自制教具中的创新实验研究

高永品

摘要：当前的物理实验教学，还存在着诸多的问题，这种状况将影响学生的知识能力结构和非智力因素的发展。教师可引导学生进行自制教具，锻炼学生的动手能力和培养学生的自主探究的精神，使学生各方面的能力都有提高，使他们得到全面的发展。

关键词：物理实验教学 自制教育 创新

一、创新实验研究的背景和意义

（一）研究背景

1.创新实验在物理教学中的地位和作用都非常重要。在物理教学中，实验起着非常重要的作用。实验是物理现象的情景再现，能使教学直观，刺激学生，让学生感官思维更为活跃，更有利于使学生由感性认识递进为理论层次，帮助学生形成了正确的物理概念。教师要在平时的教学过程中重视对创新实验教学的研究，加强对学生创新实验能力的锻炼。

2.当前中学物理创新实验教学现状令人担忧。（1）心有余而力不足。实验器材大部分是国家统一配置的，有些器材因自身的设计不足，或者实际教学条件的局限，效果不佳，会让我们放弃实验。（2）教材中一些章节实验数量过少，不能让学生从对比中归纳总结，很难得出普遍性的规律。（3）新课改更注重对学生实验设计、操作、数据处理的分析与思考以及归纳整理等实验能力的培养，而有的教师只注重了结果，忽视了这一点。由此可见，当前的物理实验教学，还存在着诸多的问题，这种状况将影响学生的知识能力结构和非智力因素的发展。因此，教师应从中学物理实验教学中存在的问题现状出发，运用科学合理的教学方式进行改革和创新。

（二）研究意义

1.创新实验在物理教学中必不可少，它是完成教学活动和培养学生观察、动手、思维能力很重要的方法和手段，有助于学生理解物理概念，掌握物理规律。

2.实验的创新可以带动自制教具的制作。新课程改革要求充分发挥学生的主体性，在教学中逐步培养让学生自己去发现、自己去体验。关注物理实验，可以锻炼学生的动手能力和培养学生的自主探究的精神，使学生各方面的能力都有提高，使他们得到全面的发展。

3.实验能否达到最佳效果，关键在于实验是否生动有趣和富有魅力。这样才能激发学生的求知欲，调动学生学习的积极性。

4.物理学是一门建立在实验基础上的科学，在教学中只有根据教学实际进行创新实验，才能充分实现实验的教学功能。创新实验除了其实验动手的价值以外，这种创新还体现在学生的创造性思维能力，同时也锻炼了学生的脑力运动。

二、创新实验研究的基本内容、重点和难点

（一）研究基本内容

1.深入挖掘物理教材中的实验内容。深入研究教材中的每一个实验，了解每一个实验器材在实验中的作用途。针对一些实验设计的缺陷要进行改进，不断地完善使实验效果更显著、更富趣味性，更加突出新课标要求，更具探究性和启发性。

2.开发利用日常物品进行相关物理实验。物理实验是和我们的生活息息相关的，因此，我们要引导学生了解日常物品的物理性能，通过自己的动手改造使其运用到我们的物理实验当中。这种开发利用日常物品进行实验的方式，不仅将物理课堂与日常生活二者有机结合，又锻炼了学生的动手实践能力。

3.正确认识创新实验丰富的内涵。创新实验的每一个环节都包含创新的内容。它要以原有实验的不足或教学中的新问题为突破口，以突出教学重点、突破教学难点为目的，以提高学生能力素质、提高教学效率为宗旨。创新实验更要求教师有良好的实验素质和灵活的思维，在解决问题时打破常规，多方位思考，大胆提出各种创造性设想。

（二）研究重点

开发利用现有实验资源，充分挖掘生活中的物品，使得实验更具有趣味性和实用性，成为激发学生兴趣，引导学生探究的切入点。

（三）研究难点

效果不明显，现象不直观是很多实验存在的缺点，学生观察之后看不懂。一方面，我们要努力做到使实验现象变得简单直观，生动有趣，这样才能抓住学生的心。另一方面，我们还要集思广益，寻找更好的身边物品进行替换实验，从而使得实验效果更加明显。

