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自制实验在中学物理教学中的应用

发表时间：2021/4/7 来源：《比较教育研究》2021年2月作者：章启贤

[导读] 本文阐述了自制实验的突出优点和基本要求、制作思路以及在中学物理教学中所起的作用。自制实验能从实践层面走进学生，使物理与生活更加贴近。

章启贤安徽省无为第一中学安徽芜湖　238300
【摘要】本文阐述了自制实验的突出优点和基本要求、制作思路以及在中学物理教学中所起的作用。自制实验能从实践层面走进学生，使物理与生活更加贴近。
【关键词】自制实验；优点；基本要求；制作思路；作用
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1003-7667 （2021）02-084-02-084-02

        1 引言
        实验是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径。对于中学物理教学来说，仅依赖课本上传统的物理实验，对学生的创新精神和实践能力的培养是远远不够的。在中学阶段，物理仪器设备的短缺仍是一个较为普遍的现象，但搞好实验建设，有一条不应忽视的途径，那就是走师生动手“自制教具做实验”（简称自制实验）的道路，以弥补实验物质条件的不足。尽管有些重点中学的实验教学条件有了较大的改观，有一些制作精良的现代教学仪器，但是，在新的课程理念下自制教具仍非常必要[1]。在新时代的教学背景下，我们有必要自主设计一些实用并有助于教学效果的教学模具[2]，学会利用身边的器材自制教具，在教学过程中使用显得尤为必要[3]。自制实验重在整合与开发当前物理实验资源，让其在实践层面走进学生，使物理与生活更加贴近，能培养人的创新能力。
        2 物理教学中自制实验的突出优点和基本要求
        中学物理实验大都比较简单，精度要求一般不高，多数实验是定性的，不少实验可以随手取材，这给自制实验提供了可能性。自制实验具有以下突出优点：
        (1)可以应用的材料多是废品、日用品或自然物，不受或少受物质条件的限制，容易实现。
        (2)实验通常直接呈现现象，直观性强。
        (3)不少实验是略加控制的自然现象，既直观又“自然”，易于和日常经验联系。
        (4)对于众多以认识为目的、精度要求较宽的教学领域，有着广泛的通用性。
        (5)包含创造因素。因为自制实验是自己动手制作的，所以能有效地开发智力、发展良好的非智力因素。
        新课程改革背景下对实验器材提出了诸多要求[3]。自制实验的“自制”是以实验为基础的自制，要满足下列基本要求：
        首先，要有明确的目的，其内容要有意义，应根据实际的需要自制合适的教学实验。在自制实验中，可以观察到有关物理现象或解决有关物理问题，从而检验物理理论，而且还可以开拓物理学应用的新领域。
        其次，要突出物理原理，重在训练学生的能力。自制实验，重点在于设计思想，要从实际情况出发，突出物理原理，注重能力培养。
        另外，提倡用学生所熟悉的日常生活用品做自制实验，亦即“随手取材”做实验[4]。自制的方法一般比较简单，不需要特殊的器材，实验过程相对安全，而且也可以作为课堂正规实验的铺垫。
        3 自制实验的制作思路
        自制实验从制作思路上看，可分为三种类型：
        (1)替代型自制实验是指用容易实现的等效实验替代课本上不易实现的或现象不明显的实验，从而解决学校实验仪器短缺的困难。
        课本上有些演示实验，比如证明大气压存在的“马德堡半球实验”，不少学校就没有正规的马德堡半球器材，以致该实验做不起来。但是，可以在市场上买两个“吸塑钩”，将它们面对面地挤压紧，并按下挂钩，然后就很难拉开它们了。因为按下挂钩时，两吸盘间的空间体积增大导致压强减小，外面的大气压便大于里面的气压，所以两吸盘就很难拉开。这样也就等效演示出“马德堡半球实验”效果来。
        (2)改进型自制实验是指对原有现成的实验器材做一些改善，有助于解决实验中的难点。
        譬如，为说明七色光复合为白光，初中课本上有一个让七色板旋转的实验。若是用手摇装置让七色板转起来，则实验现象不太明显，我们可设法将其改进，可改装成用剃须刀的电动机带动七色板，从而高速转动，现象就很显著。或者干脆在七色板上对称地钻两个孔，穿上细绳，借鉴小时候玩“转盘”的思想，手持绳子两端向前或向后转几圈，然后一张一合地拉动绳子，同样也能让七色板高速地转起来。

