自制实验教学设备在高中物理课程教学中的运用

杨国俊

（黑龙江省鸡东县第二中学 黑龙江 158200）

引言

近些年来，随着大学的扩招，各个高级中学的招生规模也逐年扩大，部分学生由于生活条件的提高和游戏的泛滥，学习上缺少刻苦钻研的精神和持之以恒的毅力，把大量时间用于玩游戏和智能手机，导致物理学习能力越来越差，成绩更是每况愈下。如何把学生的兴趣和注意力重新吸引到课堂上来，除了家长和学校的监督外，提高课堂教学的兴趣，至关重要。通过自制物理实验设备，易于调动学生的学习兴趣和对未知领域的探索，激发学生学习物理课程和其他课程的兴趣，同时，通过教学设备的研制，有利于教学人员的专业水平和素质再进步，降低实验室建设成本，对物理学科建设具有重要意义。

一、实验教学设备自制的意义

（一）吸引学生回归课堂

面临新时期、新挑战的教育者，必须对物理教学进行必要的改革。通过实验教学使他们从虚拟的世界中脱困而出回归自然。这是当下教学特别是物理教学必须面对极为迫切的问题。狭义的讲物理学就是分析和研究物体运动规律的科学。跟物体讲道理。无论是教物理。还是学物理都必须从这一点出发。正所谓实践出真知。也只有实验才能唤醒他们对学习的兴趣.

（二）减低物理教学成本的需要

部分物理实验所需大型设备或精密设备价格十分昂贵，对于教学投入而言成本偏高，而且未必能达到激发学生兴趣的目的。根据物理教学过程中的物理现象和本目的，自制的简易设备，制造成本较低，而且实验现象明显，实验过程中经济成本消耗不大。因此，教师可根据实验原理、实验目的使用成本较低的设备或材料进行设计、研发、自制。通过增加自制的实验设备不但可以满足实验要求，还可以大大减少实验设备采购和维护上的投入。

二、物理实验设备自制具有的特点

（一）实验设备自制具有灵活性

自制的实验设备可以根据课程教学大纲和教学目的要求，制作大小、规格符合实验室大小的实验设备和台套数，教学内容上可根据实验项目的变化，适当改变实验条件，完成其他相关实验项目，加深学生对理论知识的理解。自制的实验设备结合理论知识的基本原理，在设计构思上采用直观的思想，通过尽可能简单的操作完成理论知识所阐述的原理、现象[1]。物理学抽象的理论知识，转化为直观的实验现象，通过设备自制助推学生对理论知识的理解。

（二）实验设备研发具有经济性

对于高中生的物理教学重点还是学生掌握解题方法，实验设备利用率比较低，专用性比较强，社会需求量较小，生产成本较高，价格比较昂贵，引进已有的实验设备，会给学校日常运行和学科建设带来较大的经济压力。某些实验设备也较为罕见，所需实验设备无法从市场购买，定制成本高，需要依靠高中物理学科的教师自行设计、研发，为学校节约大量资金。

（三）自制实验设备在教学中的作用

自制实验设备从设备结构、原理、选用材料、焊接拼装、调试评估等方面都是一个思考创新的过程，富有创造性，不仅是实验教学所需，也是对教学人员综合素质能力的一个提升，主要表现为：设计、研发实验设备的过程，是不断总结失败经验，反复改进、调试才能成功，对教师的专业素养、专业技能进行了培养。教师自行设计、研究的实验设备，教师熟悉设备的组成结构、材料等比较熟悉，特别是内部构造衔接、设备性能要求、特点等更是一清二楚，有利于实验设备后期操作和维修，将教学理论和实践有机结合，为以后人生发展道路打下了坚实基础，增加了工作成就感[2]。

（四）实验设备研发成果案列

学生对未知现象的认识都应该由浅入深、循序渐进由感性认识上升到理性认识，所以物理课程的学习也必须从感性出发。感性就是学习中的直觉，感性就是高中物理中的建模，感性认识就是物理教学的重点。自制器材多功能轨道板由四个滑轮和长木板组合而成（图1）。设备取材方便、成本低廉，给学生带来视觉冲击和感性认识，达到了突出教学重点的目地，可以完成的实验主要有牛顿第二定律、动能定理、机械能守恒定律、动量定理等验证性实验。提高了学生的观察和思考能力，变被动学习为主动学习，进而学会终身学习。

图1 自制多功能轨道板实验装置实物图

对于实验中的误差分析是实验教学的重点。首先让学生主动找出实验中的误差，认识误差，分析误差，提出减少误差的具体措施和方法，激发学生的学习兴趣和学习成就感。轨道板配合铁支架，可以演示不同实验条件下实验误差。如在机械能守恒定律实验验证过程中，用四个轮子同时做实验误差明显大于两个轮子进行实验误差，之后进行合理外推得出结论。由于这个装置把感性与误差完美的结合在一个实验中，引起学生的好奇心从而小激发学生的潜能。

通过对轨道板的使用还可以提高学生的动手能力和举一反三能力。用这个装置能完成“测量物体的加速度”、“研究接触面间的动摩擦因数”、“测量弹簧的劲度系数”等实验。在实验中可以提出一些问题如在实验中怎么样才能平衡物体受到的摩擦力，让学生思考解决，通过这样问答，训练了学生的应变能力，同时完成了教学任务。