中學物理自制教具研究.pdf

四川師范大學 碩士學位論文 中學物理自制教具研究 姓名 王永剛 申請學位級別 碩士 專業(yè) 課程與教學論 物理 指導教師 潘學軍 20090312 中文摘要 中學物理自制教具研究 物理課程與教學論專業(yè) 研究生王永剛指導教師潘學軍 摘要 中學物理以實驗為基礎 實驗對培養(yǎng)學生觀察分析能力 學生學習 物理的興趣以及科學探究的精神有著不可替代的重要意義 長期以來 由于教 育資源短缺 應試教育 對實驗教學重要性認識不足等原因 使得實驗教學沒 有得到很好地開展 導致我們的學生探究與創(chuàng)新的意識淡薄 如今 中學的教 育設施逐漸改善 電教設備也普遍應用于教學 盡管如此 增添的實驗器材以 及先進的電教設施仍遠遠滿足不了實驗教學對教具的需求 自制教具在緩解教學設施短缺 培養(yǎng)學生觀察分析能力 動手實踐能力 科學探究及創(chuàng)新精神等方面有著無與倫比的優(yōu)勢 可是 據筆者調查 很多教 師沒有親自做過教具 在動手制作方面也存在很多困難 所以 進行本課題的 研究是比較有實用價值的 本文分為五章 第一章為引言部分 筆者分析國內外開展實驗教學的差距 自制教具在培養(yǎng)學生能力方面的獨特優(yōu)勢 最后 點明開展本課題的意義 第 二章是對自制教具的認識 筆者從自制教具的定義 功能 意義及現狀進行分 析 加深對自制教具全方面的了解 第三章介紹如何設計和制作自制教具 第 四章為自制教具的案例 其中 斜面受力隨傾角變化演示儀 和 組合式靜電 演示儀 都是由筆者首創(chuàng)的自制教具 特別是 組合式靜電演示儀 可以用于 演示1 0 多個靜電演示實驗 在中學實驗教學中應有很大的推廣價值 筆者希 望通過介紹這些教具的設計 制作方法激發(fā)廣大教師參與創(chuàng)作的激情 第五章 筆者分析了自制教具與教學效果的關系 并設計了自制教具教學的案例 教學 實踐也證明了自制教具在實驗教學中的重要作用 中文摘要 筆者的主要工作體現在兩方面 第一 全面闡述自制教具的定義 功能 意義 現狀及與教學效果的關系 消除了教師對自制教具認識的不足 第二 三年來 筆者積極動手開發(fā) 制作出一些原理簡單 演示效果明顯 在中學很 有使用價值的新教具 這不僅可以為廣大教師提供了參考實例 還可以帶動教 師動手制作教具的熱情 關鍵詞 實驗教學探究性學習自制教具動手能力創(chuàng)新精神 A b s t r a c t P h y s i c a lS e l f m a d eE q u i p m e n t R e s e a r c hi nH i g hS c h o o l M a j o r T h e o r yo fP h y s i c sC u r r i c u l u ma n dT e a c h i n g P o s t g r a d u a t e W a n gY o n g g a n g S u p e r v i s o r P a nX u e j u n A b s t r a c t P h y s i c si nh i g hs c h o o li sb a s e do ne x p e r i m e n t p h y s i c se x p e r i m e n t s h a v ea ni r r e p l a c e a b l es i g n i f i c a n c ei nc u l t i v a t i n gs t u d e n t s o b s e r v a t i o nc a p a c i t y a n a l y t i c a lc a p a c i t y i n t e r e s ti ns t u d y i n gp h y s i c sa n dt h es p i r i to f s c i e n t i f i ci n q u i r y Al o n gt i m e b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e s e x a m o r i e n t e d e d u c a t i o n a w a r e n e s so ft h ei m p o r t a n c eo fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g s h o r t a g ea n d o t h e rr e a s o n s m a k e se x p e r i m e n t a lt e a c h i n ga r en o tw e l lc a r r i e do u t r e s u l t i n gi n o u rs t u d e n t s s e n s eo fi n q u i r ya n di n n o v a t i o ni Sw e a k T o d a y e d u c m i o nf a c i l i t i e si n h i g hs c h o o lh a v eg r a d u a l l yi m p r o v e d a u d i o v i s u a le q u i p m e n ti s a l s og e n e r a l l y a p p l i e d t ot e a c h i n g N e v e r t h e l e s s a d d i t i o n a le x p e r i m e n t a le q u i p m e n t a sw e l l a s a