自制教具培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

馬晨 高嵩

摘? 要 物理學(xué)研究方法的系統(tǒng)化和理論知識(shí)的體系化都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。在新課改中，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)已成為課堂教學(xué)的新目標(biāo)，廠制實(shí)驗(yàn)儀器很難滿足新的教學(xué)要求，自制教具無(wú)疑是課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)形成的有效途徑。以探究導(dǎo)體的影響因素的實(shí)驗(yàn)自制教具為例，展示自制教具中體現(xiàn)的物理核心素養(yǎng)要素。

關(guān)鍵詞 高中物理;物理核心素養(yǎng);自制教具;導(dǎo)體的電阻;實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）03-0039-03

1 引言

高中物理課程是普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域的一門(mén)基礎(chǔ)課程，旨在落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)的發(fā)展?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出：“實(shí)驗(yàn)是高中物理學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑和方式?！盵1]因此，實(shí)施以培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)為目標(biāo)的課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)扮演著重要的角色。

然而目前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都使用廠制的常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材，所有實(shí)驗(yàn)器材配置雷同、整齊劃一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求相似，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式也無(wú)差異，這種教學(xué)模式只能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一般性要求[2]，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)難以達(dá)到理想效果。筆者認(rèn)為，解決問(wèn)題的有效途徑之一就是教師要積極利用各種器材，積極創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式，盡可能多地開(kāi)發(fā)出可視性強(qiáng)、證據(jù)性強(qiáng)、能引起學(xué)生濃厚興趣的演示實(shí)驗(yàn)。

物理課堂教學(xué)一般以知識(shí)為線索進(jìn)行，教師難免會(huì)將重點(diǎn)落在知識(shí)的掌握和應(yīng)用上，往往忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，忽視對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進(jìn)而忽視了物理課堂的育人功能[3]。“板書(shū)實(shí)驗(yàn)”“口說(shuō)實(shí)驗(yàn)”影響了學(xué)生知識(shí)能力結(jié)構(gòu)和非智力因素的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)形成阻礙。

教學(xué)應(yīng)遵循課程標(biāo)準(zhǔn)中的教學(xué)建議：“學(xué)校應(yīng)充分利用已有的實(shí)驗(yàn)器材，努力開(kāi)發(fā)適合本校情況的實(shí)驗(yàn)課程資源，盡可能讓學(xué)生自己動(dòng)手多做實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。”因此，為滿足教學(xué)要求，可以考慮自制自籌，充分利用生活中的資源，開(kāi)發(fā)新奇有趣的利于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教具，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拉近生活和物理的距離，增進(jìn)各學(xué)科的交融性。在自制教具的使用中，不僅能夠使學(xué)生認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，探究物理知識(shí)，更能有效地促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 課堂應(yīng)用案例：探究導(dǎo)體的電阻的影響因素

在教學(xué)“探究導(dǎo)體的電阻的影響因素”這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，采用探究式教學(xué)，而探究是基于觀察和實(shí)驗(yàn)來(lái)提出問(wèn)題，形成猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，所以能促使學(xué)生樂(lè)于探究的實(shí)驗(yàn)教具在探究式教學(xué)中尤為重要。同時(shí)，自制教具適用于本節(jié)課，可以使核心素養(yǎng)隱含在環(huán)境的選擇和布置上，彰顯在活動(dòng)的發(fā)展和延續(xù)上，讓學(xué)生感受到此過(guò)程中教師的參與和協(xié)作[4]。

傳統(tǒng)的教學(xué)用具使用的是四根金屬絲，三根為鎳鉻絲，一根為康銅絲，對(duì)橫截面積和長(zhǎng)度都加以控制，如圖1所示。雖然這樣的教學(xué)儀器能夠較高效率地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，但是既定的環(huán)境中使用固定的教學(xué)儀器，忽略了學(xué)生的參與感，大大降低了學(xué)生自主探究的意愿，難免使學(xué)生在探究活動(dòng)中心不在焉，在實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)上也不盡如人意。

