自制教具伴我同行
胡成平
【摘要】初中物理学科是以实验为基础的学科，通过观察实验，学生可以分析和总结出其中的规律和原理，因此，做好实验尤其重要。初中物理实验器材主要来自教学仪器公司，而有时教学仪器公司的仪器并不能满足教师的需求，或者说教材的内容需要仪器进行说明而仪器公司并没有，目前存在的情况还有教学仪器的实验效果不明显。要想改变现状，可以通过自己动手改进实验和制作实验教具来满足教学的需求。来校工作多年，我在自制教具方面深有体会，刚进校就遇到了经验丰富的赵老师，他为人亲和，自制教具经验丰富，教学经验也很丰富，他的指导和帮助使我在自制教具方面体会到了其中的乐趣，并积累了丰富的实践经验，这是一种无形的财富，自制教具已成为我工作中的一部分，它时刻伴随我快乐前行。
【关键词】自制教具 动手能力 创新能力
一、如何自制物理实验教具
自制教具最主要的前提是要有丰富的知识，平时要积累更多的物理知识和实验材料的相关知识。以丰富的知识为基础，我们在制作或者是创作的时候就有了保障。不管是制作还是创作，首先，要有灵感。自制教具的灵感来自于物理教材、生活中见到的事物、观察到的现象、有趣的实验仪器等诸多方面。在这些方面中，我认为深入地研究教材尤为重要，教材中的某一句话有可能暗藏着实验。例如，在讲功和能这一章的知识时，教材中对功的概念是从力做功，引入机械功，由电学再引申到电能转化成其他形式的能，在这个过程中电流做功。机械做功是与功和功率以及功的两个必要因素有关，实际教学中没有好的实验仪器进行说明。为了能使学生综合地掌握和理解这一部分的知识，我制作了小马拉大车的教具（本教具2009年荣获北京市自制教具评比活动二等奖）。这一教具灵活运用功、功率、简单机械等知识，使学生可以利用所学的知识解决生活中的实际问题。因此，我认为认真研究教材是制作教具的开始。其次，要搜集制作的材料，材料是自制教具的基础，有时这些材料有可能会成为你设计思路的提示。搜集材料要从身边去寻找、去发现，要使自己成为有心人，时刻留意身边的事物，自制教具要体现其自身的优势，材料要简单易取、价格廉价，有时身边的废旧物品也是制作教具的材料来源。例如，在制作光学教具简易照相机和投影仪时，我利用废旧的保鲜膜纸筒和锡纸纸筒来做照相机的机身，用手提袋做照相机的光屏。在做浮沉子实验教具时，我利用废弃的饮料瓶和小药瓶进行组合，实验效果特别好。生活中好多丢弃的材料都可以成为自制教具的材料来源。因此，不管在学校，还是在家里，甚至在路上我都会留意身边的东西，看到自己认为有用的就捡回来（如饮料瓶、易拉罐、烟盒内的锡纸、打火机、卫生纸的纸筒、蛋挞的锡纸盒、酸奶盒等），将这些废旧的物品进行拆解，取其精华，做到物尽其用。
二、自制教具需要注重细节
细节决定成败，在制作教具时要更加注重细节。
实例一：学生分组凸透镜成像的实验中，常规的光源是利用蜡烛，蜡烛在实验操作过程中存在的问题是：实验需要在暗室进行，蜡油滴到桌上和地上不宜清理等。于是我想到了利用发光二极管作光源。接下来要考虑如何固定发光二极管，灯板的尺寸多大，如何连接手柄，电源选择哪种型号等细节问题。经过多次尝试，我最终确定发光二极管选用超亮的白光或者是黄光均可，电源我采用的是2032纽扣电池，电池盒也利用安装纽扣电池的电池盒，这样安装在电路板上既节省空间又能达到光源的亮度。灯板制作完成后要考虑如何与手柄进行连接，第一种设计方案是利用泡沫板做个U形框架，将灯板固定在框架内，利用废旧光学仪器上的金属棍做灯板的手柄；第二种设计方案的灵感来自长尾夹，长尾夹的夹口端很紧，中间有空隙，体积小，它的这些特点正好符合固定灯板的要求。在长尾夹的底端中心位置打个孔，孔的直径与金属棍直径一致，用螺母将金属棍固定在长尾夹的底端打孔的位置，然后将灯板固定在长尾夹夹口处，最后用热熔胶加固，一件成品即告完成。相比之下，第二种方案更可行。首先，长尾夹随处可见；其次，整体安装简单容易；再次，方便拆装。最重要的是学生在观察灯板时也可以给他们一些启发，引导他们善于利用生活中的或者是身边的事物解决问题。灯板的制作解决了学生分组实验中暗室、蜡油滴洒以及蜡烛固定等问题，这个自制教具的使用还在一定程度上提高了实验效果。