d v a n c e da u d i o v i s u a lf a c i l i t i e sd i d n ti m p r o v et h ee f f e c to fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g g r e a t l y T h e s ef a c i l i t i e sc a n n o tm e e tt h er e q u i r e m e n tt oe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g S e l f m a d ee q u i p m e n th a su n p a r a l l e l e da d v a n t a g e si na l l e v i a t i n gt h es h o r t a g e o ft e a c h i n gf a c i l i t i e s c u l t i v a t i n gt h eo b s e r v i n ga n da n a l y z i n gc a p a c i t y t h e h a n d s o ne x p e r i e n c ec a p a c i t y s c i e n t i f i ci n q u i r ya n di n n o v m i v es p i r i t H o w e v e r a c c o r d i n gt ot h es u r v e y al o to f t e a c h e r sd i dn o tm a k ea n ye x p e r i m e n t a le q u i p m e n t a n dt h e i rh a n d s o ne x p e r i e n c ec a p a c i t yi sv e r yw e a k S o t oc a r r yo u tt h i sr e s e a r c h i Sv e r yu s e f u l Ih a v em a d ean u m b e ro fs e l f m a d ee q u i p m e n t s a n ds u n l m a r i z e d t h e i rm e t h o d s t h e s ee x a m p l e sc a nb ei n t r o d u c e dt ot h ef r o n tl i n et e a c h e r s A t1 a s t I h o p et h e s ee x a m p l e s c a na r o u s et h e i re n t h u s i a s mo ns e l f m a d ee q u i p m e n t T h i sa r t i c l ei sd i v i d e di n t of i v ec h a p t e r s c h a p t e rI i st h ep r e f a c e a n a l y z e st h e g a po fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n ga th o m e a n da b r o a d a n a l y z e st h eu n i q u ea d v a n t a g eo f I I I A b s t r a c t t h es e l f m a d ee q u i p m e n fi nd e v e l o p i n gs t u d e n t s a b i l i t y F i n a l l y t h ea u t h o rp o i n t O U tt h es i g n i f i c a n c eo ft h i si s s u es p e c i f i c a l l y t h es e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c e st h e d e f i n i t i o n f u n c t i o n s i g n i f i c a n c eo ft h es e l f m a d ee q u i p m e n t S O w ec a nl e a r na l l a s p e c t sa b o u ti t t h et h i r dc h a p t e rd e s c r i b e sh o wt od e s i g na n dm a k es e l f m a d e e q u i p m e n t t h ef o u r t hc h a p t e ri n t r o d u c e ss e l f m a d ee q u i p m e n te x a m p l e s a m o n g t h e m I n c l i n e dp l a n ew i t hi n c l i n a t i o nc h a n g ef o r c ed e m om a c h i n e s A n d c o m b i n e ds t a t i cd e m o n s t r a t o r a r ei n n o v a t i v ee q u i p m e n t s s h o u l db ep o p u l a r i z e d i nh i