三、创新实验的方法与实例

（一）挖掘实验的新用途，进行创新

设法找出原有实验的新用途，实现创新。例如，用台式测力计演示物体对接触面的压力，当物体在水平面上时，压力大小等于重力，这就使得学生对压力和重力有了以下错误的认识：压力的大小一定等于物体重力的大小；静止于水平面上的物体对水平面的压力就是物体的重力；压力是由于物体的重力而产生的。如果我们将测力计稍稍倾斜，就会发现它的示数就变小了，这说明物体在斜面上时，压力虽与重力有关，但小于重力；如果让物体在竖直平面上，则压力就与重力无关了。也就是说：压力的大小有时与物体重力的大小有关，有时与物体重力的大小无关。

（二）通过模仿达到创新

可以考虑已有的实验或现象与要做的实验是否有相似之处从而进行模仿，实现创新。例如，很多人都看过“气功大师”胸口碎大石的节目表演。表演者躺在地上，身上压一块大石板，石板上放一块石头，助手抡起大锤将石头砸碎，“气功师”却安然无恙。其实这个节目利用的物理学原理是冲量。外力作用到石头的时候，作用时间短、力量大，所以石头碎了；通过石头传导到下面的石板、身体的时候，作用的时间变长了，力量变小了，因此，胸口不会受伤。我们可以通过模仿，在课堂上演示“硬气功”实验，做法如下：将手掌平放在桌上，上面压一较重的铁块，铁块上再放一块砖，用锤子将砖砸碎，手却无任何损伤。

（三）改进实验的某个方面，进行创新

例如，传统的“超重失重演示仪”的弊端是利用弹簧秤示数变化显示物体的超重与失重，但变化太快无法进行动态观察。我们可以用声光信号代替弹簧秤的示数变化，利用演示仪处于超重、失重状态时弹簧的伸缩控制电路的通断，从而控制声光的产生。

（四）通过组合实现创新

采用组合的方法，用其他实验中的优点取代该实验中的不足，就能实现创新。例如，电路连接是教学中的难点，常用的方法有板画教学和实物教学，但二者都有缺点不足。如果我们把两种方法组合起来，扬长避短，设计一套“电路连接投影装置”，即将元件的实物图画在胶片上，用大头针作接线柱，用黑棉线两端各扎一个小圈套作导线，将电路连接过程投影出来，就能有效地解决改线与观察间的矛盾。又如自制教具《传感器演示板》将六种传感器集中在一个演示板上，利用场效管易驱动的优点作为放大推动管，通过发光二极管的明灭显示各种传感器的传感作用。

（五）利用高科技新材料进行创新

例如，自制教具《涡流的探究》就是利用新材料强磁铁来演示涡流的存在、驱动、阻尼。自制教具《直流输电与整流数字探究》就是利用新的电脑软件‘虚拟示波器来演示整流后的波形。

（六）利用联想和移值创造法、希望点列举法、替代法等方法进行创新

例如，我们获河北省自制教具一等奖的《电磁波系列实验演示仪》制作过程就用到了多种：该教具最初是受无线充电的启发而制作的，把无线充电的电磁波发射和接收电路改造后移植到了这里，我们用有源晶振和场效应管组成的震荡电路代替了以前的电子管电路，用发光二极管代替了原来的指示灯，演示电磁波的发射接收和电磁屏蔽等几个基本实验，经过运用希望点列举法，我们又开发出了电磁波的反射，涡流等一系列实验，成了一件综合性教具。

本文系河北省教育科学“十二五”规划立项课题《新课程背景下高中物理实验教学中自制教具校本开发和利用研究》研究成果。课题编号13040279。

（责编 张景贤）