‌‌高中物理课程中融入自制教具的创新实验教学设计

甘肃省康县第一中学甘肃省康县746500

摘要：摘要：本文探讨了高中物理实验教学中自制教具的有效运用。教师需精准把控教具投放时机，通过简易趣味教具激发学生兴趣，针对重难点设计针对性教具，引导学生动手制作并观察实验现象。以“探究加速度与力、质量的关系”和“测定电源的电动势和内阻”为例，详细阐述了自制

关键词：

‌‌高中物理；自制教具；创新实验

出处：

《教育研究》2024年13期

DOI：
10.13738/j.cnki.acc.qklw60536
专辑：
科学Ⅰ辑;信息科技
专题：
信息、科学;综合科技
分类号：
G90;N92

摘要：本文探讨了高中物理实验教学中自制教具的有效运用。教师需精准把控教具投放时机，通过简易趣味教具激发学生兴趣，针对重难点设计针对性教具，引导学生动手制作并观察实验现象。以“探究加速度与力、质量的关系”和“测定电源的电动势和内阻”为例，详细阐述了自制教具在突破教学难点、强化理论理解和开展探索性实验中的应用。学生通过自制教具深化物理概念理解，增强实践能力，实现迁移性学习。

关键词：‌‌高中物理；自制教具；创新实验

一、在实验教学重难点融入自制教具

高中物理教师倘若想要在课堂上成功融入自制教具，就务必精准把控教具的投放使用时机，如此这般，方能切实帮助学生实现更好的学习效果，促使他们深入理解物理概念，进而成功突破学习障碍。在课程开启之初，教师不妨展示一些简易又趣味盎然的自制教具，比如用纸杯和细线精心制作而成的简易电话，亦或是借助磁铁与铁粉来生动展示磁场分布情况等。这类教具能够迅速抓住学生的注意力，充分激发他们的好奇心与探究欲望。在展示完教具之后，教师得及时引导学生仔细观察教具所呈现出的物理现象，积极鼓励他们大胆提出问题与猜想，以此帮助学生构建起初步的概念认知，为后续的实践操作筑牢坚实根基。而针对实验教学中的重难点部分，教师可以巧妙设计一系列具有针对性的自制教具，也可以将学生合理分组，让他们依据教师提供的图纸和材料亲自动手制作教具。在制作环节，教师应当适时给予必要的指导与帮助。待制作完成后，各小组进行实验操作，认真观察并详细记录实验现象。在此过程中，教师需要有序组织学生展开讨论与分析，让他们尽情分享在制作和使用教具过程中的发现、感受，以及所遇到的问题和相应的解决方案，从而促使学生深入理解物理知识概念，进一步增强他们的实践能力。最后，教师还要强化拓展应用，当学生对重难点有了初步理解之后，引导他们充分发挥想象力，设计一些富有创新性的自制教具，这些教具既可以是对已有教具的改进与拓展，也可以是全新的设计。总之，教师在实验教学中引入的自制教具，无论是已有的，还是学生当场制作展示的，都要能够直观地揭示物理现象和物理原理，借此带动学生开展迁移性学习。

例如，在高中物理实验教学中，“探究加速度与力、质量的关系” 这一实验是教学的重点和难点。该实验旨在帮助学生理解牛顿第二定律，即 F=ma（其中F表示物体所受的合力，m 表示物体的质量，a表示物体的加速度），但由于其涉及多个变量的控制和复杂的物理原理，学生理解起来存在一定困难。针对实验教学的重难点，教师将学生合理分组，每组发放一套制作材料和详细的图纸，让学生们亲自动手制作这个简易小车实验装置。在制作过程中，教师穿梭于各个小组之间，适时给予必要的指导与帮助。比如，当有小组在安装细线时遇到困难，教师耐心地说：“别着急，大家看，细线要系在小车的中心位置，这样拉力才能更均匀地作用在小车上。” 经过一番努力，各小组都顺利完成了装置的制作。制作完成后，各小组开始进行实验操作。他们认真调整小车上的砝码数量，记录下不同质量下小车的运动情况；同时改变悬挂砝码的数量，测量并记录相应的加速度数据。为了准确测量加速度，学生们利用了打点计时器，根据打出的纸带，通过公式 a=Δx/T2（Δx是相邻相等时间间隔内的位移差，T2是打点计时器的打点周期）计算出加速度的值。在实验过程中，学生们发现，当增加悬挂砝码的数量时，小车的加速度明显增大；而增加小车上的砝码，小车的加速度则逐渐减小。实验结束后，教师组织学生展开讨论与分析。各小组积极分享在制作和使用教具过程中的发现、感受，以及遇到的问题和解决方案。有的小组表示在测量位移时出现了误差，经过讨论，大家得出可以多次测量取平均值的方法来减小误差。通过这样的讨论，学生们不仅深入理解了加速度与力、质量之间的关系，实践能力也得到了进一步的增强。