实例二：制作奥斯特实验教具时，由于该实验是个短路实验，要考虑如何及时断开电路开关，开关是选择单刀开关还是按钮开关，实验操作时选择大磁针还是小磁针等问题。通过实验我发现：开关利用按钮开关，优点是操作方便，想要连通电路时只要按下开关即可，不按的时候整个电路是断开的；实验时选用小磁针效果好，小磁针质量轻、磁针容易转动，而大磁针体积大、质量重、不容易转动。有的老师会认为小磁针在演示的时候学生不容易观察到实验现象，实际上大磁针也一样，教室后面的学生也会看不到实验现象，但利用投影即可解决问题。
实例三：《通电导体在磁场中受力演示装置》（2009年北京市自制教具比赛获二等奖）在制作过程中要考虑磁铁的种类、金属棍的选用、电路的连接以及如何体现电流的方向等问题。经过实验我发现，利用钕铁硼磁体固定在长方形的有机玻璃框中既可以增强磁场，又可以改变磁极；金属棍是利用收音机天线中的金属棍，特点是质量轻、容易运动；为了能直观地看到电流的方向，我制作时在电路中连接了两种颜色的发光二极管表示电流的方向。
制作教具过程中要充分考虑到各个环节才能充分展示自制教具的功能。通过上述实例我总结出，在制作教具时要充分考虑从设计到制作过程中所有的问题，更重要的是其中的细节问题，如果不重视细节，有可能导致实验失败。
三、自制教具需要合作，需要集思广益
你有一个思想，我有一个思想，互相分享就有两个甚至更多思想。在自制教具过程中需要教师通力合作，打开思路，集思广益，有利于制作更好的实验教具。记得在制作《眼睛调焦系统学生实验教具》（该教具在2012年北京市自制教具比赛中获二等奖）的过程中，何老师提出一个问题，如何做一个能让学生动手实验的有关眼睛的教具，它可以体验凸透镜成像以及近视眼和远视眼的成因。有了问题我们要考虑，什么材料能透光？如何改变晶状体的大小？有的教师提出，找个透明的盒，里面装上水；有的教师提出，将薄膜固定在盒子上，往里面加水；还有的教师提出不妨用饮料瓶试试。教师们的提议和思路给了我灵感。首先，可以采用饮料瓶解决透明的问题，如何利用饮料瓶制作能够改变形状的水盒，这是个难题。经过多次尝试，我发现，将饮料瓶的中间圆滑部分剪下，开口端打磨平整，将饮料瓶圆桶按压成椭圆形，这是关键一步，椭圆形符合凸透镜的形状，椭圆形容易安装气球薄膜。晶状体制作完成，接下来要找固定晶状体模型的底板，我一贯的想法是能利用身边的材料最好。最后，我利用菜市场装圣女果的泡沫箱做底板，在泡沫板上挖一个椭圆形，尺寸与晶状体的模型一致，将晶状体模型放在底板凹槽内，一侧放置两只激光笔。学生在操作时只要在晶状体内加入适量的水，让激光笔的光线穿过晶状体模型，另一侧底板上就会出现两条光线汇聚的点，用手去挤压晶状体模型，可以改变晶状体的薄厚程度，观察两条光线汇聚的点的距离发生变化。学生通过这个教具体验凸透镜成像以及近视眼和远视眼的成因问题，实验效果很好。
之后，对这个实验我做了进一步的改进，主要改进饮料瓶的选择，经过试验发现有一种水溶C饮料瓶效果更好。这款饮料瓶材质坚固程度适中，既有硬度，又可以改变形状，透明度也好；晶状体的底部开口利用透明的橡胶薄膜，这种薄膜薄且透明度好。为了防止脱落，利用502胶将其进行粘接，晶状体的两侧粘上棉线，棉线与能旋转的螺杆相连接，这样可以方便改变晶状体模型的薄厚程度。整个教具在北京市自制教具比赛中获得二等奖，当时评委对晶状体模型的制作给予了很高的评价。
通过上述简单的事例我体会到：要有好的作品不是一个人的能力，而是需要教师们的设计思路和意见，多听取教师们的意见，对后期的教具改进也有很大的帮助。
四、自制教具要一具多用
自制的教具能够服务于其他学科，比如眼睛调焦实验教具和《近视眼、远视眼成因和矫正》自制教具（2006年全国自制教具比赛中获二等奖，北京市自制教具评比活动获一等奖）不仅在第六章常见光学仪器中“眼睛和眼镜”教学中作为学生分组的实验仪器，而且在生物课上也派上了用场。生物课有一节有关眼睛的知识，我们的教具符合生物教学的需要，生物教师利用这个教具进行教学效果非常好。学生通过本教具很好地掌握了有关眼睛结构以及成像的知识。教具跨学科进行教学更体现其价值，这个实例给我的启发是，以后应尝试让自制教具发挥更多的用处。
五、制作教具需要有耐心，勤于钻研