g hs c h 0 0 1 S p e c i a l l y t h e c o m b i n e ds t a t i cd e m o n s t r a t o r c a nd om o r et h a n10 d e m os t a t i ce x p e r i m e n t s T h ea u t h o rh o p e st os t i m u l a t et h ep a s s i o no ft a k i n gp a r ti n p h y s i c a le q u i p m e n tm a k i n gt h r o u g hi n t r o d u c i n gt h ed e s i g na n dp r o d u c t i o nm e t h o d s T h ef i f t hc h a p t e ra n a l y z e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt e a c h i n ge f f e c ta n ds e l f m a d e e q u i p m e n t T h ea U t h o rd e s i g n e dat e a c h i n gc a s e t h et e a c h i n ge x p e r i m e n tp r o v e d t h a ts e l f m a d ee x p e r i m e n t sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei ne x p e r i m e n t a lt e a c h i n g T h ea u t h o r Sm a i nj o br e f l e c t si n t w ow a y s f i r s t l y g i v es e l f m a d ee q u i p m e n ta c o m p r e h e n s i v ee x p o s i t i o ni nd e f i n i t i o n f u n c t i o n s i g n i f i c a n c e s t a t u s a n dt h e r e l a t i o n s h i pt ot e a c h i n ge f f e c t i v e n e s s t oe l i m i n a t et h ec o g n i t i v ed e f i c i e n c yo f t e a c h e r s S e c o n d l y t h r o u g h h i s o w np r a c t i c e t h ea u t h o rh a v e m a d e s o m e e q u i p m e n t s t h e s es e l f m a d ee q u i p m e n t sa r eg o o de q u i p m e n t st oa i de x p e r i m e n t a l t e a c h i n g T h i si sn o to n l y p r o v i d et h ev a s tn u m b e ro ft e a c h e r sar e f e r e n c ee x a m p l e b u ta l s oc a na r o u s et e a c h e r s e n t h u s i a s mi nm a k i n gs e l f m a d ee q u i p m e n t K e yw o r d s e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g e x p l o r a t o r ys t u d y s e l f m a d ee q u i p m e n th a n d s o ne x p e r i e n c ec a p a c i t y i n n o v a t i v es p i r i t I V 四 ll1 開i 范大學學位論文獨創(chuàng)性及 使用授權聲明 本人聲明 所呈交學位論文 是本人在導師渣鱟星絲撞 指導下 獨立 進行研究工作所取得的成果 除文中已經注明引用的內容外 本論文不含任何 其他個人或集體己經發(fā)表或撰寫過的作品或成果 對本文的研究做出重要貢獻 的個人和集體 均已在文中以明確方式標明 本聲明的法律結果由本人承擔 本人承諾 已提交的學位論文電子版與論文紙本的內容一致 如因不符而 引起的學術聲譽上的損失由本人自負 本人同意所撰寫學位論文的使用授權遵照學校的管理規(guī)定 學校作為申請學位的條件之一 學位論文著作權擁有者須授權所在大學擁 有學位論文的部分使用權 即 1 已獲學位的研究生必須按學校規(guī)定提交印 刷版和電子版學位論文 可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫供 檢索 2 為教學 科研和學術交流目的 學?？