□工作坊坊主：桂林市兴安县教育局教研室 唐玉兰
□工作坊成员：韦云鸥 余 繁 杨怀琼 王 峰 王正明 唐宇平 蒋云芳 唐丽云 等
物理是一门以实验为基础的学科，教学仪器（教具）是物理教学的“魔杖”，是开展物理实验的必要物质条件。随着课程改革的深入发展，教学内容不断变化，如增加了实验教学内容，把科学探究作为实验教学的核心，突出实验教学在物理课程中的重要地位等。
我们在调查中发现：在许多农村中学，物理实验仪器（教具）配置较为落后，原有的实验仪器（教具）中有相当一部分已不适应教材变化的需要，导致新教材中的许多演示实验和探究实验无法正常开展。而现有的物理实验仪器（教具）的配置相对于教学而言，具有一定的滞后性，已无法满足新的实验教学的要求，制约了物理实验教学的顺利开展。因此，在新课程背景下开展实验设计与自制物理教具的研究，对深化课程改革，拓展和开发课程资源具有重要的意义。教师应根据教学实际，就地取材，自制物理教学教具或学具，并把其作为物理教学仪器与实验器具的必要补充。
一、理论依据
陶行知先生在其生活教育理论中指出：教育要“人发明工具、制造工具、运用工具”“教育有无创造力，也只需看他能否发明人生新工具或新人生工具”。师生自主研发，制作个性化、本土化的物理教学教具和器材，是物理课程资源建设的有效途径。从课程来看，物理教学具有建构主义特质。师生共同研发和制作教学设备活动为学生的学习提供了经验，这种“做的经验”属于“经验之塔”（［美］戴尔《教学中的视听方法》）的底层。“经验之塔”理论认为，底层的经验易于理解和记忆，顶层的经验易于获得概念便于应用，因此，教学应从具体的经验入手，逐步过渡到抽象的概念。
由此可见，物理实验教具的设计与研发，不仅是物理课程资源建设行之有效的途径，还是一种有效的自主、合作、探究的学习方式，是“教学做合一”的具体体现。研究和创造的过程实际上也是知识建构的过程，这种建构过程可以全面提高学生各方面的素质，实现教学中人、物、环境的高度统一。新课程背景下师生自主研发、共同制作教学设备不只是一种简单意义上的创造活动，它已上升为一种新的教与学的方式。因此，为了促进物理课程资源的建设，完善实验室的装备，使学生的自主、合作、探究学习有“物”的保障，我工作坊在农村中学进行了自制教具的实践研究，通过开展自制、自创教具活动，让广大师生与新课程共同成长，促进学生能力的发展。
二、自制教具的基本原则
（一）科学性原则
使用自制教具所演示的物理实验必须真实可靠，符合科学。
（二）简单实用原则
自制教具的用材要简单易找，贴近学生的生活。制成的教具必须具备结构简单和操作方便两个特点。设计教具时，在不失科学性的前提下，结构越简单越好，如一个铁圈就可以完成气泡的实验。
（三）重点突出原则
自制教具应尽可能地把教具的尺寸做大一些，将显示实验现象部分清晰地展现出来，达到可见度最大化的效果。比如，自制伏打电池演示教具时，小灯泡常常不亮或只亮几秒钟，达不到演示实验的目的，这时我们就用发光二极管代替小灯泡，实验前将液体加热一下，这样就可以延长小灯泡的发光时间，使演示效果更加明显。
（四）趣味性原则
自制教具应选用能引起学生注意力的材料，增加趣味性。比如，在制作导体和绝缘体鉴别器时，我们发现，导体导电时靠小灯泡发光来显示的方法不够有趣，于是我们增加了音乐播放器，这样导体在导电时，既能发光又能播放音乐。
（五）安全耐用原则
自制教具在结构设计和选材上应考虑操作的安全性，教具的结构要坚固、性能要稳定，重复演示时要保证实验效果一致。
三、自制教具在农村中学物理教学中的应用
（一）自制教具在演示实验中的应用
自制教具是教师在深入了解教材和身边的课程资源，充分了解学生，精心设计教学的基础上的产物，是保证教学效果良好的有效支撑和补充。自制教具在设计、取材、局部结构等方面都体现了教师的创造性和主动性。比如，“绝缘体变导体”实验（见下图），通过图1来演示实验，效果较好，存在的问题是不易操作、安全性较差，因为图1所示的实验使用的是220V交流电源。我们在分析了现有仪器设计的缺点和实验中存在的不安全因素后，对该实验仪器进行了改良，将实验改为如图2所示，实验在低电压下进行，用音乐卡片里的音乐集成块来代替电灯泡，用三节干电池代替220V交流电源，并且选用废灯泡里的玻璃心柱作为导体（此种玻璃心柱较小，实验效果更好），用酒精灯给玻璃心柱加热30秒钟左右，音乐卡就会响起悦耳的音乐，达到了很好的教学效果。
自制教具取材容易，制作简单，生动有趣，有利于激发学生的探究兴趣。教师在自制教具过程中表现出来的创新精神和创造能力，还能够潜移默化地影响学生。因此，教师可利用这一契机引导和鼓励学生参与教具制作活动。
（二）自制教具在新课导入时的应用
