自制教具伴我同行

胡成平

【摘要】初中物理學科是以實驗為基礎的學科，通過觀察實驗，學生可以分析和總結出其中的規律和原理，因此，做好實驗尤其重要。初中物理實驗器材主要來自教學儀器公司，而有時教學儀器公司的儀器并不能滿足教師的需求，或者說教材的內容需要儀器進行說明而儀器公司并沒有，目前存在的情況還有教學儀器的實驗效果不明顯。要想改變現狀，可以通過自己動手改進實驗和制作實驗教具來滿足教學的需求。來校工作多年，我在自制教具方面深有體會，剛進校就遇到了經驗豐富的趙老師，他為人親和，自制教具經驗豐富，教學經驗也很豐富，他的指導和幫助使我在自制教具方面體會到了其中的樂趣，并積累了豐富的實踐經驗，這是一種無形的財富，自制教具已成為我工作中的一部分，它時刻伴隨我快樂前行。

【關鍵詞】自制教具　動手能力　創新能力

一、如何自制物理實驗教具

自制教具最主要的前提是要有豐富的知識，平時要積累更多的物理知識和實驗材料的相關知識。以豐富的知識為基礎，我們在制作或者是創作的時候就有了保障。不管是制作還是創作，首先，要有靈感。自制教具的靈感來自于物理教材、生活中見到的事物、觀察到的現象、有趣的實驗儀器等諸多方面。在這些方面中，我認為深入地研究教材尤為重要，教材中的某一句話有可能暗藏著實驗。例如，在講功和能這一章的知識時，教材中對功的概念是從力做功，引入機械功，由電學再引申到電能轉化成其他形式的能，在這個過程中電流做功。機械做功是與功和功率以及功的兩個必要因素有關，實際教學中沒有好的實驗儀器進行說明。為了能使學生綜合地掌握和理解這一部分的知識，我制作了小馬拉大車的教具（本教具2009年榮獲北京市自制教具評比活動二等獎）。這一教具靈活運用功、功率、簡單機械等知識，使學生可以利用所學的知識解決生活中的實際問題。因此，我認為認真研究教材是制作教具的開始。其次，要搜集制作的材料，材料是自制教具的基礎，有時這些材料有可能會成為你設計思路的提示。搜集材料要從身邊去尋找、去發現，要使自己成為有心人，時刻留意身邊的事物，自制教具要體現其自身的優勢，材料要簡單易取、價格廉價，有時身邊的廢舊物品也是制作教具的材料來源。例如，在制作光學教具簡易照相機和投影儀時，我利用廢舊的保鮮膜紙筒和錫紙紙筒來做照相機的機身，用手提袋做照相機的光屏。在做浮沉子實驗教具時，我利用廢棄的飲料瓶和小藥瓶進行組合，實驗效果特別好。生活中好多丟棄的材料都可以成為自制教具的材料來源。因此，不管在學校，還是在家里，甚至在路上我都會留意身邊的東西，看到自己認為有用的就撿回來（如飲料瓶、易拉罐、煙盒內的錫紙、打火機、衛生紙的紙筒、蛋撻的錫紙盒、酸奶盒等），將這些廢舊的物品進行拆解，取其精華，做到物盡其用。

