1 前 言
当今世界的中学物理教学改革中，可以看到这样一种现象，无论是发达国家还是发展中国家，都对自制教具和低成本实验非常感兴趣。提倡利用随手取材的实验已成为一种共识。伟大的物理学家麦克斯韦说过：“学生用自制的仪器，虽然常出毛病，但它却会比用仔细调节的仪器有得到更多的东西。”可见，自制教具在教学中的地位是举足轻重的。下面，就自制教具的现状、产生的原因、制作的原则和未来展望等方面进行探讨。
1.1 自制教具的现状
无论是发达国家还是发展中国家，都主张在中学教育中使用低成本的器材。老师和学生自己亲自动手制作教具、学具，自制教具越来越受人重视。我国很多地区也都开展了以教育局为牵头的教具制作比赛活动，进一步激励了广大师生对自制教具的热情。
现在欧美、日本、加拿大等发达国家的中学物理教学已将学生实验作为教学的主要内容。在发达国家和地区的中学物理实验室里，随处可以看到一些简单的自制教具，学生常用自己制作的教具做实验，进 行学习。
在我国，自制教具有着优良的传统。解放初期提倡自制教具主要是为了缓和当时教学仪器的短缺，当时自制教具是以仿制教师课堂演示用的仪器为主。改革开放以来，随着物理教学改革的不断深化，自制教具也逐步向纵深发展。尽管如此，我国在自制教具方面还存在着许多不足之处。
1.2 自制教具存在的问题
现阶段，在中学物理利用自制教具进行实验教学活动方面还存在不少的问题，主要有以下：
1.2.1 对自制教具认识不到位
在中国，自制教具的根本出发点是用来解决教具的不足，较少想到自制教具的教学功效，认识不到它是教育创新的一种体现，以致认为自制教具可有可无。而日本、欧美、加拿大等发达国家对自制教具的认识和政府财政的投入远远比中国大。
1.2.2 有的作者重参评不重应用
自制教具贵在使用、重在过程， 开展自制教具评选活动，其出发点是要大力发展自制教具，而其根本目的是为教学和教育服务。但是，当前普遍存在着“重参赛轻使用”现象。在要比赛时赶制一些教具，而赛后就“束之高阁”，整个过程都是围绕“怎样才能拿奖”这个主题来开展的。
1.2.3 教师的自制教具能力有待提高
从总体上看，教师队伍的自制教具能力较差，具体表现为设计能力、取材能力和制作能力都较差。
1.2.4 学生参与自制教具的程度不够
自制教具并不是只需要教师的参与，更重要的是要让学生参与，体验知识的应用，激发学生求知的内在需要，使他们能更主动、更生动活泼地去学习科学知识，并在这个过程中培养学生的创新精神和动手实践能力。但现在的情况是，就算教师有组织学生自制教具，大部分都是在课外进行，并且基本处于放任状态，大都是布置过就了事，学生参与自制教具的程度明显不足。
2 自制教具的特点和意义
在实践教学中，人们对自制教具的研究表现出越来越浓的兴趣，越来越重视。为什么会出现这一趋势呢？这是由自制教具本身的特点所决定的。一方面通过利用生活中的廉价材料开展物理实验教学可以缓解实验器材短缺问题，满足经济落后地区中学开展物理实验教学的需要；另一方面通过利用生活材料、物品或器具做物理实验，以提高学生对物理的学习兴趣、培养学生动手能力和实践能力。
2.1．价廉
现在市场上的供教学使用的教学工具很多，生产比较方便。但是有采购经验的老师都知道，这些教具的价格一般都比较高，而做工精细点的就更昂贵了。而自制的教具就能避免成本太高的问题。这是由于自制教具的取材比较便利，在身边随手可得，因此成本低廉，有利于实验的普及，特别是在发展中国家，在边远的山区和贫困的农村，是解决教学仪器短缺的有效措施。
2.2．熟悉
市场上的教具，给教学带来很多方便。但是，由于在取材上，很多是学生没有见过的材料，加上采用机器加工后，材料一般都离开了原来的本质。这很容易让人感觉到它的高深和陌生，不容易产生接近的心理。
而自制教材由于取材于学生身边熟悉的东西，而且制作又比较生动，使用自制教具教学可使学生感觉到科学与生活的密切关系，有利于学生揭开物理学神秘的面纱，消除“物理搞不可攀”的心理。同时，利用这样形象的教具进行演示，加上是自己亲手做的那种喜悦，最大限度地激发了学生参与活动和学习的兴趣。
2.3．结构简单明了，易于揭示事物的本质特征
现在买回来的教学仪器，为了保护仪器，一般都把仪器的重要部分密封起来。这样不利于学生对实验仪器的观察。当一个事物学生没有办法渗透它的原理，往往容易产生挫败感而放弃探究的愿望。我听过初二年级的一节实验课。实验要用到学生电源，但是实验室的学生电源安装在实验桌子的里面，在上面再加一个版面把电源封起来。学生能看到的学生电源只是一个电源插孔。学生不明白为什么一个孔就能叫做电源了，产生“物理不讲理”的想法，对物理容易产生排斥的心理。