由于初中生正处于形象思维向抽象思维过渡阶段，他们具有好奇、爱玩、爱动的特点。只要激发学生学习的兴趣，他们就会以满腔的热情，积极主动地投入到学习中。例如，在学习“大气压强”这个章节内容时，我们就利用了自制教具导入新课，激发学生的求知欲。具体做法是：取两根粗细相差不大的试管，用较粗的管子套住较细的管子，并在两根试管的间隙注入清水，当把两个套着的试管倒过来开口朝下时，学生认为细的试管会在重力的作用下掉到地上。可是，当学生看到细的试管不但没有掉下来，反而徐徐上升时，他们感到十分好奇、惊讶，这时教师可以顺势引导学生进入“大气压强”的学习。
在《动能与势能转化》的教学中，为了吸引学生的注意力，我们制作了一个“听话的滚筒”导入教学：把一个大竹筒的两端截断，用两个粗细相同的竹节作为盖子，在每个盖子上穿两个大小相同的小孔，在两个小孔中各穿入一根橡皮筋，使橡皮筋横穿竹筒，然后用盖子封住竹筒的两端，在其中一根橡皮筋中间固定一块小铁块，并用透明胶固定盖子和竹筒。在演示实验时，先让竹筒滚动，使上下两段橡皮筋在小铁块的作用下互相缠绕，发生弹性形变，随着竹筒滚动逐渐变慢，最后橡皮筋恢复原状，同时弹性势能转化为动能，使竹筒反向滚动。这样，动能和弹性势能不断转化，竹筒不断前后滚动。教师边做实验边解说，竹筒很“听话”地前后滚动，犹如表演魔术一般。最后，教师剖析实验器具的原理，说明实验过程，导入新课。
实践证明，从新、奇、趣、险、疑等角度自制物理实验教具，并通过呈现给学生新奇的物理现象和给予学生成功的体验，能极大地激发学生的学习兴趣，让学生保持持久的学习动力。
（三）自制教具在学生课外实验中的应用
在物理教学活动中，让学生制作教具并利用教具开展物理实验，既可以提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，又能培养学生勇于探索的科学态度。例如：在学习了《温度》这节内容后，我们让学生分成几个小组，利用课余时间尝试设计和制作一个温度计，教师先对学生进行方法指导，同时约定完成任务后进行全班评比。学生回家后开始寻找制作温度计的器材，着手制作，忙得不亦乐乎。在评比环节，学生们展示了各式各样的温度计，如：装液体的容器，有的学生用矿泉水瓶，有的学生用药水瓶，有的学生用墨水瓶；制作细管子，有的学生用饮料管，有的学生用玻璃管，有的学生用空的圆珠笔芯。在展示作品环节，每个小组派代表把制作好的温度计分别浸在同一盆温水中，观察管子里液面上升的高度。经讨论归纳得出：容器中液体越多，细管里液面上升的高度就越高；管子的内径越小，温度计的灵敏度越高。学生通过制作温度计、操作实验，对温度计的构造、原理及作用有了更深刻的理解，对影响温度计的灵敏度的因素也有了一定的认识，在一定程度上提高了学生的动手能力、观察能力和实验探究能力。
（四）自制教具在物理科技制作课中的应用
在“以人为本”“可持续发展观”的教育理念指导下，培养学生的创新精神和关心社会、热爱自然与科学的素养，已成为现代教育的目标之一。绝大多数的自制教具活动不是简单的仪器仿制，而是需要经过思考、构思和设计的。比如，根据所学“电磁继电器”的知识，可利用声原理、光原理自制水位报警器。此外，在自制教具过程中，需要涉及科学知识、生产工艺和新材料、新技术、新方法。比如，制作“沉浮子”时，需要不断地进行调试，使里面的小瓶子达到悬浮效果。又如，在学习了“长度测量”的知识后，让学生根据所学的物理知识设计功能刻度尺，学生利用荧光条画刻度线设计出可在黑暗环境中使用的刻度尺，还设计出了装有凸透镜的刻度尺，既可测量长度，又有放大作用，从而开阔了学生的思维。
我们在每年的“爱科学月”活动中，组织学生开展科技小制作比赛，培养学生的创新精神和科技意识。例如：让学生用A4纸、胶水、透明胶等材料自制纸桥，利用纸桥进行承重与创意设计比赛。学生先开展小组讨论，然后分工合作、动手制作，再反复实践，制作出了各式各样的纸桥。又如，我们让学生在课余时间寻找材料，制作一个装蛋的容器，看谁能把鸡蛋砸得更远（条件是鸡蛋不能破）。这一主题活动激活了学生的思维，学生积极开动脑筋设计实验方案：有的用泡沫作为盒子，把鸡蛋放进泡沫盒子里；有的用塞满海绵或碎纸屑的盆子装鸡蛋；有的用筷子做成支架小盒子，用海绵包好鸡蛋放进小盒子里，在盆子外面系上气球。我们发现，学生制作的装蛋容器，有的粗糙，有的精致；有的因为太重投不远，有的因为做得不牢固蛋投出去就撞破了，有的做得既美观牢固投蛋又远又安全。随后，我们请获得实验成功的学生介绍自己的创作思路和制作过程，其余学生学习、借鉴。在教师的指导下组织学生开展科技小制作活动，寓学于乐，这对提高学生的动手能力、合作能力、创新能力及科技意识十分有益。
美国华盛顿大学的一条横幅上这样写道：“我听说了就忘记了，我看过了就领会了，我做过了就理解了。”它深刻地说明了“做”的重要性。物理是以观察和实验为基础的一门学科，更要注重“做”的过程，而自制教具便是物理教学实现“做”的载体，它不仅是物理教学的重要手段，也是培养学生动手能力和创新能力的重要途径。利用生活中简单的材料、物品甚至废弃品开展一些简易可行的物理实验，有利于学生主动学习、探究学习、合作学习，实现教学相长。
（责编 欧孔群）