梢詫⒐_的學位論文或解密 后的學位論文作為資料在圖書館 資料室等場所或在有關網絡上供閱讀 瀏覽 本人授權中國科學技術信息研究所將本學位論文收錄到 中國學位論文 全文數據庫 并通過網絡向社會公眾提供信息服務 保密的學位論文在解密后適用本授權書 學位論文作者簽名 鄉(xiāng)自 岡丑 導師虢編旨午 簽字日期 z 呷年多月 日簽字日期 印辛鄉(xiāng)月 o 日 第一章引言 第一章引言 1 1 物理學科以實驗為基礎 物理學是一門基礎自然科學 它所研究的是物質的基本結構 最普遍的相 互作用 最一般的運動規(guī)律以及所使用的實驗手段和思維方法 隨著人類對 物質世界認識的深入 物理 技術和社會之間形成了密切的聯系 物理學一方 面帶動了科學和技術的發(fā)展 另一方面推動了文化 經濟和社會的發(fā)展 經典 物理學奠定了兩次工業(yè)革命的基礎 近代物理學推動了信息技術 新材料技術 新能源技術 航空航天技術 生物技術等的迅速發(fā)展 繼而推動了人類社會的 變化 因此 在當今的基礎教育中 物理教育有著至關重要的地位 然而 如何教好物理以及讓學生學好物理成為教育者們長期以來不斷探索的問題 要 尋找到丌展物理教學的有效途徑 我們首先必須了解物理究竟是怎樣的一門學 科 物理即 物中有理 理中有物 物理學家們通過實驗對生活中的一些現 象加以分析 研究 總結出許多定律 探索到 物中之理 同時 物理學中 每一個物理模型都是從生活實踐中抽象出來的 總能在生活中找到它的原型 也就是 理中有物 由此可見 物理與生活實踐有著密切的關系 物理確實 是一門基于實驗的學科 物理實驗是獲得感性材料 探索物理規(guī)律 認識物理 世界的基本手段 也是檢驗物理理論真理唯一的標準 在物理學產生和發(fā)展的 過程中 物理實驗自始至終占有及其重要的地位 許多重要規(guī)律都是通過實驗 總結出來的 如牛頓運動定律 阿基米德定律 歐姆定律等等 科學家們?yōu)榱?探索自然的奧秘 往往會不惜進行幾年 幾十年的艱苦實驗以探求科學真諦 如法拉第電磁感應定律的發(fā)現 科學家富蘭克林冒著生命危險進行 費城電風 箏 實驗 以及為了探索物質微觀結構所進行的近代物理實驗 此外物理實驗 還承擔著檢驗物理理論和測定物理常量等重要內容 這些都充分說明了物理實 驗在物理學的發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用 既然物理學是從實驗中產生的 所以觀察和實驗是學習和研究物理最基本 的方法 通過物理實驗可以培養(yǎng)學生的觀察思維能力 動手操作能力 分析解 決問題的能力和創(chuàng)造能力等 更能培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度 良好的學習 習慣和濃厚的學習興趣 實驗是其它任何手段都不可替代的 特別是在加強素 第一章引言 質教育的今天 實驗更體現為實施素質教育的一條主要途徑拉1 由此可見 物 理教學中實驗教學有著舉足輕重的地位 教好物理的前提就得教好實驗 實驗教學既然是物理教學的基礎 那么我們開展實驗教學的情況與國外相 比怎樣呢 在國外 特別是經濟比較發(fā)達的國家 通常都比較注重實驗教學 例如筆者曾參閱了孫世軍 汪志勝所著的 中美兩國中學理科實驗教學的比較 發(fā)現 我國的物理實驗教學和美國相比 就有很大的差距 1 2 中美實驗教學比較 1 2 1 實驗教學的目標和形式比較 在我國 中學物理實驗課 無論是演示實驗還是學生實驗 都有明確的目 標 即絕大多數是驗證性的 即驗證教科書上的某個結論 公式或定理 這種 實驗課的目標可以說是以驗證某個結論為出發(fā)點和歸宿 談不上創(chuàng)新和發(fā)現 也難于使學生產生激情和聯想 在美國 把實驗當作一個發(fā)現的過程 一個揭 示自然事物的過程 一個通過提高理解力的方式來發(fā)現這些事實之間是如何聯 系起來的過程 是一個提高自己操作能力的過程 老師強調的是獨立探索 自 主活動 大膽實踐 學生在探索 發(fā)現的過程中 學會了科學的思維方法和科 學的探索能力 重要的是實驗過程而不是實驗結果 它是以學生親自動手 大 膽創(chuàng)新為出發(fā)點 實驗課的目標寬泛 試圖讓學生通過這些實驗發(fā)現新的知識 和感覺 體驗創(chuàng)造和發(fā)現的樂趣 實驗課被學生當成一種娛樂 充滿吸引力和 活力 4 1 2 2 教育者的比較 在美國 中學教師非常重視實驗教學 教室里擺滿了各種教具和實驗器材 這些器材大部分是教師自行設計和制作的 很多自制教具構思巧妙 結構簡單 效果明顯 美國教師認識到 實驗教學比起直接講述來 確實要花費更多的時 間和精力 而且在得到結論方面常常反不如直接講述來的簡潔而明確 但物理 科學是 I J 實驗科學 學生從物理實驗中所獲得的感性認識 探索能力和動手 技巧等 不是直接講述所能給予的 而且物理實驗在增加物理教學的趣味性方 面 也有它不可替代的作用瞄 在重視實驗教學方面 我們與美國還有一些差 2 第一章引言 距 我們很多物理教師都比較喜歡講授知識 一些書本上的趣味實驗也只是做 理論的分析 而美國的物理教師非常注重實驗教學 他們花很多功夫在物理實 驗器具的設計與制作上面 比如物理課本上 射擊猴子 一例 我們的老師教 學時多進行理論推導 而美國的老師他們自己設計演示器具 讓學生觀察并得 出結論 他們設計的演示器具構思巧妙 原理簡單 效果也很顯著 學生非常 容易通過觀察演示實驗得出實驗結論 通過這樣的教學 美國學生學習物理的 興趣 觀察和分析問題的能力都得到很好的鍛煉 1 1 2 3 實驗教學的效果比較 由于中美兩國理科實驗教學上的差異 教學的效果也必然存在著較大的差 異 美國培養(yǎng)出來的中學生在知識面 創(chuàng)造力 適應性 獨立性和實踐能力方 面明顯強于中國學生 而中國式教育培養(yǎng)出來的學生 在知識的精深上 邏輯 思維上 理解能力上 統一規(guī)范和集體主義精神上 強于美國學生 中國的學 生思維不夠開闊 缺乏獨創(chuàng)精神 美國學生思想活躍 敢于動手實踐 不怕失 敗 7 1 通過上面的比較 我們意識到在開展物理實驗教學上 