而自制教具是在教师的指导下，充分考虑到学生的认知规律、教具凸现物理规律本质的能力等因素而制作出来的，结构一般都不太会复杂，学生容易理解，并且用起来时，不仅知其然，而且知其所以然。这使得自制教具在教学活动中成为得力的助手。
2.4 有利于开发学生的智力和良好的非智力因素
由于教具是自己做的，往往在构思、取材、创新等方面进行思考，很好地锻炼了学生的思维创新能力和练就了学生较强的动手实践能力，对创新教育具有积极的意义。
3 自制教具设计的基本原则
自制教具与厂家生产的教学仪器不同，它不是商品，所以对它的工艺要求不作为一项主要指标，但作为教具也要力争美观得体。设计的基本原则如下：
3.1自制教具必须有妥当、客观的教育目标
也就是说，所制作的教具要与物理教材相一致，设计的原理符合科学性，具有恰当的教育目标，通过自制教具实验的演示，起到启发学生去理解相关的理论知识的目的。
3.2使用身边容易得到的材料
灵活运用身边常见的材料：日常生活用品、废旧物品、自然之物、陈旧仪器等，有两点很重要。一是能使学生们感到亲切，二是花钱少。
面对教育经费还比较紧张的实际情况，设计教具在满足教学基本要求的前提下，还应遵循经济性原则，为国家和学校节约经费开支。同时，同学们面对取材熟悉的教具，容易揭开物理神秘的面纱，产生给强烈的兴趣感。如：普通的铅笔，就可以作为杠杆、摩擦力、变阻器的教具。
3.3第三原则是结构简单、使用方便
结构较复杂的教具在演示时，教师装配、调整花时多，不但缺乏直观性，还容易分散学生的注意力。而结构简单的教具，制作和操作都方便，花钱又少。教师在课堂上解释它的结构也简单，学生一看就懂。所以在设计教具时，只要能保证使用时效果明显，科学性正确，那么，越简单越好。如：一个铁圈，就可以完成气泡的实验。
3.4考虑做得大一些
教具本身要做得大一点，在进行实验演示时才能现象清晰、明显，可见度大，保证坐在教室最后排的学生也能看清。特别是用在演示性实验中教具的关键部位，更要重点突出，以更好地吸引学生的眼球，提高他们学习物理的兴趣。
3.5创新性和艺术性
自制教具的材料、加工方法乃至成品，绝大多数都带有几分土气。要做出使学生得到强烈印象的鲜明演示，教具的结构设计就要注重新颖性、艺术性，以突出特色。力争做到制作精细、结构和谐、外形美观。有利于学生获得强烈的印象，提高学习效果。
3.6自制教具要做得安全、耐用
自制教具在设计结构上和选材上应考虑到操作的安全性问题，这是任何仪器都必须保证的；其次是教具的结构要坚固、性能要稳定，保证不易松散，重复演示前后效果一致。坚固、耐用的教具不但对学生有很大吸引力，能激发学生学习物理的浓厚兴趣，而且可以有效保存，方便下一年使用。
4 开发自制教具的教学功能
在物理的实验教学中，开发自制教具的教学功能主要是设计好和运用好自制教具，使得它在辅助教学中发挥最大的作用。下面将着重讨论如何从教学功能方面拓展自制教具的设计思路。
4.1 挖掘兴趣因素，激发学习动机
心理学的研究表明，学生的好奇心和求知欲是产生自主学习的原动力，而由于自制教具本身的特点给学生带来的直觉兴趣，极大的激发了学生的好奇心和求知欲，所以，自制教具对于提高学生参与实验的兴趣和激发学习的动机起到非常大的作用。设计的教具可以从新、奇、趣、险、疑等方面来激发学生的直接兴趣。如：用大的塑料瓶和牙膏壳做成的“浮沉子”，手一松一按，“浮沉子”一升一降，学生看得新奇，求知欲就愈加强烈了。
4.2 拓宽信息渠道，提高感知效率
观察是实验教学过程中必要的环节之一，观察能力是科学创造智力活动的源泉，观察在学生的学习活动中也具有举足轻重的作用。怎样提高观察效益是开发自制教具教学功能的一个重要方面。
信息论的观点认为：观察是外部信息通过感官神经输送到大脑皮层，经加工处理，感知外部事物的过程。因此，观察包括对信息的感知和加工阶段。从心理过程来看，观察是一种有目的、有计划的知觉，是与积极思维相联系的。拓宽信息渠道，运用多种感官感知，提高感知效率是提高观察效益的前提。因此，在设计和制作教具时应考虑这方面的因素。
4.3 突出本质因素，揭示科学图像
中学生在学习物理的过程中，普遍感觉到它比较枯燥、难学，虽然其中有多种因素造成，但究其根本都是学生的思维过程在某个环节出现了障碍，使思维活动不能沿正确的方向继续下去。因此，有必要从分析学生的认知心理特点出发，设计和改进自制教具的实验，从而发挥它在学生认识过程中的作用。
学生产生思维障碍的一个原因就是缺少感性认识，在解决应用性较强的问题时找不到恰当的模型。若能通过自制教具的实验为学生提供一个表象思维的模型，把抽象的东西具体化、形象化，解题时的思维障碍也就随之消除。
