低发生变化．当A，B两个线圈互相靠近时，与线圈B相连的音箱中的声音会越来越清晰；当两个线圈远离时，音箱中的声音会越来越弱，直至消失．自制教具作品如图4(b)所示．

图4 电磁感应教具

关键点拨：此教具的制作巧妙地利用MP3播放的音乐作为实验信号，利用音箱播放出的音乐作为检测信号，将电磁感应现象以听觉信息表现出来．与教材中传统的“向线圈中插入、拔出磁铁，观察电流表指针的偏转方向”实验方案比较，给人以耳目一新的感觉．

5 综合性应用类方案

此类教具制作的选题往往在教材中找不到直接关联的某单一内容，大多来源于综合性习题或应用类型的动手实践活动．由于这类教具体现为物理概念、规律的综合应用，一般较适合于教学设计中的“知识应用”阶段使用．在师范生提交的自制教具作品中，该类作品为11例，个案百分比达到20%．

【例5】动量守恒与简谐运动综合运用

习题描述：一辆小车处于光滑水平面上，车上挂有一单摆．单摆摆球从一定高度开始摆动后，求系统的运动过程及最终的运动状态．

制作方法：在牙膏盒两侧分别钻两个大小相同、左右对称的圆孔，取两根圆木棍插入其中，作为转轴使用．将4个胶带卷装在转轴两侧，作为车轮使用．在牙膏盒上面前后各钻一个小孔，取两根小棍分别插在这两孔中，做成支架．另取一根小棍横放在支架上，并用胶带固定．将硬币用胶带固定在轻绳末端，视作“摆球”；将细绳悬挂在横置的小棍中央，构成单摆．整个装置放在水平玻璃面上演示，当硬币从高处摆下来时，可观察到由小车与单摆构成的系统的运动过程．自制教具作品如图5所示．

关键点拨：制作者依据习题描述，所制作的教具抓住了“小车”、“单摆”、“光滑水平面”这些物理模型的关键特征．将此教具运用于习题教学中，能够有效地展现习题描述的物理情景，丰富学生的物理表象，有针对性地突破习题教学中的难点问题．

图5 动量守恒与简谐运动综合运用教具

6 总结

通过对师范生提交的55份自制教具作品进行选题的分类，我们发现5类选题个案百分比有所差异，按照个案数目由高到低排序依次为：非教材方案、教材中的制作方案、综合应用类方案、利用插图资源、对教材方案进行改进．这说明师范生的自制教具作品大多处于“模仿”阶段，或者直接按照教材中的方案进行制作，或者直接按照参考资料中的非教材方案、综合应用类方案进行制作．而有针对性地利用插图资源或者对教材方案进行改进，这样的个案只占少数．

以上5类选题个案百分比虽有所差异，但同时也蕴含着共同点：教具制作的选题内容紧密联系物理教学．由此可见，“教具为教学而生”是教具制作的核心原则．教具的制作应充分考虑其“教学性”特征，关键在于突破教学中的重点难点问题，提高课堂教学的有效性．

参考文献

1 中华人民共和国教育部制订.全日制义务教育物理课程标准.北京：北京师范大学出版社，2001.45

2 中华人民共和国教育部制订.普通高中物理课程标准.北京：人民教育出版社，2003.63～64