二、加强实验理论的理解

若要借助自制教具引导学生强化对实践理论和方法的理解与认知，教师在此过程中就需要引导学生细致观察教具，并向他们询问观察到的现象，以此助力学生建立起初步的感知，为后续的理论学习奠定基础。当学生对实验现象有了初步了解之后，教师就应当适时开展理论授课。在讲解环节，教师要紧密结合自制教具，将抽象的物理概念、公式和定律变得具体、形象。教师可以通过自制教具的演示，直观地展示实验过程，帮助学生深入理解物理原理和操作步骤。在演示过程中，教师可以同步穿插提问，通过互动问答的方式，及时解答学生对实验理论的种种困惑，并进行必要的补充和调整。秉持 “做中学，学中做” 的教学理念，学生在学习过程中会从中获取启发和感悟。最后，教师要引导学生尝试利用自制教具辅助实验操作与验证，做到举一反三，进而引导学生形成更为深刻的理解和认知。

例如，在高中物理教学里，“测定电源的电动势和内阻”是一个极为关键的实验，其核心在于让学生掌握闭合电路欧姆定律E=U＋Ir(其中E表示电源电动势，U表示路端电压，Ⅰ表示干路电流，r表示电源内阻)。然而，由于这一实验涉及的理论较为抽象，学生理解起来常常感到棘手。不过，通过引入自制教具，能够有效助力学生强化对实验理论和方法的理解与认知。课程开启伊始，教师为了激发学生的探索热情，拿出了一套自制的测定电源电动势和内阻的实验装置。该装置包含一个旧电池、一个滑动变阻器、一个电流表、一个电压表以及若干导线。教师向学生展示这套装置，并亲切地说道:“同学们，今天我们就借助这些看似平常的物件，去探寻电源背后隐藏的秘密。大家先仔细瞧瞧这个装置，猜猜我们要怎么用它来测定电源的电动势和内阻呢?”学生们的好奇心瞬间被点燃，纷纷盯着这套装置，开始认真观察起来。教师师顺势引导学生细致观察教具，耐心地询问:“大家仔细看看，这个电流表和电压表分别是怎么连接在电路中的呀?当我们调节滑动变阻器的时候，你们觉得会发生什么现象呢?”学生们认真观察后，积极回答问题。有的学生说:“电流表好像是串联在电路里的，电压表是并联在电源两端的。还有的学生猜测:“调节滑动变阻器，电流表和电压表的示数可能会发生变化。”教师对学生们的回答给予了肯定和鼓励，这一过程助力学生建立起了初步的感知，为后续的理论学习奠定了坚实的基础。

三、开展探索性物理实验

探索性物理实验作为一种行之有效的教学策略，能够引导学生借助自制教具去探寻未知的物理规律、原理和现象。在开展此项实验之前，教师需要依据实验教学目标，审慎选取并精心设计合适的自制教具。相关教具应当具备一定的思想引导性和启发性，能够有效促进学生逐步探寻初始的物理现象和物理原理。紧接着，教师要根据实验目标和所选取的教具，制定详尽的实验方案，涵盖实验步骤、预期现象和数据记录表格等内容。其中，为了确保实验能够顺利进行，教师需要细化操作步骤，并充分考虑可能遇到的问题和解决方案，同时鼓励学生积极参与实验方案的设计，以提高他们的参与度和创新思维能力。在实验开始前，教师还要组织学生进行预习和讨论，让他们充分了解实验的背景知识、目的和步骤，鼓励他们提出猜想和假设。之后，将学生分成不同的小组，每组分配一套自制教具和实验材料，学生需要依据自身的实验操作，认真观察实验现象，记录相关的数据信息，重点关注其中的实验现象变化和规律，为后续分析物理原理奠定基础。在这个过程中，学生可以利用思维导图或时间轴线图，对开展实验学习的过程进行分析、记录和整理，借助这些图谱资料总结出一般性的物理规律。这一过程还包括对数据的处理与分析，如计算平均值、绘制图表，从而发现实验现象的规律和趋势，并基于实验数据和观察结果得出结论，该结论应当与实验目标相符，并能够合理地解释实验现象。

以自制电磁炮实验为例，教师设计一个简易电磁炮，包括铜线圈、电池组、滑动开关、导轨以及金属弹丸。铜线圈缠绕在导轨上，形成电磁发射装置。电池组提供电能，通过滑动开关控制电路的通断。

实验材料：米尺、秒表、电子秤等，用于测量距离、时间和质量。

借助自制教具，引导学生探索电磁感应原理在电磁炮发射中的应用，以及发射过程中动量守恒定律的体现。

电磁炮利用电磁感应原理，当电流通过铜线圈时，会在导轨周围产生磁场，金属弹丸在磁场中受到洛伦兹力作用而加速。教具设计注重思想引导性和启发性，引导学生思考电磁力与物体运动的关系。

实验步骤：

1将电磁炮装置固定在水平桌面上，确保导轨平直。

2使用电子秤测量金属弹丸的质量m。

3将弹丸放置在导轨的一端，接通电路，迅速打开滑动开关，记录弹丸离开导轨的瞬间时间t（可通过高速摄像机辅助记录）。

4使用米尺测量弹丸飞行的水平距离s。

预期现象：弹丸在电磁力作用下沿导轨加速，离开导轨后继续飞行一段距离。

数据记录表格：包括弹丸质量m、飞行时间t（或速度v，通过s/t计算）、飞行距离s等。

实验结束之后，学生计算弹丸的平均速度v（s/t），以及发射前后的动量变化。并且绘制图表，展示不同质量弹丸的发射速度与质量的关系，以及发射前后的动量守恒情况。通过数据对比，学生发现发射速度随弹丸质量的增加而减小，但发射前后的系统总动量保持不变，验证了动量守恒定律。