還存在著許多的不 足 改革勢在必行 1 3 新課程標準中體現實驗教學的改革 在本次物理課程改革中 提到了 科學探究 科學探究既是學生的學 習目標 又是重要的教學方式之一 將科學探究列入內容標準 旨在將學習重 心從過分強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化 從學生被動接受知識 向主動獲取知識轉化 從而培養(yǎng)學生的科學探究能力 實事求是的科學態(tài)度和 敢于創(chuàng)新的探索精神 學生在科學探究活動中 通過經歷與科學工作者進行科 學探究時的相似過程 學習物理知識與技能 體驗科學探究的樂趣 學習科學 家的科學探究方法 領悟科學的思想和精神睛 新課程標準 中關于 科 學探究 的七要素包括 提出問題 猜想與假設 制定與設計實驗 進行實驗 與收集數據 分析與論證 評估 交流與合作 因此 筆者認為中學物理實驗 課是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神的重要陣地 教師在實驗課上應激發(fā)學生的探究興趣 第一章引言 在實驗的過程和結果上少一些規(guī)矩和約束 多呈現一些不確定性 在嘗試探究 的過程中 要讓學生感受到發(fā)現的喜悅 嘗到探究成功的甜頭 要鼓勵學生大 膽動手 勇于實踐 盡量少給學生框框餑1 在 新課程標準 中體現了 探究式 實驗教學改革的趨勢 那么我們國 家實驗教學的現狀是怎樣的呢 是否已經具備開展探究式實驗教學的條件 呢 對此 筆者作了題為 中學物理自制教具情況調查 的調查 此調查涉及 對中學實驗室建設 教師開展實驗教學及教師自制教具情況的調查 見附錄 一 調查發(fā)現各中學的教育資源分布不均衡 教師們沒有根據學校自身的實 際情況開展豐富多彩的實驗教學活動 在實驗教學中也很少體現科學探究的精 神 自制教具活動也沒有很好地開展起來 1 4 實驗教學現狀調查 筆者通過調查 見附錄二 各個地方中學物理實驗室建設情況發(fā)現 各中學 的實驗室設施都得到了改善 但仍然存在著差異 總體來講 大城市中學的實 驗條件明顯優(yōu)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學 大城市中學基本完成了電教設備的普及 教師可以 運用多媒體進行教學 這些學校的實驗室建設情況也比較好 實驗器材比較齊 備 如電火花計時器 光電效應演示器 平拋運動實驗器等很多先進儀器都具 備 相反 在地方中學 如瀘縣九中 蓬溪中學等鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學實驗室條件就比較 差 不但電教設備沒有普及 而且實驗器材非常緊缺 就連氣墊導軌 摩擦力 演示器等都沒有 從開展實驗教學的情況來看 大城市中學的老師可以利用完善的設施開展 豐富多彩實驗教學活動 老師可以用演示儀器重現物理現象 也可以利用形象 生動 交互式的教學軟件 對自然界不常見的自然現象和實驗室不易展現的現 象進行模擬 大大地提高教學水平和教學效率 可是也有一些老師一味使用電 腦模擬實驗 不愿用演示儀器做實驗 把傳統的 老師灌 變成 T V 灌 把黑板上做實驗變成屏幕上做實驗 引 學生看了很多電影 熟知許多特技效果 對模擬實驗持懷疑態(tài)度 這樣的實驗教學遠不如演示儀器演示的實驗現象來的 直觀 真切 另外 實驗室的儀器越做越精密 很多都是密封的 而且儀器非 常貴重 學生往往無法了解其工作原理加之老師怕學生損壞儀器進行的諸多阻 4 第一章引言 撓 學生個個畏首畏尾 在儀器上測幾組數據了事 在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學 由于資金短缺 導致教育設施短缺 教師無法開展實驗 教學 有的教師仍舊用講授代替學生的親身感受 無法培養(yǎng)學生的觀察 分析 和動手能力 那么如何針對實際情況開展實驗教學呢 怎樣在實驗中體現探究式的教 學呢 筆者認為 教師設計并制作一些教具輔助教學是非常必要的 自制教具 往往構思巧妙 結構簡單 效果明顯 學生可以清楚了解自制教具的結構和工 作原理 加深對物理知識的掌握和運用 自制教具直觀 形象 這正是一些精 密儀器的不足 自制教具選材來源于身邊廢舊物品和日常生活用品 可以培養(yǎng) 學生探究和創(chuàng)新思維 動手能力以及環(huán)保意識 不僅如此 自制教具還為農村 中學開展實驗教學拓寬了道路 1 5 自制教具研究的意義 諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧教授也曾說過 自制的儀器永遠比買來的 好 自制教具確實在培養(yǎng)學生探究性思維 創(chuàng)新能力等方面有著無與倫 比的優(yōu)勢 比如 我們以自制望遠鏡為例 首先我們要進行設計 設計制作什 么樣的望遠鏡 是開普勒式的還是伽利略式的 接著就要取材 前者要兩塊凸 透鏡 支架等 其中的凸透鏡用老光鏡或放大鏡代替 而后者則是一塊凸透鏡 和一塊凹透鏡 凹透鏡可用近視鏡片代替 由于選材是開放的 可用你能找到 的東西來代替 關鍵是你能否找到 能找到 說明設計方案有可行性 接著可 按設計的思路往下走 那就是開始組裝 而組裝時涉及到固定以及位置的測量 和計算 這又要用到數學知識及器材安裝技巧 就要靠知識累積和實踐操作能 力了u 刳 可見 如果學生參與到自制教具的設計當中 動手能力 創(chuàng)新能力也 會得到很大的提升 另外 新課標指出我們要從生活走向物理 使實驗器材生活化 物理課中 的科學探究最多的是通過實驗來進行的探究活動 在科學探究的過程中 往往 難以預料學生的猜想和設計 所以目前的教學活動需要大量器材 而這些器材 又是多而雜 