另外，前概念的消极影响和习惯思维定势的消极作用也是形成思维障碍的重要原因。运用自制教具的实验激发认知冲突是克服这些思维障碍的有力武器。
4.4 活用自制教具，介绍科技发展
课本的知识内容相对于现实的发展一般具有滞后性。在物理教学中，如何协调教学内容的基础性与先进性的矛盾已成为教育工作者所关注的一个重要问题。我们在介绍一些先进技术发展时，可以用学生生活中熟悉的东西来做实验。这样不仅可以使学生了解现代科学技术的某些原理及其应用，而且可以加深学生对自然科学的生活、社会意义上的认识。比如：我在介绍磁悬浮列车时，就用泡沫、带磁性的纸和磁铁做了一个简单的磁悬浮模型。
4.5 设计小型实验，训练学生思维
在设计这类实验时，首先应考虑创造一种能激发学生积极思维的情境，使展示在学生面前的现象与提出的问题对学生有一种强烈的、无形的吸引力。其次，要注意培养学生的观察发现能力。
另外，还要在思维变式上下功夫。要想提高思维的灵活性，就必须善于运用知识的迁移，在实验探索中让学生寻找可迁移的原型。
理论和实践都告诉我们，创造性的思维与科学的方法紧密联系，因此运用简易教具多设计一些探究性的实践活动，将有助于提高学生的创造能力。
5 应用自制教具的实践示例
根据前面对自制教具的特点及意义、制作的原则和教学功能的开发的论述，本人选取了一个自制教具的实例。
5.1自制教具实践示例：静电除尘装置
一、制作背景
静电现象是物理学中的一个非常普遍的现象，但许多学生对它的了解都是处于初步阶段，有些学生甚至只在冬天脱毛衣的时候对静电有接触，其他认识都只是停留在书本公式计算的层面。为了让学生更深入的体会和理解静电现象，一个关于静电应用的教具是十分必要的。
二、装置原理分析
如图所示，高压电源的正极接到金属圆筒上，负极接到悬挂在管心的金属线上，它们之间有很强的电场，而且距管心的金属线越近，场强越大。因此，金属线附近的气体分子被强电场电离，成为电子和正离子。在电场力的作用下，正离子被吸引到金属线上，得到电子而成为分子；电子在向着金属圆茼正极运动的过程中，附在空气中的尘埃上，使尘埃带负电，并被吸附到金属圆茼上。尘埃积累到一定程度，在重力的作用下落下来
6 对自制教具未来的展望及发展策略
6.1 自制教具的出路
推动自制教具向学具方向发展是自制教具的根本出路。在自制教具中要引导学生积极参与，把自制教具作为师生的共同行动，使教具不但是老师演示用的教具，还应成为学生动手实验的学具。学具是自制教具的发展，把它用于课堂和课外的教学是最实际和最有效的自制教具。它对开展“边学边实验”、“课外小制作”和“第二课堂活动课”都是十分有意义的，应大力提倡和推广。
6.2 解决自制教具发展中所遇到问题的策略
针对自制教具存在的问题和以后的发展要求提出以下建议：
一、加大宣传，更新观念。自制教具不但可以弥补常规仪器数量的不足，使其功能更加完善，它的研制和应用过程更是推动了教学方式的改进和提高，推动了素质教育的具体实施，使教学内容更贴近新课程标准的要求。
自制教具活动在切实提高学生的动手能力、实践能力和创新意识方面发挥着独特的作用。各级教育主管部门和学校要加强自制教具工作的宣传力度，提高广大师生对自制教具工作的认识，采取有效措施激励广大师生积极地投身到自制教具工作中来。
二、广泛发动师生共同参与自制教具的研制和开发。师生共同参与自制教具的研发与制作是团队精神的具体体现，既能够培养学生克服困难、积极探索的精神，又能提高动手能力。同时也密切了师生关系，拉近了教与学的距离，在研制自制教具的过程中共同提高综合素质。
三、作为探究性学习的方法和内容，将自制教具活动纳入课程教学中。在日常的探究性实验教学过程中，增加学生自制教具的活动内容，培养学生的创新精神和探索精神，提高学生的科学实验素质，从而不断提高自制教具研发水平。教育部门和学校领导要高度重视此项工作，把自制教具工作作为提高教学质量的一项重点工作来抓，积极鼓励广大师生参与到自制教具活动中去。有条件的学校应拿出一部分资金购买一些制作教具的工具。
四、建立一套科学的评价体系和奖励机制。各级教育部门和学校应设立相应的优秀自制教具奖励机制，将此项工作的成绩与评优、评先工作相结合。另外，可作为一项考核学生的指标，对学生素质进行整体评价。通过奖励的手段，提高广大师生对自制教具的兴趣，激励师生在自制教具活动中积极创新，为我国培养“创新型人才”打下坚实的基础。
参考文献
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