制作教具的时候要有充分的耐心，敢于挑战耐力。一件作品不是一次就可以制作成功的，它需要多次的尝试，反反复复修改，甚至有时还要拆掉重新组装。例如，在制作《光在空气中沿直线传播演示装置》（2009年北京市自制教具评比活动中获二等奖）、《摩擦力的大小演示教具》（2012年北京市自制教具评比活动中获三等奖）过程中，要进行反复的研究、实验、修改。《光在空气中沿直线传播演示装置》最初利用一个饮料瓶、水、烟雾、激光笔进行演示，发现光线很弱，而且光线的长度太短。基于上述问题，我反复进行了实验，最后我发现，加长饮料瓶的长度，可以将饮料瓶相互连接在一起组成长的圆柱形管，里面充一些烟雾，再选择功率大的激光笔，将光线穿过瓶内的烟雾即可，实验效果非常好。后来，经过更进一步的思考，用有机板做了一个长方体，替代了饮料瓶，特点是稳固、透明、易操作、易摆放。这个实验成功的要点是如何控制烟雾的多少，烟雾多光线看不见、烟雾少光线也看不见，只有充入合适的烟雾才能达到实验效果，烟雾调试的过程需要多次尝试和反复实验。制作教具的过程中要时刻保持耐心的状态，不能急躁，更不能因实验不成功就轻易放弃。我认为耐心是一种高层次的修养。制作教具时不仅要有耐心，还要具有勤于钻研的精神，就像教师上课前做好备课一样，我要备好作品应用的物理知识、具有特点的实验材料，以及做好作品的设计方案等。要想做得更好，为实验提供更多有价值的教具，我的经验是：做事要有耐心、勤于钻研、时刻不忘学习。
六、自制教具有利于培养学生的动手能力和创新意识
自制教具可以培养教师的动手能力和创新能力，如果将自制教具活动面向学生进行开展，就可以激发学生发现问题、解决问题的兴趣，培养学生的动手能力和创新意识。
实例一：在校本选修课中，我开展了LED手电筒的制作活动。在这个活动中，我的设想是让学生从“做”中来“学”。了解手电筒的结构、元件的特点、电路的连接、组装手电筒的过程等。在这些环节中，电路的连接和组装手电筒是难点，也是我要培养学生动手能力的关键所在。电路的连接有两方面的内容：第一是学生要学会连接简单的串联电路，由串联电路引申到并联电路，就是手电筒的电路；第二是如何将发光二极管焊接在小电路板上。学生要学会焊接方法，焊接发光二极管的过程是学生发现问题、分析问题和解决问题的过程。比如焊接发光二极管时，学生首先要弄明白电路板上的电路连接方式、发光二极管长短管脚应与电路哪个接点连接、焊接的步骤和技巧、弹簧的焊接方法等。活动过程中学生发现的问题有：焊接一个发光二极管需要3～4秒，时间长会损坏发光二极管；发光二极管的长短管脚要与电源的正负接线柱连接；弹簧的焊接需要利用改锥工具辅助；活动中既动手又动脑等。在组装手电筒时，学生的体会是：看似简单的手电筒，实际在组装时并不是简单的事，里面蕴涵着很多物理知识。比如手电筒的外壳为什么用金属？灯罩为什么利用银色发亮的材料？开关与其他元件是如何连接在电路中的？这些问题在平时用手电筒的时候根本不去考虑，当学生们亲身体验制作手电筒的活动后，才明白其中有好多知识可以学习，在活动中要让学生亲身体验，从中学会观察、发现、解决遇到的问题，从而培养学生的动手能力以及创新的意识。最让我感动的是，有一届的学生学了焊接技术以后，利用中午休息的时间，把损坏的耳机和MP3播放机拿到实验室进行维修，学生发现生活中的问题，并能够利用已学的知识和技能解决问题，充分体现了他们学以致用的精神。
实例二：在制作魔术盒活动中，先给学生展示教师已做好的成品，让学生观看实验现象，由现象引发思考并提出问题，师生进一步分析所提出的问题，得出实验原理。接下来，制作作品环节，学生要设计作品的方案，可画图也可文字说明，方案确定后进行制作，最后调试和展示。在这个环节中老师可以巡视进行指导，但不是手把手去教学生制作，而是把时间留给学生，让他们去展示自己的能力。整个活动完成后，学生的作品尽管各有千秋，但都体现他们自己的设想。在学生中开展这种动手活动，有利于培养学生的动手能力和解决问题的能力，在培养动手能力基础上，还可以进一步培养学生的创新意识。
兴趣是最好的老师，学生有了兴趣学习会更好，老师有了兴趣工作会更好。制作教具不仅是一种能力的提升，更是一种快乐。工作这些年我制作的作品大约有几十件，有些已经获得了全国、北京市、海淀区等奖项，总的来说这些作品在教学中实验效果都很好，体现了它们的价值。我做教具的感悟是：荣誉不是最主要的，一件作品能够有利于教学并能够展现精彩的实验效果才是我的追求，尤其是当廉价的作品展现精彩的实验效果时。目前，教具制作的发展空间有限，很多作品已经开发的差不多了，尽管教具开发的空间有限，但在以后的工作中我会在以往的作品上更进一步地研究、改进，使作品的实验效果更精彩。前方的路，我将与自制教具快乐同行。