二、自制教具需要注重細節

細節決定成敗，在制作教具時要更加注重細節。

實例一：學生分組凸透鏡成像的實驗中，常規的光源是利用蠟燭，蠟燭在實驗操作過程中存在的問題是：實驗需要在暗室進行，蠟油滴到桌上和地上不宜清理等。于是我想到了利用發光二極管作光源。接下來要考慮如何固定發光二極管，燈板的尺寸多大，如何連接手柄，電源選擇哪種型號等細節問題。經過多次嘗試，我最終確定發光二極管選用超亮的白光或者是黃光均可，電源我采用的是2032紐扣電池，電池盒也利用安裝紐扣電池的電池盒，這樣安裝在電路板上既節省空間又能達到光源的亮度。燈板制作完成后要考慮如何與手柄進行連接，第一種設計方案是利用泡沫板做個U形框架，將燈板固定在框架內，利用廢舊光學儀器上的金屬棍做燈板的手柄；第二種設計方案的靈感來自長尾夾，長尾夾的夾口端很緊，中間有空隙，體積小，它的這些特點正好符合固定燈板的要求。在長尾夾的底端中心位置打個孔，孔的直徑與金屬棍直徑一致，用螺母將金屬棍固定在長尾夾的底端打孔的位置，然后將燈板固定在長尾夾夾口處，最后用熱熔膠加固，一件成品即告完成。相比之下，第二種方案更可行。首先，長尾夾隨處可見；其次，整體安裝簡單容易；再次，方便拆裝。最重要的是學生在觀察燈板時也可以給他們一些啟發，引導他們善于利用生活中的或者是身邊的事物解決問題。燈板的制作解決了學生分組實驗中暗室、蠟油滴灑以及蠟燭固定等問題，這個自制教具的使用還在一定程度上提高了實驗效果。

實例二：制作奧斯特實驗教具時，由于該實驗是個短路實驗，要考慮如何及時斷開電路開關，開關是選擇單刀開關還是按鈕開關，實驗操作時選擇大磁針還是小磁針等問題。通過實驗我發現：開關利用按鈕開關，優點是操作方便，想要連通電路時只要按下開關即可，不按的時候整個電路是斷開的；實驗時選用小磁針效果好，小磁針質量輕、磁針容易轉動，而大磁針體積大、質量重、不容易轉動。有的老師會認為小磁針在演示的時候學生不容易觀察到實驗現象，實際上大磁針也一樣，教室后面的學生也會看不到實驗現象，但利用投影即可解決問題。

實例三：《通電導體在磁場中受力演示裝置》（2009年北京市自制教具比賽獲二等獎）在制作過程中要考慮磁鐵的種類、金屬棍的選用、電路的連接以及如何體現電流的方向等問題。經過實驗我發現，利用釹鐵硼磁體固定在長方形的有機玻璃框中既可以增強磁場，又可以改變磁極；金屬棍是利用收音機天線中的金屬棍，特點是質量輕、容易運動；為了能直觀地看到電流的方向，我制作時在電路中連接了兩種顏色的發光二極管表示電流的方向。

制作教具過程中要充分考慮到各個環節才能充分展示自制教具的功能。通過上述實例我總結出，在制作教具時要充分考慮從設計到制作過程中所有的問題，更重要的是其中的細節問題，如果不重視細節，有可能導致實驗失敗。

三、自制教具需要合作，需要集思廣益

你有一個思想，我有一個思想，互相分享就有兩個甚至更多思想。在自制教具過程中需要教師通力合作，打開思路，集思廣益，有利于制作更好的實驗教具。記得在制作《眼睛調焦系統學生實驗教具》（該教具在2012年北京市自制教具比賽中獲二等獎）的過程中，何老師提出一個問題，如何做一個能讓學生動手實驗的有關眼睛的教具，它可以體驗凸透鏡成像以及近視眼和遠視眼的成因。有了問題我們要考慮，什么材料能透光？如何改變晶狀體的大小？有的教師提出，找個透明的盒，里面裝上水；有的教師提出，將薄膜固定在盒子上，往里面加水；還有的教師提出不妨用飲料瓶試試。教師們的提議和思路給了我靈感。首先，可以采用飲料瓶解決透明的問題，如何利用飲料瓶制作能夠改變形狀的水盒，這是個難題。經過多次嘗試，我發現，將飲料瓶的中間圓滑部分剪下，開口端打磨平整，將飲料瓶圓桶按壓成橢圓形，這是關鍵一步，橢圓形符合凸透鏡的形狀，橢圓形容易安裝氣球薄膜。晶狀體制作完成，接下來要找固定晶狀體模型的底板，我一貫的想法是能利用身邊的材料最好。最后，我利用菜市場裝圣女果的泡沫箱做底板，在泡沫板上挖一個橢圓形，尺寸與晶狀體的模型一致，將晶狀體模型放在底板凹槽內，一側放置兩只激光筆。學生在操作時只要在晶狀體內加入適量的水，讓激光筆的光線穿過晶狀體模型，另一側底板上就會出現兩條光線匯聚的點，用手去擠壓晶狀體模型，可以改變晶狀體的薄厚程度，觀察兩條光線匯聚的點的距離發生變化。學生通過這個教具體驗凸透鏡成像以及近視眼和遠視眼的成因問題，實驗效果很好。