小而細 全部靠學校來配備是不現實的n 引 所以 無論是條件好 的還是條件差的學校都應大力提倡教師和學生自制教具以輔助實驗教學 可 5 第一章引言 是 據調查有將近4 1 教師都沒親自做過教具 在動手制作方面也存在很多困 難 所以 筆者進行本課題的研究是比較有實用價值的 筆者通過收集并親自 制作了幾種中學物理教具 認真研究其制作方法 技巧 提供給廣大一線教師 參考 制作的教具取材于身邊的廢舊物品 制作的教具演示的物理現象清晰明 了 筆者希望廣大教師親自制作這些教具 通過動手實踐 熟悉教具制作的方 法 技巧 培養(yǎng)自制教具的興趣 6 第二章對自制教具的認識 第二章對自制教具的認識 自制教具雖在緩解教學資源短缺 培養(yǎng)學生能力方面存在巨大優(yōu)勢 可自 制教具活動卻始終沒有蓬勃地開展起來 原因之一就是對自制教具的重要性沒 有全面 準確的認識 因此 我們有必要從自制教具的定義 功能 意義 現 狀等方面全面認識自制教具 掃清認識上的障礙 激發(fā)我們參與自制教具的熱 情 2 1 對自制教具定義的認識 教具即一切輔助課堂教學的設施 器材 它的范圍非常寬泛 特別是信息 技術飛速發(fā)展的今天 無論是先進的多媒體電教設備還是傳統的粉筆黑板都是 教具 小到一顆螺絲釘 大到幾公罩長的離子對撞機都可以作為教具 物理作 為一門基于實驗的科學 其教學的輔助工具更是多不勝舉 唾手可得 正如著 名物理教育家朱正元教授說過 壇壇罐罐當儀器 拼拼湊湊做實驗 比如 兩張紙片就可以推翻亞里士多德的 重物下落快 的學說 又比如 往一個裝 有清水的礦泉水瓶罩滴入幾滴紅墨水就可以清晰演示擴散現象 因此 凡是可 以運用于教學的事物我們都可以稱之為教具 既然教具成千上萬 效果不一 那么師生就需要從中去篩選 組合甚至重新設計適合自己教學風格的教具 進 而實現知識建構以及智力和非智力因素的發(fā)展 我們稱這一過程為自制教具的 過程 那些凝聚了師生勞動的教具就可以稱為自制教具 然而 工廠批量生產 的儀器也是凝聚了人類勞動 但不能稱之為自制教具 自制教具必須強調自己 制作為自己所用 盡管決大多數儀器的前身都是自制教具 在通過教學檢驗后 加以推廣 可是它們不再是自制教具 因為制造者和使用者已經分離了 2 2 對自制教具功能和作用的認識 自制教具在我國有著悠久的傳統 早在宋代 科學家沈括就用紙人做共振 實驗 證明弦線的基音與泛音間的共振關系 直到今天 素質教育的全面推進 新課程理念的貫徹落實 促使人們對自制教具活動進行不斷審視和研究 逐漸 發(fā)現它的許多方面與新課程的倡導不謀而合 它是實施素質教育的一個好途 徑 自制教具不是貧困地區(qū)師生的不得已而為之 不會隨著經濟和科技的進步 7 第二章對自制教具的認識 而自然消亡 它伴隨著教育的進步與發(fā)展煥發(fā)出勃勃生機 突顯出無可替代的 功能和作用 4 2 2 1 填補教具空缺 確保新課程的實施效果 教具永遠也滿足不了教學需要 國家頒布的 教學儀器配備目錄 中所列 品種都是最基本的 不同層次的最低限度要求 這些廠制教具是教具中的正規(guī) 軍 是教具的主體 它對突出教學重點 突破教學難點起到舉足輕重的重大作 用 但它不是教具的全部 更多的 特別是看起來十分簡單的教具 對廠家來 說不值得批量生產n5 1 因此 為了滿足教學的需要 確保新課程的實施效果 我們還應該大力提倡師生自制教具 填補教具空缺 2 2 2 溶入現代技術 提升教具功能 促進教具的更新換代 自制教具往往是廠制教具的先導 自制教具是在廣大實驗教師不斷實踐 創(chuàng)新的基礎上產生出來的 它為新教具的開發(fā) 生產提供了大量可供借鑒的素 材 自制教具中的一部分優(yōu)秀作品 具有推廣價值 通過工廠生產出來 就能 在更大的范圍內產生社會效益 歷史上流傳至今的教具 多從自制開始 自制 教具是新教具產生的豐厚土壤和發(fā)展源泉 自制教具可較快的把現代科技溶入 其中 提升現有教具的功能乒 并推動教具的更新換代n 引 如做 靜電除塵 等 靜電實驗口 以前采用感應起電機來產生靜電 效果總是不太理想 這是因為 起電機產生的靜電較少 穩(wěn)定性差 效果有限 同時它受天氣的影響又大 一 旦天氣不好 很難起電 作者根據倍壓整流原理制作的高壓靜電電源使得靜電 實驗的效果和可靠性大大增強 很好地解決了靜電實驗難做的問題 又如我們 可以用現代技術生產的集成運算放大器非常容易地設計制作一個微電流放大 器 它可以根據需要放大電磁感應現象中微弱的感應電流 使電磁感應現象更 加顯著 還I L 女I 我們可以用當今市面上普遍使用的驗鈔筆代替以前昂貴 龐 大的激光器做微小形變顯示實驗 這樣 把現代技術融入到自制教具中 就提 升了教具的功能 促進了教具的更新換代 8 第二章對自制教具的認識 2 2 3 轉變學習方式 促進知識建構 提高學習能力 由于 應試教育 的影響 實驗教學在有些學校停留于形式 教師做 學生看 教師準備好 學生照書做 教師講實驗 學生背實驗 的現象普 遍存在 這種單一被動接受的學習方式限制了學生生動活潑地發(fā)展 扼殺了學 生的創(chuàng)造性n8 轉變學習方式是新課程的重大舉措 建構主義理論是我國基礎 教育課程改革的主流指導思想 建構主義認為知識無法通過教學過程直接灌輸 給學習者 而是學習者在一定的情境即社會文化背景下 借助其他人 包括教 師和學習伙伴 的幫助 利用必要的學習資料 通過意義建構的方式而獲得 學生是知識的主動建構者 必須主動參與整個學習過程 根據自己先前的經驗 與他人協商 會話 溝通 在交互質疑的過程中 建構知識n 鍆 筆者認為 教師可以讓學生參與到教具的制作中 也可以讓學生獨立制作 教具 學生自己動手制作使用教具是一種自主的實踐活動 它為學習創(chuàng)設了真 實 