自制教具在初中物理力学演示实验中的设计与应用研究

杨士涛

(江苏省连云港市东海县平明中学 222342)

一、当前我国初中物理力学实验演示教学存在的问题

1.重理论轻实验

当前我国多数初中物理教师在进行力学实验演示时，仍然习惯以讲授理论为主，以实验演示为辅，而且多数教师认为物理课程安排比较紧张，专门的实验课程的目的是为了巩固学生对物理现象的认知，而且关于实验操作的考题在物理考试中占比太少，因此只要熟记物理现象就可以应付此类考题，因此无论从实用性和教学价值来看，物理实验的存在感都不够明显，因此初中物理的教学工作仍然重理论轻实验为现阶段主要特点.

2.缺器械缺组织

当前我国各地初级中学的实验设备配比并不平均，城市初中的实验设备相对较为齐全，也有资金实力或专项经费支持，而广大农村地区的初中资金实力相对有限，而物理实验设备的价格也相对较高，许多初中还沿用着陈旧而且缺乏保养的实验器材，这也影响了初中物理力学实验课程的发展，而且其演示意义大于教学意义，使用率不高，实验设计缺乏变化和创新，基本按照教科书上的模式来进行，多数学生对这种枯燥的实验内容不感兴趣，不利于学生对物理学科的兴趣养成.

二、自制教具在初中物理力学演示实验中的必要性

1.教师的客观需求

当前新教改推进之际，许多初中物理教师也应用了新教学法，但目前还没有大规模地拓展到实验教学方面.一些教师出于教学进度的考虑，不希望把教学时间分配在分组实验上；也有一些教师认为当前多媒体教学资源比较丰富，一些视频或多媒体课件能够取代手动实验，因此用实验视频进行播放教学可以作为一堂教学课的导学活动，提高教学效率，因此省略了人人动手参与的分组实验.但多数初中物理教师还是认为，如果教学时间宽裕，实验器材充足，学生人人都能参与实验的体验感是只通过观察学习获得不了的，物理毕竟是一门以实验为基础的学科，学生们如果有条件都应该亲自参与物理实验.

2.学生的客观需求

一些初中学生认为学习物理的难度较大，对物理学科信心不足，因为没有接触物理实验的机会，导致对于物理学科基础知识的理解很不全面.通过访谈得知，大部分学生都认为自己动手操作物理实验对学习物理非常有帮助，但现在多媒体和网络视频资源丰富，学校物理实验室的器材数量不足而且相对陈旧，所以用多媒体教学来代替动手实验也不是不能理解，但动手实验最好的环境还是在课堂上，课外自主动手实验脱离教学环境，操作的自主性动力不足.

三、自制教具在初中物理力学演示实验中的设计

1.材料的设计

一般初中物理力学实验的自制教具均取材于生活当中的常见物品，具有成本低、材料易得，实验现象又比较明显，有助于初中学生动手操作，对物理学科的概念问题加深理解.例如矿泉水瓶、乒兵球、食用油桶、鸡蛋、铅笔、吸管等，都是在生活中常见的物品，而且材料相对容易加工，物理性质相对符合力学条件，如果应用于分组教学法，一组学生中可以很轻易地收集全力学实验材料，方便在课堂上进行创新实验.

2.劳动工具的设计

一般对于实验材料进行加工，需要用到生活中常见的劳动工具，一般的美术工具例如美工刀、剪刀、锉刀、强力胶等是或设计实验器材时经常用到的劳动工具，此外工事类工具也经常用到，例如防水密封胶条、锯条、玻璃胶等，有的还需要使用电钻或者焊锡这样的专业性工具.一般情况下如果学生需要手机材料参与制作，应选择危险系数最小的方案进行实验器材设计，少用电能设备，保证过程安全.

3.组织的设计

近年来一些初中物理教室倡导利用课外时间进行生活物品自制教具做物理力学实验，笔者脱离课堂氛围的实验课，对于学生专注于实验过程的吸引力不足，建议初中物理增加实验课时，或者与实验相关课程直接在物理实验室进行教学.在实验室进行教学有利于贯彻分组教学法，一个大桌若干个学生，经过教师演示进行分工协作，利用生活物品进行力学实验器材的手工制作，让学生从中理解力学作用的产生与什么因素有关，既能够解决农村地区实验器材不足的问题，也能够在教学过程中提高教学质量.

四、自制教具在初中物理力学演示实验中的应用

1.空气压强实验

为了验证大气压强的存在，教师可引导学生收集熟鸡蛋、酒精棉(普通棉花也可)、宽口饮料瓶(玻璃制，代替烧瓶)等开展教具自制活动.首先将熟鸡蛋去皮，然后将点燃的酒精棉放入宽口饮料瓶中，用熟鸡蛋塞住瓶口，等到燃烧的酒精棉消耗掉玻璃瓶中的氧气后，可看到熟鸡蛋向瓶内发生变形运动，通过倒置后可发现鸡蛋不掉落而仍然朝瓶内运动，可证明该鸡蛋受大气垂直向上的压强作用，接着通过改变玻璃瓶的位置方向，可以看到鸡蛋的运动趋势不会发生改变，从而证明了在空气中任何方向都存在大气压强.

2.液体压强实验

为了验证液体压强的存在，可引导学生准备一个空矿泉水瓶剪掉瓶底，一个气球剪开，用剪开的气球蒙住矿泉水瓶底部，用皮筋扎实，然后从瓶口向里面灌水，可以观察到随着灌水量的增加，气球底部逐渐向下凸出，这表明矿泉水瓶底部产生了液体压强.装满水后将瓶口也用剪开的气球蒙住，将矿泉水瓶横向放置.可以看到瓶口的气球也发生了变形现象，接着可以观察到瓶口的气球蒙片产生的变形小，而瓶底的气球蒙片产生的变形大，接着在瓶身施加压力，会发现根据压力而使瓶内产生的流速在瓶口、瓶底方向所产生的压强大小不均，这样就能引导产生联想，发现液体压强与流速、受压面积之间的关系.

3.浮力实验

浮力实验法通常结合自有教具使用，例如弹簧测力计，如果物理实验室弹簧测力计的数量不够，可以用普通弹簧秤代替，容器可以使用纸杯，待测物体可以是熟鸡蛋，也可以用小石块.用细线将熟鸡蛋或小石头绑扎好，挂在弹簧测力计上，可称得熟鸡蛋或小石块的质量，把挂在弹簧测力计上的待测物体放入水杯中，可以看见弹簧测力计上的指针发生了变化，由此可以得知待测物体受到水对它竖直向上的浮力，而待测物体受到的浮力大小也可以从弹簧测力计刻度上算出，由此还可进一步进行密度计算，让学生学习新知的同时温习旧知.

初中物理自制教具充当实验器材属于一项体脑结合的创造性教学活动，有利于学生利用生活中常见物品参与初中物理力学实验.在教学实践中培养实验精神，更加有体验感地掌握实验过程，从实验过程中体会物理科学家们的思维路径，提高初中物理学科素养，为初中学生日后学习高中物理打下更坚实的基础.