之后，對這個實驗我做了進一步的改進，主要改進飲料瓶的選擇，經過試驗發現有一種水溶C飲料瓶效果更好。這款飲料瓶材質堅固程度適中，既有硬度，又可以改變形狀，透明度也好；晶狀體的底部開口利用透明的橡膠薄膜，這種薄膜薄且透明度好。為了防止脫落，利用502膠將其進行粘接，晶狀體的兩側粘上棉線，棉線與能旋轉的螺桿相連接，這樣可以方便改變晶狀體模型的薄厚程度。整個教具在北京市自制教具比賽中獲得二等獎，當時評委對晶狀體模型的制作給予了很高的評價。

通過上述簡單的事例我體會到：要有好的作品不是一個人的能力，而是需要教師們的設計思路和意見，多聽取教師們的意見，對后期的教具改進也有很大的幫助。

四、自制教具要一具多用

自制的教具能夠服務于其他學科，比如眼睛調焦實驗教具和《近視眼、遠視眼成因和矯正》自制教具（2006年全國自制教具比賽中獲二等獎，北京市自制教具評比活動獲一等獎）不僅在第六章常見光學儀器中“眼睛和眼鏡”教學中作為學生分組的實驗儀器，而且在生物課上也派上了用場。生物課有一節有關眼睛的知識，我們的教具符合生物教學的需要，生物教師利用這個教具進行教學效果非常好。學生通過本教具很好地掌握了有關眼睛結構以及成像的知識。教具跨學科進行教學更體現其價值，這個實例給我的啟發是，以后應嘗試讓自制教具發揮更多的用處。

五、制作教具需要有耐心，勤于鉆研

制作教具的時候要有充分的耐心，敢于挑戰耐力。一件作品不是一次就可以制作成功的，它需要多次的嘗試，反反復復修改，甚至有時還要拆掉重新組裝。例如，在制作《光在空氣中沿直線傳播演示裝置》（2009年北京市自制教具評比活動中獲二等獎）、《摩擦力的大小演示教具》（2012年北京市自制教具評比活動中獲三等獎）過程中，要進行反復的研究、實驗、修改。《光在空氣中沿直線傳播演示裝置》最初利用一個飲料瓶、水、煙霧、激光筆進行演示，發現光線很弱，而且光線的長度太短。基于上述問題，我反復進行了實驗，最后我發現，加長飲料瓶的長度，可以將飲料瓶相互連接在一起組成長的圓柱形管，里面充一些煙霧，再選擇功率大的激光筆，將光線穿過瓶內的煙霧即可，實驗效果非常好。后來，經過更進一步的思考，用有機板做了一個長方體，替代了飲料瓶，特點是穩固、透明、易操作、易擺放。這個實驗成功的要點是如何控制煙霧的多少，煙霧多光線看不見、煙霧少光線也看不見，只有充入合適的煙霧才能達到實驗效果，煙霧調試的過程需要多次嘗試和反復實驗。制作教具的過程中要時刻保持耐心的狀態，不能急躁，更不能因實驗不成功就輕易放棄。我認為耐心是一種高層次的修養。制作教具時不僅要有耐心，還要具有勤于鉆研的精神，就像教師上課前做好備課一樣，我要備好作品應用的物理知識、具有特點的實驗材料，以及做好作品的設計方案等。要想做得更好，為實驗提供更多有價值的教具，我的經驗是：做事要有耐心、勤于鉆研、時刻不忘學習。