復雜的情境 提供了協作 會話的機會 促進了意義建構的實現 活動中 學生通過自己獨特的認知方式和生活經驗與客體 材料 進行交互活動 對外在 信息理解 感知 體驗 在特定情境下進行心理加工 一構建知識的意義和價值 理解 將客體 材料 生成具有科學意義的新結構 學生自籌器材 自制教具 挖掘學校設備的潛力 以實驗觀察為基礎 學生獨立地 主動地 生動活潑地 在物理環(huán)境里進行學習 這很好地體現了建構主義的學習觀 能大大提高學習 效果 充分發(fā)展學習能力 這種學習方式正是新課程倡導的自主學習 合作學 習和探究學習 是實施素質教育的好途徑 1 2 2 4 激發(fā)創(chuàng)新精神 提高創(chuàng)新能力 自制教具活動就是一種具有多種潛在價值的創(chuàng)造性活動 在制作中學生會 發(fā)現自己的創(chuàng)造潛能 激起創(chuàng)造的欲望和興趣 進而培養(yǎng)起創(chuàng)新理想 制作過 程是艱辛曲折 充滿挑戰(zhàn)和困難的 失敗和挫折再所難免 堅持到底才能成功 能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新勇氣 鍛煉創(chuàng)新意志 制作過程又是嚴謹求實 各具特色 的 有利于培養(yǎng)創(chuàng)新個性和創(chuàng)新品德 制作方案的制定 制作材料的選取 制 作工具和技術的使用都需要創(chuàng)造性思維的參與 更需要創(chuàng)造策略和技巧的使 用 能夠有效地提高學生的創(chuàng)新能力 制作成果的使用是對學生創(chuàng)造性勞動的 9 第二章對自制教具的認識 最好獎賞和激勵 能夠點燃學生更大的創(chuàng)新熱情 2 2 5 掌握勞動技能 增強實踐能力 教具制作活動就是一種運用已有知識和技能設計方案 選擇材料 加工組 裝成新產品并且加以運用進而獲取新知識的綜合性實踐活動 制作前需要學生 搜集材料 選擇工具 制定方案 有利于學生接觸社會 適應社會和培養(yǎng)發(fā)散 思維 聚合思維能力 制作時 首先要求學生掌握各種勞動工具的使用方法和 技巧 了解注意事項 如電烙鐵焊接時要先 吃錫 玻璃刀切割時要走直線 且不能在同一地方重復兩次 其次要了解各種材料的性能和用途 如銅材料導 電性好 可塑性強 適合作鏈接導線 放電針 開關等 泡沫塑料密度小 易 切割適合作浮體 廢飲料瓶透明 絕緣性 密封性好適合用作演示壓強 靜電 現象等實驗所需的材料 再次要學會各種加工技術 如粘接技術 焊接技術 簡單的木工 金工技術等 教具裝好后 還要進行調試 改進 反思 并用來 開展實驗研究等 這些勞動技能和實驗技能是實踐能力的基礎和重要組成部 分 制作中還為學生提供了合作交流的空間和時間 能提升學生的合作精神和 語言表達能力 制作實驗的過程也是一個不斷發(fā)現問題 解決問題并產生新問 題的過程 會提高學生的問題意識及解決能力雎2 2 2 6 培養(yǎng)教師職業(yè)情感 提高教師職業(yè)技能 傳承和發(fā)展人類精神文明及科學文化是教師的崇高職責 也是一項復雜 的 專業(yè)性很強的技術工作 需要掌握較高的職業(yè)技能才能勝任 培養(yǎng)人格健 全 個性鮮明 能創(chuàng)新 會實踐的社會主義新一代接班人是教師的神圣使命 也是一項事關祖國和民族的前途及命運的偉大事業(yè) 需要教師全身心的投入和 無私的奉獻 要做到這些只有具備深厚的教師職業(yè)情感才行 自制教具能力是 一個優(yōu)秀教師必備的職業(yè)技能之一 教具制作過程也是增強教師職業(yè)情感 提 高教師職業(yè)技能 塑造教師優(yōu)秀品格的過程 要制作出適用的教具 需要教師 認真鉆研教材 知道教材的重點 難點和教學要求 需要教師了解學生 知道 學生的年齡特征 智力發(fā)展水平和學習習慣 需要教師認真研究教法 知道各 種教法的優(yōu)勢和不足 了解其適用對象 需要教師了解教具 知道現有教具的 l O 第二章對自制教具的認識 種類 數量 性能及適用范圍 知道還需要補充哪些教具 需要教師了解傳統 的制作材料 技術和項目 也需要教師關注現代科技 了解新材料 新技術 開發(fā)新項目眩3 自制教具活動對提高教師的職業(yè)技能有直接和間接的促進作 用 2 3 對自制教具意義的認識 自制教具的研制 開發(fā)是實驗教學和實驗室建設工作的一項重要內容 實 踐證明 中小學校大力開展自制教具活動 可以促進教育改革和發(fā)展 提高教 學效率 推進素質教育進程 全面提高教育教學質量 對實現教育現代化具有 深遠的歷史意義和現實意義 2 3 1 開展自制教具活動是緩解教育設施短缺的需要 中小學實驗室建設程度 是辦學條件和辦學水平的一項重要標志 我國是 窮國辦大教育 歷來把開展自制教具活動列入實驗室建設工作的一項重要內 容 由于自制教具研制過程當中 不需要設計費 生產過程中不計算加工費 所需原材料除特殊材料或零部件需要購買外 大部分來自于人們生活中經常接 觸到的廢舊物品或工業(yè)生產邊角廢料 因此 自制教具的成本僅限于材料的投 入 廉價實用是自制教具的最大特點之一瞳制 改革開放以來 隨著我國國民經濟的快速發(fā)展 辦學條件得到了大幅度改 善 教育經費嚴重不足的局面有所緩解 但同時必須看到 由于我國教育攤子 大 底子薄 雖然國家每年都不斷加大教育經費投入 但仍無法跟上改革的步 伐 尤其是實驗室建設 無論是在教學儀器設備的品種 數量 質量上 還是 在現代化程度上 仍然不能滿足教育改革和發(fā)展的需要 隨著教育改革步伐的 加大 教育發(fā)展速度的加快 教育技術裝備需求量將大幅度增加 教育經費的 有限投入仍將是制約實驗室建設水平 影響教育發(fā)展速度的重要因素 