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        (3)自创型自制实验是指为说明某个物理概念或规律，自己设计创作出新的简易仪器，开发新的简易实验，从而弥补实验器材短缺或使得实验现象更加显著。比如利用身边一支普普通通的钢笔及其它学习用品，就可以动手做有关“惯性”、“摩擦”等系列探究实验[5]。
        还譬如，为增强学生对大气压强的感性认识，可设计以下实验：
        1)奇异的“魔瓶”　用烧热的缝衣针尖在一个胶质奶瓶的底部烫几个小孔。将瓶装满水后，迅速用瓶盖将其盖住，此时瓶里的水不漏下，但当打开瓶盖时，瓶里的水就像淋浴般落下，再盖上瓶盖，水又停止下落。瓶子就这样显示出“魔性”来。
        2)“喷泉”实验　在雪碧瓶的侧壁上钻一个圆孔，孔直径和圆珠笔筒的直径差不多，将圆珠笔筒的小孔端向内插入圆孔一小截，用蜡烛油将圆珠笔筒与圆孔间的缝隙密封好，然后用橡胶塞塞紧雪碧瓶的瓶口，并在橡胶塞上插入大号注射器。当把圆珠笔筒的大孔端浸在水盆里时，通过注射器来抽雪碧瓶内部的空气，水就从圆珠笔筒的小孔端向上喷射，即可产生“喷泉”现象。若在水盆内滴几滴红墨水，则“喷泉”现象更加显著。
        4 自制实验在中学物理教学中所起的作用
        在中学物理教学中，自制实验可应用在诸多场合，如导入新课、将抽象知识形象化、消除学生认知盲点、展现物理知识在实际生活的应用和培养学生的物理知识应用能力等方面[6]，自制实验起着重要的作用。
        首先，不论是从自然现象到物理知识，还是从理论到实践，自制实验都能起到“桥梁”作用。
        例如，为进一步增强学生对大气压强的感性认识，还可设计以下实验。蜡烛“喝”水：将一截短蜡烛点燃，用熔化的蜡烛油使其固定在塑料脸盆（透明的盆更好）的底部，再倒入适量的水，然后用玻璃杯罩住蜡烛，可见烛焰慢慢熄灭，但随着火焰的熄灭，玻璃杯内的水面逐渐上升，高于杯外水面，相当于蜡烛“喝”水了。在学生感性认识了大气压的真实存在后，再进行课本上正式的托里拆利实验，便能水到渠成了。
        其次，自制实验将物理拉近了生活，有利于激励学生学习物理的兴趣，也有利于消除学生对动手实验的陌生感和恐惧感。做自制实验，学生可以不必过分担心会损坏仪器，增加了学生动手实验的机会。自制实验能让学生在轻松的心情下进行实验，也可以作为正规实验前进行模拟训练的有效手段，甚至可以有意设置破坏，以取得特殊效果。
        例如，同样做惯性实验，一个用镀铬小球的正规仪器，一个用鸡蛋和玻璃杯。学生对这二者的心理反应是不一样的。学生对后者会感到更有兴趣、更有悬念、印象更深刻。这样的实验经常出现，会使学生感到亲切，感到物理学就在自己身边。
        第三，在自制实验的基础上可以改进教学方法和课堂组织形式，增加学生参与课堂的机会，调动学生的积极性和主动性，让学生得到较全面的锻炼。由于自制实验容易实现，因而有些演示实验可采用“自制实验——讨论——归纳”的组织形式，在老师指导下，一边实验，一边思考，这样动手又动筯，有利于培养学生创造性思维能力。师生根据教学任务和要求，在教学中恰当应用一些自制实验，是物理课堂教学的一种很有效的形式。一项教学改革方案的成功，往往伴随着自制实验的成果，这正是教学仪器发展的源泉所在。
        5 结语
        物理学是以实验为基础的科学。自制实验不仅可以改进教学方法，也可以弥补中学实验器材的短缺，它是一条不应忽视的加强实验物质基础的有效途径。在中学物理教学实践中，要学会瓶瓶罐罐当仪器、敲敲打打制器材、拼拼凑凑做实验。自制实验可以做到成本低但价值不低、成本低但技术不低、成本低但智慧不低[7]，从某种意义上说，自制实验更有利于培养和训练学生的思维能力和独立动手能力。
参考文献
1 顾霞. 自制教具与中学物理教学[J]. 教学仪器与实验. 2005, 21(1): 31~32.
2 袁振华. 自制教具与高中物理教学[J]. 数理化解题研究. 2019, 15: 50~51.
3 杨川峰. 自制教具在中学物理教学中的必要性[J]. 物理通报. 2016, 4: 38~41.
4 刘炳昇, 魏日升. 初中物理教师实验技能训练[M]. 北京: 高等教育出版社. 1989, 3.
5 郭卫东. 低成本物理实验的巧妙设计与应用[J]. 物理教学探讨. 2012, 30(445): 1~3.
6 李凡生, 余小英, 易其顺. 自制教具在中学物理教学中的巧用[J]. 中学物理教学参考. 2016, 45(4): 25~27.
7 李洪奎, 贾晓光. 低成本物理实验的研究[J]. 大学物理实验. 2007, 20(3): 91~93.
基金项目：2021年芜湖市教育科学研究重点课题《核心素养导向下的高中物理高效课堂教学模式的实践研究》，课题编号：JK20008。章启贤 (1973－)，男，硕士，中学高级教师，芜湖市学科带头人，主要从事物理教学及研究。