甘肃省张掖市实验中学（734000）贾雄元
1教学背景
新课改形势下的教具（学具）自制是中学物理课程素质教育的重要方式和载体，对充分培养学生物理科学方面的创新精神和实践能力有着重要而深远的意义。本文主要对学生自制教具在物理教学中所起的作用进行阐述。
物理是一门与生活实践有着密切关系的实验学科。在物理教学中，学生通过对实验的操作或者教师通过实验演示，可以帮助学生理解物理现象，揭示物理本质规律。然而，由于实验器材的短缺，教师在教学的实践过程中又往往很少做实验，因此教师设计并制作一些教具辅助教学是非常必要的。
教具即一切辅助课堂教学的设施、器材。它的范围非常宽泛，无论是先进的多媒体电教设备还是传统的粉笔和黑板，甚至一颗螺丝钉，都可以作为教具。正如物理教育家朱正元教授所说:“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。自制教具结构简单，学生可以清楚了解自制教具的结构和工作原理，加深对物理知识的掌握和运用。同时自制教具选材来源于身边废旧物品和日常生活用品，可以培养学生的探究和创新思维。因此，自制教具在物理教学中有着重要的作用。
2自制教具（学具）可以填补教具空缺确保新课程的实施效果
教具永远也满足不了教学需要。国家颁布的《教学仪器配备目录》中所列品种都是最基本的、不同层次的最低限度要求。这些厂制教具是教具的主体，但它不是教具的全部，更多的、特别是看起来十分简单的教具就不在这个配备目录中，需要教师自制一些教具。如在研究运动的合成与分解，做蜡块在玻璃试管中运动的实验，这个教具就没有在仪器配备目录中，需要教师和学生自己制作。
3自制教具（学具）可以激发学生学习的主动性进而培养他们的认知能力
苏霍姆林斯基对学生的心理发展规律做出这样的结论：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探索者，而在儿童的精神世界里，这种需要则特别强烈”。在中学实验室里教学仪器的使用都是有规章制度的，使用一般都强调要按步骤操作，如果非正常损坏，则要批评，甚至要按价赔偿。因此，学生在使用仪器前，一般先接受教师的指教才让其使用，所以学生在使用仪器时都小心翼翼，生怕把仪器弄坏了。以至学生大多时候处于被动做实验的状态，他们的学习积极性和主观能动性受到了抑制。自制教具一般使用是我们生活中常用的材料，制作简单方便，损坏了可以再制作。这是实验室配备的仪器无法比拟的，它能有效地提高学生的学习积极性和自主性。同时，通过自制的教具，能加深对物理规律和物理现象的深入理解。
例如，讲到平动物体所受静摩擦力的大小和方向时，由于相互作用的两物体相对运动的趋势引起接触处的形变不易观察，不能从外部直接观察其内部状态的改变，因而学生缺乏形象的感性认识，导致思维障碍，不利于概念的建立。若指导学生利用如图1所示的特制的长毛刷来做实验，就能把接触处的形变模拟出来，并在空间上加以放大，从实验中就可以判断静摩擦力的大小和方向。通过开发新实验，学生就比较容易掌握所讲内容。这样一来，学生的自主性就会又大大的提高，结果其认知能力自然也就加强了，创新能力也在无形中得到了提高。
4自制教具（学具）能有效激发学生的创造能力培养学生的创新思维能力
4.1自制教具（学具）可以激发学生的创造力
一件自制教具（学具）作品的完成，要经过构思、设计、选材、加工和调试等多个环节，并需要反复修改和试用，这是锻炼高中学生实践能力难得的机会。自制教具（学具）一般不是简单的仪器仿制，从立意、构思、设计到修改试用，在发现问题与解决问题的过程中，就包含有创造性劳动，需要创造精神，这对学生的创新能力的培养是极为有利的。可以说自制教具（学具）更是中小学全面推进素质教育、培养创新精神和实践能力的一个重要载体。钱临照教授也曾说过:“在物理实验中，如果学生能自已设计一个新方法来阐明这个实验的物理概念，这个新设计的实验，不管如何粗糙，亦应当受到鼓励，因为其中有新思想，表现了学生创新的意义。”
自制教具其实也是一种设计性实验，是一种水平较高、综合性较强，对素质要求较高的实验类型。它主要是按照原理从多角度、多侧面地设计多种实验方法或方案，又根据实验方案科学地编写实验步骤，按实验的要求，自行选用合适的仪器，并创造性地使用器材。对实验原理、实验装置进行综合的分析并对实验加以改进。所有环节的完成都需要学生充分地调动创造性的思维能力、敏锐的观察能力和丰富的想象能力。摆脱掉习惯性思维和传统观念的束缚，通过多方位、多角度思考，以达到理想的境地。在实验设计中要有一定的实验方法和实验方案才能实施，一个实验也往往有多种不同的实验方法。
例如，初中物理的“浮力产生的原因”这一章节中，课本中没有实验，学生对浮力产生的原因是“浸在液体中的物体受到上下底面的压强差”，没有形象认识。因此可以指导学生用有机玻璃自制一个教具，如图2所示。实验时，把水倒入筒内，刚开始，水在筒的上层，木块不浮起来，这时木块只受到水向下的压力。当水从漏水孔流入下层，到下层水刚满时，木块立即浮起。说明木块下表面受到了水的压力，且大于木块上表面的压力，合力向上，使木块浮起。