可以預 言 中學開展自制教具活動 仍將在一個相當長的時間罩成為一個重要的 長 期的 不可缺少的重要措施心鍆 第一二章對自制教具的認識 2 3 2 開展自制教具活動是適應探究式教學的需要 開展自制教具活動是調動廣大教師積極 深入開展教學研究 努力提高教 學質量的有效徑 中小學教學方法的改革 教學質量的提高 要取決于教師 中小學教師研制教具的過程 是學習 標準 吃透教材 拓寬知識領域 促 進形象思維 開發(fā)教師潛能的過程 大力開展自制教具活動 有利于促進教師 深入研究教材 挖掘教材 有利于研究探究性實驗教學的規(guī)律 充分發(fā)揮自制 教具直觀演示的作用 有助于促進實驗教學改革 提高實驗教學質量 有助于 克服原有定型教具的缺點和不足 從這個意義上講 自制教具活動的開展 是 適應探究式教學的需要 可以促進教學改革 有利于教師隊伍素質的提高 2 3 3 開展自制教具活動是實施創(chuàng)新教育的需要 開展自制教具活動有利于培養(yǎng)師生的創(chuàng)新精神 創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識 促 進創(chuàng)新型實驗教學師資隊伍的形成 自制教具的過程 就是創(chuàng)新的過程 自制 教具絕不是簡單的儀器仿制 制作者首先要過思考 創(chuàng)意 構思 設計等過程 才能形成完整的 科學的 合理的設計方案 這是個創(chuàng)造性的勞動 要有創(chuàng)新 精神 自制教具過程中還要經過選材 加工 試驗等多種關鍵環(huán)節(jié) 涉及到多 門類的科學知識 生產技術和新材料 新技術 新方法的應用 既增強了師生 的科技意識 同時由于付出大量的腦力勞動和體力勞動 提高了教師的實踐能 力和動手能力 培養(yǎng)了師生的敬業(yè)精神和艱苦創(chuàng)業(yè)精神 因此 自制教具活動 的開展 有助于高素質教師隊伍和高質量學生的培養(yǎng)與形成 是實施創(chuàng)新教育 的需要啪3 2 4 對自制教具現狀的認識 從 科學課程標準 中可看出 新課程十分提倡 利用自制教具進行探究 活動 要求科學教師 不僅要運用已有材料完成觀察實驗 更為重要的是要 善于利用身邊的事物和材料 經過自己的精心設計和加工 提出更多的簡單明 了的效果優(yōu)異的觀察實驗 如今 雖然部分學校自制教具情況較好 但是從 總體上看其現狀不容樂觀 存在著一些不容忽視的問題 突出表現在以下方面 1 2 第二章對自制教具的認識 2 4 1 對自制教具意義的認識不到位 筆者認為很多教師對自制教具意義認識存在誤區(qū) 誤區(qū)之一 隨著科學技 術的高速發(fā)展 電腦 多媒體等現代化的技術手段已在教學中廣泛應用 什么 樣的實驗 什么樣的現象都能夠模擬出來 再搞自制教具已落后于時代 誤區(qū) 之二 現在實驗教學的成品儀器己非常豐富 學校的實驗設備配備充足 完全 可以滿足教學的需要 沒有必要再花精力去搞自制教具 誤區(qū)之三 制作教具 是儀器生產廠家的事 教師只是教具的使用者 誤區(qū)之四 自制教具只是教師 的活動 誤區(qū)之五 自制教具只局限于課堂教學的內容和教材中實驗難點的部 分晗7 1 基于以上對自制教具意義認識的不足 使得自制教具活動沒有得到蓬勃 的發(fā)展 2 4 2 為參賽而自制教具的現象較為普遍 我國對自制教具歷來十分重視 教育部每隔四年就要組織一次全國性的評 選活動 每次活動都會涌現出大量優(yōu)秀的作品 自制教具貴在使用 重在過程 開展自制教具評選活動 其出發(fā)點是要大力發(fā)展自制教具 而其根本目的是為 教學和教育服務 但是 當前普遍存在著 重參賽輕使用 現象 在要比賽時 趕制一些教具 而賽后就 束之高閣 自制教具純粹成了一種參賽行為 為 了參賽 就必須突出創(chuàng)新性 因而又出現了 重創(chuàng)制輕仿制 的現象 教師思 考得較多的是什么樣的自制教具能獲獎 而較少思考如何開發(fā)和利用身邊的事 物和材料 以提出更多的簡單明了 效果優(yōu)異的觀察實驗 或把人家的一些具 有極大使用和推廣價值的成熟自制教具積極引進教學中啪 2 4 3 教師的自制教具能力有待提高 通過調查顯示 見附錄二 在教師自制教具能力的自我評價中 認為較 強 般和較差的比例各為1 5 3 3 0 5 和5 4 2 可見 從總體上看 教 師隊伍的自制教具能力較差 具體表現在以下方面 設計能力較差 取材能力 較差 制作能力較差等方面 因此 教師的各項能力都亟待提高 第二章對自制教具的認識 2 4 4 學生參與自制教具的程度不夠 自制教具并不是只要教師的參與 更重要的是要讓學生參與 使他們能更 主動 更生動活潑地學 通過自制教具過程培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和動手實踐能 力啪3 但是 筆者在調查表中問及 您是否經常讓學生參與自制教具活動 回答 經常 的占9 2 有時 的占1 8 1 很少 的占6 3 6 不會 的占9 1 另外 我們從和學生的談話中了解到 有的教師是這樣給他們說 的 如同學們感興趣 可回家后自己找材料制作 可見 科學教師組織 學生自制教具 大部分是在課外進行 并且基本處于放任狀態(tài) 大都是布置過 就了事 學生參與自制教具的程度明顯不足 1 4 第三章設計和制作自制教具的要求 第三章 設計和制作自制教具的要求 上一章中筆者對自制教具功能 意義做了比較全面的分析 闡述了自制教 具在培養(yǎng)學生能力 填補教具空缺 提高教師職業(yè)技能等方面的獨特優(yōu)勢 讀 者閱讀后 心中也許或多或少萌發(fā)了自制教具的想法 那么設計和制作自制教