高中物理自制教具的电磁学部分设计应用实例

高中物理自制教具的电磁学部分设计应用实例

付世莲

贵阳市第九中学 贵州省贵阳市 550002

摘要：本文选取高中物理两个极具代表性的模块 “电学”、“磁学”模块，分别展示了相应模块的自制教具作品，并详细地介绍了制作的过程、用到的材料以及制作方法，希望借此引发一线教师对自制教具开发、应用的重视，以便于自制教具在今后可以更好地发展，为一线教师的教学提供更好的辅助作用，同时也应重视培养学生实践能力、动手能力。

关键词：高中物理，自制教具，教学实例，应用现状

1 引言

2017年《普通高中物理课程标准》中强调要进一步促进学生物理核心素养的养成和发展，提倡教学方式要多样化，应当重视培养学生的科学思维能力，注重让学生体验感受科学探究的过程，以此培养学生良好的科学态度^[1]，所以实验对于高中物理教学来说是非常重要的一个环节，但在当前高中物理教学中教师往往经常省略实验演示探究的步骤，较难激发起学生学习兴趣和探究欲望。美国著名教育心理学家布鲁纳曾提出，学习的实质应当是学习者积极主动地去建构新的认知结构，而不是靠死记硬背^[2]。自制教具的开发和应用可以用以弥补传统教学在教学方式上的不足，帮助解决实验室设备不足的问题，在《全日制义务教育物理课程标准》（实验稿）中曾提出，义务教育阶段的物理课程设置应当要符合学生的认知特点，要更加贴近高中学生的日常生活实际，让学生能够从身边比较熟悉的现象中认识物理规律^[3]，也倡导教师和学生能把身边的一些废弃材料和物品等都加以利用，例如废纸盒、废弃矿泉水瓶等，并将其加入到物理实验中^[4]。

笔者通过本文分享自制教具的应用实例，对教师、学生和学校以及物理教学未来的发展改进都具有重大意义。

2 自制教具的制作原则和思路

物理学科核心素养是要求学生在接受物理教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的关键能力和必备品格，主要包括四个方面：“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”^[5]。围绕这四个方面，笔者将例举出高中物理自制教具实际案例，设计制作自制教具的一般步骤。

（1）提出问题并进行初步构思

符合自制教具的制作情况的，先确定具体要演示或探究的知识点，想实现什么样的具体作用，探究还是演示，定性还是定量，是完全创新还是模拟或改进现有教具，别人同时可以查阅相关资料了解一些前人制作的经验或成果，先画出一个初步构想图。

（2）材料的收集

可以从实验室寻找一些现有零件，还可以积极寻找和留意身边一切可以利用的物品甚至是废弃物品，类似作用的材料多收集一些以便后续可以进行更多尝试。

（3）具体制作

收集好相关材料后就可以开始进行具体自制教具的制作，不断的尝试和改进，先做出大体框架，再利用一些工具来进行细节的完善等，但在正式使用之前一定要多演示几遍观察效果是否明显和稳定。

3 教具的课堂教学促进作用

3.1自制电学“静电屏蔽演示 ”的教学仪器

3.1.1制作背景

“静电屏蔽演示仪”，该自制教具是用来演示静电屏蔽现象的，是高中物理力电学部分中的最后一节内容《静电现象的应用》，该内容与日常生活联系紧密，若能在课堂上现场演示，学生的兴趣会非常浓厚，并且此教具演示现象非常明显，有助于学生联系生活实际。

3.1.2制作材料

金属盒（装饼干的饼干盒）、两个手机。（效果如图1所示）

图1 自制教学仪器演示静电屏蔽

3.1.3制作原理

本教具中用到的金属盒子起到了静电屏蔽的作用，处于静电平衡状态下的导体的内部电场是处处为零的，那么根据本节课的理论知识，在这种情况下，金属外壳会对屏蔽掉外界干扰，保护内部，从而使得导体内部不会受外电场的影响，这种现象在我们生活中应用很广泛。

3.2自制“探究磁感应强度大小 ”的教学仪器

3.2.1制作背景

本自制教具涉及到的内容是《磁感应强度》，出自高中物理教材选修3-2这一部分，除定性探究以外，还要探究磁感应强度定量公式，这对仪器的要求比较高，本自制教具除能定性看到通电导线在磁场中的现象外，还可定量测出具体数据，结合Excel表格中的计算功能，从而探究出磁感应强度的公式，让学生从观察、类比理解再到科学探究的过程来掌握磁感应强度的概念，这样也培养了学生探究学习的能力。

3.2.2制作材料

学生电源、铁架台、电流表、两块铁板、开关、六坨大磁铁、匝数不同的自制线圈、数字测力计、导线、直尺、多媒体。（课堂演示实际组装情况如图2所示）

图2 自制教学仪器测量磁感应强度大小

3.2.3制作原理

本教具演示过程利用控制变量法，将通电线圈置于磁场中，首先在磁场和线圈匝数不变（即通电导线长度不变）的情况下，通过改变电源电压或电阻箱电阻来改变电流大小，探究通电导线的受力情况。再在磁场和电流大小不变的情况下，通过改变线圈匝数来改变磁场中通电导线的有效长度，从而探究影响磁场对通电导线作用的影响因素，得到在磁场不变的情况下，通电导线电流越大，长度越长，受力越大的结论，最后再将实验数据用Excel软件处理，得出通电导线受力F与IL乘积成正比的结论，从而得出磁感应强度的定义式B=F/LI。

4 结论

自制教具的开发和制作能够很好地满足学校的教学要求，帮助弥补实验室仪器不足的现状，生活中的各种素材也都可以作为制作自制教具的材料^[6]。自制教具的设计、开发与制作是很有必要且具有长远意义的，未来自制教具的发展前景也是光明的。借由本文希望可以在今后引起广大一线教育工作者对于自制教具的重视，这倡导的不仅仅是自制教具本身，更是一种严谨的、不屈不挠的、以事实说话的物理精神，增强高中物理学科的实用性和育人价值，同时也对提升学生的物理学科核心素养有极大帮助。

参考文献

1. 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京:北京师范大学出版社,2017.

2. 布鲁纳. 教育过程[M]邵瑞珍,译.北京:文化教育出版社,1982.

3. 王有余.《全日制义务教育物理课程标准(实验稿)》的学习体会[J].教学与管理,2004(21):60-62.

4. 全日制义务教育物理课程标准(实验稿)[J]. 物理教学探讨, 2002, 20(09):3-4.

5. 郭玉英.从三维课程目标到物理核心素养[J].物理教学,2017,39(11):2-4+8.

6. 刘炳升,冯容士.中学物理实验教学与自制教具[M]. 上海:上海教育出版社, 2000.