而取材于生活，發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，運(yùn)用現(xiàn)有科學(xué)知識(shí)，將氯化鈉溶液中的兩個(gè)鋁片和它們之間的氯化鈉溶液組成導(dǎo)體，利用化學(xué)的氧化還原反應(yīng)制作成原電池。在電壓保持不變的情況下，調(diào)整兩個(gè)鋁片之間的距離等同于調(diào)整導(dǎo)體的長(zhǎng)短，調(diào)整兩個(gè)鋁片浸入水中的面積等同于調(diào)整導(dǎo)體的橫截面積的大小，將氯化鈉溶液換成純凈水等同于更換導(dǎo)體的材料，采用控制變量法驗(yàn)證導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積和材料有關(guān)。

在這樣自制教具的過(guò)程中，學(xué)生利用化學(xué)中的氧化還原反應(yīng)制作成原電池，從原電池遷移到導(dǎo)體的電阻，并將原電池的兩極、兩極之間的距離以及電解質(zhì)溶液抽象到導(dǎo)體的橫截面積、長(zhǎng)度和材料，并且思考如何才能呈現(xiàn)相應(yīng)的物理原理，即從問(wèn)題或任務(wù)出發(fā)，經(jīng)歷設(shè)計(jì)、選材、組織、實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)等一系列主客體互動(dòng)過(guò)程，是學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行個(gè)性發(fā)揮的過(guò)程。盡管每位學(xué)生達(dá)到同一目標(biāo)的途徑和方式不盡相同，成果的表現(xiàn)形式也多種多樣，但能充分體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神，讓學(xué)生的核心素養(yǎng)在自制教具的探究活動(dòng)中得到培養(yǎng)和提升。

“導(dǎo)體的電阻”屬于人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理（選修3-1）》第二章第六節(jié)，這一節(jié)課的內(nèi)容屬于發(fā)展和提高的范疇。初中時(shí)學(xué)生已經(jīng)知道了導(dǎo)體的電阻和導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積之間的定性關(guān)系，本節(jié)課的難點(diǎn)就是驗(yàn)證學(xué)生關(guān)于導(dǎo)體的電阻的影響因素的猜想，使學(xué)生在定量分析導(dǎo)體的電阻的影響因素之前，有一個(gè)定性的認(rèn)識(shí)，為后面的探究提供依據(jù)。

傳統(tǒng)的教學(xué)中并未對(duì)定性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)相關(guān)設(shè)計(jì)，為此設(shè)計(jì)一組簡(jiǎn)易制作的實(shí)驗(yàn)儀器，有效地驗(yàn)證學(xué)生的定性猜想。材料來(lái)源于生活，學(xué)生可以自己動(dòng)手制作，自己演示實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象直觀明顯，能夠培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力。

1）自制教具所需材料和設(shè)計(jì)思路。如圖2所示，所需材料有兩根同樣長(zhǎng)短的木棒、兩片相同的鋁片、氯化鈉溶液、純凈水、兩個(gè)相同的容器、攪拌棒。當(dāng)然還需要電流表測(cè)得電流，學(xué)生電源提供電壓，5歐姆定值電阻一個(gè)，其作用是減小電路中的電流。

首先將兩個(gè)相同的鋁片通過(guò)彈簧和膠帶分別固定在兩根長(zhǎng)短相同的木棒上，在兩個(gè)容器的相同處做好標(biāo)記，在相同的容器中分別放入等量的氯化鈉溶液和純凈水，將鋁片固定好，然后將電路連接好。實(shí)驗(yàn)原理如前文所述。

2）自制教具的使用和效果。將教具通過(guò)導(dǎo)線和電流表、學(xué)生電源相連接，電源的電壓控制在4～6 V。將鋁片和木棒固定好，固定的位置保持一致，然后放入氯化鈉溶液中。如表1所示，電源未打開(kāi)，電流表示數(shù)為0;打開(kāi)電源，讀取示數(shù)0.16 A并記錄;保持其他條件不變，調(diào)整兩鋁片的距離，相當(dāng)于改變導(dǎo)體的長(zhǎng)度，讀取示數(shù)0.2 A，說(shuō)明減小距離，導(dǎo)體長(zhǎng)度變小，電阻變小，所以電流表示數(shù)變大;再次控制變量，減小浸入氯化鈉溶液中的面積，讀取示數(shù)0.12 A并記錄，說(shuō)明減小浸入的面積，相當(dāng)于導(dǎo)體的橫截面積減小，電阻變大，電流表示數(shù)變小。