为了实验操作时实验现象明显，其中器材选用也要讲究。有机玻璃筒：高40 cm，内直径16 cm为宜。塑料薄板：不透明且有颜色，厚度、边长适宜，中间挖有孔，周围挖几个漏水小孔，用胶把塑料板固定在距离底1/3筒高处。方木块：用密度较小的木头制成，六面要平，边长适宜。排气管：细玻璃管（或塑料管），内径适宜，下端固定在塑料板上，与下层相通，上端与管口齐平。在制作教具的过程中，学生会遇到许多书本中所没有提到的问题，他们就会想办法来解决这些问题，从而可以拓宽学生的思维。因此，自制教具（学具）增强学生的实验设计能力，培养创新性思维，是培养学生创新能力的有效途径。
4.2自制教具（学具）可以使学生拥有丰富的想象力
例如，在教学“从匀速转动的伞面边缘甩出的雨滴”时，在空中做平抛运动，对于这一运动的水平位移，不少学生认为雨滴甩落地面形成圆的半径。学生产生错误的认识原因在于他们缺乏空间想象力，在头脑里未形成正确的立体图象。因此，不妨让学生自己动手用粗铁丝制成立体曲线模型，显示雨滴的运动轨迹及相关线段，如图3所示。上下2个小圆相同，上圆表示雨伞边缘，下圆表示它在地面的投影。
下面的同心大圆表示很多雨滴落地形成的圆。用铁丝制成雨滴下落的抛物线形，固定于相应位置，涂成红色；
再固定相关线段，小圆半径、大圆半径及与小圆相切的弦，涂成不同颜色。
通过这一立体模型，学生清楚地看到，雨滴下落轨迹抛物线的水平位移不是大圆半径，而是与小圆相切的大圆的弦的一半。这样教学，在学习知识的同时，很好地培养了他们的空间想象能力。
4.3自制教具（学具）是一种科学探究的创新过程
自制教具要根据教学需要，结合实际进行巧妙构思，找材料（特别是代用品）进行加工试验，不断改进探索的过程。知识的应用就是创新的过程，而自制教具就是学生创新的过程。从认知心理学的角度看，教具制作就是学生运用新的方法把知识结构与其他图式结合起来产生新的连接的过程。
自制教具培养了学生的创新能力，改变了传统的自下而上的教学设计，使教学自上而下的展开。即首先呈现真实的整体性的问题，让学生与教师一起通过探究来解决问题。在问题解决的过程中发现所需要的新的知识技能，并在掌握这些知识技能的基础上最终使问题得以解决，使创新能力得以不断提升。这样不但可以使物理教学成为促进学生认知发展的动力，更重要的是可以使学生在共同探究问题解决的过程中真正形成知识的应用和创新的体验，为学生的终身发展打下一个很好的基础。
5引导学生积极参与教具（学具）制作过程
虽然自制教具这些年在国内得到了较好的发展，取得了很多成果，但是与发达国家的教学相比较，还很遥远，与我国教学改革的目标也有一段很长的距离。并且目前中学生对物理学习的概念即物理知识的获取过程还存在着很大的误解，在知识的应用上（不是指解标准化的题目，而是在新的情境下的综合运用）还存在着极大的困难。因此在进行物理教学中，以上二者成了阻碍学生创新能力发展的重要因素。针对这些问题，教师就必须充分利用教具的优势，改变传统的知识观念，用自制教具武装课堂教学，用教具武装学生的头脑。
5.1改变中学物理课堂满堂灌的教学模式增加自制教具（学具）的发展空间
主要目的是要学生领会自制教具（学具）在基础教育中的重大意义；使学生明确自制教具（学具）的基本要求，如科学性、教育性、安全性、创造性、经济性等；向学生介绍自制教具（学具）的主要方法，如缺点列举法、希望点列举法、联想和移植创造法、替代法和模拟法等。在此基础上，以课外作业形式要求学生就某一实验课题写出自制教具（学具）的立项报告，交任课教师审阅，并选出优秀者在课堂上进行讲评、讨论。
5.2开放中学物理教学法实验室为学生提供自制教具（学具）的条件
通过运用学生亲自动手制作的教具，可以提升教学质量。在中学物理教学法实验室中配置电工、钳工、焊接及玻璃加工等方面的工具设备，供学生课内外使用。在教师指导下，学生寓学于乐，利用中学物理教学法实验室的条件，制作教具。所用材料包罗万象，如:可乐瓶、易拉罐、泡沫塑料、乒乓球、气球、电子表、气体打火机、电灯泡、注射器等，实验内容涉及中学物理实验的各个方面。
5.3用自制教具（学具）进行模拟试教组织自制教具（学具）展示与评奖
在实验课上，让学生用自制教具（学具）在其他学生模拟的教学环境中试教，并引导学生就教具（学具）的科学性、教育性、安全性、创造性及经济性等方面进行评价；每学年举办一次自制教具（学具）展览，邀请相关教师和学生代表进行评分，对优秀作品给予奖励。
“我听说了就忘记了，我看过了就领会了，我做过了就理解了。”——美国华盛顿大学的一条横幅上这样写道，它深刻地说明了“做”的重要性。物理教学是以观察和实验为基础的一门学科，更要注重“做”的重要性。而自制教具便是物理教学中“做”的很好的载体，它不仅是物理教学的重要手段，同时也是培养学生创新能力的重要途径。通过应用生活中一些简单的材料、物品，甚至废弃品设计一些可行的实验，并且利用这些设计的实验与学生进行“主动、探究、合作”的研究性学习，让学生感受成功的喜悦。
收稿日期：2014-12-13