六、自制教具有利于培養學生的動手能力和創新意識

自制教具可以培養教師的動手能力和創新能力，如果將自制教具活動面向學生進行開展，就可以激發學生發現問題、解決問題的興趣，培養學生的動手能力和創新意識。

實例一：在校本選修課中，我開展了LED手電筒的制作活動。在這個活動中，我的設想是讓學生從“做”中來“學”。了解手電筒的結構、元件的特點、電路的連接、組裝手電筒的過程等。在這些環節中，電路的連接和組裝手電筒是難點，也是我要培養學生動手能力的關鍵所在。電路的連接有兩方面的內容：第一是學生要學會連接簡單的串聯電路，由串聯電路引申到并聯電路，就是手電筒的電路；第二是如何將發光二極管焊接在小電路板上。學生要學會焊接方法，焊接發光二極管的過程是學生發現問題、分析問題和解決問題的過程。比如焊接發光二極管時，學生首先要弄明白電路板上的電路連接方式、發光二極管長短管腳應與電路哪個接點連接、焊接的步驟和技巧、彈簧的焊接方法等。活動過程中學生發現的問題有：焊接一個發光二極管需要3～4秒，時間長會損壞發光二極管；發光二極管的長短管腳要與電源的正負接線柱連接；彈簧的焊接需要利用改錐工具輔助；活動中既動手又動腦等。在組裝手電筒時，學生的體會是：看似簡單的手電筒，實際在組裝時并不是簡單的事，里面蘊涵著很多物理知識。比如手電筒的外殼為什么用金屬？燈罩為什么利用銀色發亮的材料？開關與其他元件是如何連接在電路中的？這些問題在平時用手電筒的時候根本不去考慮，當學生們親身體驗制作手電筒的活動后，才明白其中有好多知識可以學習，在活動中要讓學生親身體驗，從中學會觀察、發現、解決遇到的問題，從而培養學生的動手能力以及創新的意識。最讓我感動的是，有一屆的學生學了焊接技術以后，利用中午休息的時間，把損壞的耳機和MP3播放機拿到實驗室進行維修，學生發現生活中的問題，并能夠利用已學的知識和技能解決問題，充分體現了他們學以致用的精神。

實例二：在制作魔術盒活動中，先給學生展示教師已做好的成品，讓學生觀看實驗現象，由現象引發思考并提出問題，師生進一步分析所提出的問題，得出實驗原理。接下來，制作作品環節，學生要設計作品的方案，可畫圖也可文字說明，方案確定后進行制作，最后調試和展示。在這個環節中老師可以巡視進行指導，但不是手把手去教學生制作，而是把時間留給學生，讓他們去展示自己的能力。整個活動完成后，學生的作品盡管各有千秋，但都體現他們自己的設想。在學生中開展這種動手活動，有利于培養學生的動手能力和解決問題的能力，在培養動手能力基礎上，還可以進一步培養學生的創新意識。

興趣是最好的老師，學生有了興趣學習會更好，老師有了興趣工作會更好。制作教具不僅是一種能力的提升，更是一種快樂。工作這些年我制作的作品大約有幾十件，有些已經獲得了全國、北京市、海淀區等獎項，總的來說這些作品在教學中實驗效果都很好，體現了它們的價值。我做教具的感悟是：榮譽不是最主要的，一件作品能夠有利于教學并能夠展現精彩的實驗效果才是我的追求，尤其是當廉價的作品展現精彩的實驗效果時。目前，教具制作的發展空間有限，很多作品已經開發的差不多了，盡管教具開發的空間有限，但在以后的工作中我會在以往的作品上更進一步地研究、改進，使作品的實驗效果更精彩。前方的路，我將與自制教具快樂同行。