斷開(kāi)電源，將鋁片擦拭好后放入準(zhǔn)備的純凈水中，讀取示數(shù)并記錄。材料不同，電阻率不同，電阻變大，電流表示數(shù)減小。

3 自制教具的特色

體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)? 教具根據(jù)鋁片導(dǎo)電和氯化鈉溶液導(dǎo)電，將化學(xué)知識(shí)與物理知識(shí)相結(jié)合，體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的不同學(xué)科之間的相互結(jié)合和滲透。所采用的材料簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，學(xué)生可以自己制作和演示。同時(shí)，良好的實(shí)驗(yàn)效果吸引了學(xué)生的注意力，化抽象為形象，極大地豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，為后面的教學(xué)起到促進(jìn)作用，潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，滲透物理核心素養(yǎng)。

自制教具經(jīng)濟(jì)靈活? 從本文中可知曉，實(shí)驗(yàn)材料來(lái)自日常生活用品，有些是廢物利用，可減小實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的開(kāi)銷，尤其在經(jīng)費(fèi)不足的情況下尤為重要。將廢棄物上的部分零件作為實(shí)驗(yàn)材料，也可克服學(xué)生對(duì)事物持有的功能固著的態(tài)度，開(kāi)拓思維，發(fā)揮創(chuàng)造力，可謂是經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

同時(shí)，自制教具緊密結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，可由學(xué)生和教師自行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，在使用上也可隨心所欲，既可以隨意觀察和演示，也可以隨時(shí)拆卸和組裝;既可以對(duì)一個(gè)原理問(wèn)題進(jìn)行演示操作，也可以通過(guò)演示操作得出某一原理。因此，自制教具相對(duì)于廠制的常規(guī)器材更具有靈活性。

4 自制教具對(duì)于課堂教學(xué)的促進(jìn)作用

促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成? 學(xué)生運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，本身已具備一定的科學(xué)知識(shí)，物理觀念已在頭腦中初步形成，這是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。選材的過(guò)程中充分利用生活中的資源以及廢棄的儀器元件，實(shí)現(xiàn)廢物利用，體現(xiàn)了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境關(guān)系基礎(chǔ)上逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范，保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。

將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)中，體現(xiàn)了學(xué)科之間的相互交融性、相互滲透性，為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新思路。學(xué)生不再拘泥于物理知識(shí)設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，使核心素養(yǎng)得到較好的滲透，能夠思考利用化學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題，說(shuō)明能夠從物理視角認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律。這是科學(xué)思維的體現(xiàn)，更好地培養(yǎng)了物理核心素養(yǎng)。

有利于培養(yǎng)學(xué)生探究與解決問(wèn)題的能力? 新課改的教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)之間最大的區(qū)別就是讓學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)[5]。自制教具要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、選材、組裝和調(diào)試等程序，在這過(guò)程中，學(xué)生探究與解決問(wèn)題的能力得到培養(yǎng)，同時(shí)能有效地將物理知識(shí)和現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)行聯(lián)系，將不同學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用，豐富學(xué)生的已有圖式。

師生關(guān)系更加融洽? 有創(chuàng)造性的教師能夠賦予生活中的物品獨(dú)特的價(jià)值，而這種獨(dú)特的價(jià)值就是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生去觀察生活現(xiàn)象，思考物理與生活的關(guān)系，最終促進(jìn)學(xué)生利用自己的創(chuàng)造性去開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)用具，提高學(xué)習(xí)積極性。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生與教師溝通交流，學(xué)生與學(xué)生之間互助合作，學(xué)生感受到教師對(duì)生活的用心、對(duì)科學(xué)知識(shí)的熱愛(ài)、對(duì)學(xué)生的關(guān)心。蘇霍姆林斯基說(shuō)：“沒(méi)有自我教育，就沒(méi)有教育，一個(gè)教師尊重思想，學(xué)生才會(huì)尊重他。”因此，教師自身的創(chuàng)造性就是教師魅力最好的代言，學(xué)生會(huì)更加喜歡和尊重一個(gè)具備該品質(zhì)的教師?！?/p>

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