基于核心素養(yǎng)的高中物理自制教具探究

摘 要：《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》強(qiáng)調(diào)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，這也成為學(xué)科教學(xué)的新任

務(wù)。傳統(tǒng)物理學(xué)科中的教具和實(shí)驗(yàn)器具已經(jīng)很難滿(mǎn)足現(xiàn)代教學(xué)的需求了，自制教具必然會(huì)成為物理教學(xué)中的重要方法。自制教具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如靈活多變、操作方便、形式多樣等。文章基于核心素養(yǎng)對(duì)高中物理自制教具問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)探析，重點(diǎn)在于凸顯自制教具中所蘊(yùn)含的核心素養(yǎng)內(nèi)容，努力發(fā)揮自制教具的作用，構(gòu)建高效物理課堂。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);高中物理;自制教具

中圖分類(lèi)號(hào)：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2097-1737（2022）21-0019-03

引? 言

物理課程本身所具備的實(shí)驗(yàn)性和探究性，決定了教師要高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。核心素養(yǎng)背景下，很多教師將實(shí)驗(yàn)課程搬到了課堂上，讓學(xué)生多實(shí)驗(yàn)、多觀察、多探究。教具和器具是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和前提，教師如果直接應(yīng)用學(xué)生不熟悉或者過(guò)新的教具，很容易導(dǎo)致學(xué)生的認(rèn)知與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)的情況出現(xiàn)，進(jìn)而影響到實(shí)驗(yàn)效果。受其他因素的限制，學(xué)生無(wú)法在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，這時(shí)，自制教具的作用就凸顯出來(lái)。自制教具通過(guò)改裝與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的家用器具而成，不僅可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，也不會(huì)使學(xué)生感覺(jué)到陌生和抵觸，而且學(xué)生自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的器具進(jìn)行改造，有利于激發(fā)他們的創(chuàng)造熱情，使他們養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，這對(duì)提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)也有非常重要的意義。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)提出了明確的要求，即教師要培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)的態(tài)度和責(zé)任。

物理觀念主要指的是在物理學(xué)科當(dāng)中的物理概念、定理、現(xiàn)象及規(guī)律。自制教具的實(shí)施基于物理觀念，所以物理概念在物理學(xué)科教學(xué)中具有輔助性的教育價(jià)值。物理科學(xué)思維主要指的是學(xué)生對(duì)物理事物、現(xiàn)象、內(nèi)部規(guī)律及其相關(guān)作用之間的認(rèn)知與了解，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建物理模型。物理科學(xué)探究指的是對(duì)問(wèn)題的猜想、驗(yàn)證及解決，也就是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行猜想和假設(shè)，并據(jù)此制訂實(shí)施方案。這些都為物理教具的自制提供了有利的契機(jī)，也保證了教具的自制效果?？茖W(xué)態(tài)度和責(zé)任是物理學(xué)習(xí)的終極追求，也就是使學(xué)生經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)物理學(xué)科的本質(zhì)、物理技術(shù)及社會(huì)關(guān)系等具有科學(xué)的態(tài)度及責(zé)任，這也是物理知識(shí)體系不斷修正和發(fā)展的結(jié)果[1]。

二、高中物理自制教具及其特色分析

關(guān)于教具的理解有很多，一般認(rèn)為教具是輔助物理課堂的物品，而最常見(jiàn)的就是教材。高中物理教具涉及的內(nèi)容非常廣泛，既包含各種實(shí)物，也包含圖像及模型，這些都可以對(duì)物理現(xiàn)象和科學(xué)過(guò)程進(jìn)行再現(xiàn)。在高中物理教學(xué)中，教師和學(xué)生通過(guò)自制教具，對(duì)某一現(xiàn)象、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詮釋?zhuān)軌蜃寣W(xué)生更直觀地理解相對(duì)抽象的物理知識(shí)點(diǎn)。

教具的使用主要有兩方面，一是教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行演示，二是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的器材。在物理學(xué)科教學(xué)改革不斷推進(jìn)的情況下，物理教學(xué)主要向?qū)W生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)靠攏，學(xué)生參與教具制作的積極性不斷提升，自制教具也直接體現(xiàn)了學(xué)生的動(dòng)手與實(shí)踐能力，這也被納入物理教育的考查范圍。

自制教具在物理課堂教學(xué)中有很好的輔助作用，并且具有自己的特色。自制教具的應(yīng)用簡(jiǎn)化了教學(xué)過(guò)程，提升了教學(xué)成效，具體特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，靈活和多變性。自制教具主要是由生活中常見(jiàn)的日用品或一些廢舊物品制作而成，能夠改變學(xué)生對(duì)事物持有功能固定態(tài)度的想法，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新力。自制教具具有經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性、靈活性的特點(diǎn)，能夠?qū)ξ锢砀拍睢⒍ɡ淼冗M(jìn)行很好的解釋。

第二，充分體現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。高中物理自制教具的應(yīng)用，需要學(xué)生將物理知識(shí)與其他學(xué)科的知識(shí)結(jié)合到一起，這也體現(xiàn)了核心素養(yǎng)下各學(xué)科之間的整合和滲透。自制教具材料簡(jiǎn)單，操作方便，靈活多變，可以隨時(shí)隨地制作和使用。

第三，形式多樣化。隨著時(shí)代的變革，物理教學(xué)自制教具的覆蓋范圍也在不斷拓展。物理教具可以通過(guò)實(shí)物制作出來(lái)，也可以利用軟件進(jìn)行編輯，以教師制作，或者師生合作探究性制作為主。教具的制作可以是針對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也可以是針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)。其制作內(nèi)容和形式不同，所呈現(xiàn)出的功能也就不同，這也是自制教具的魅力所在。因此，在高中物理教學(xué)中，通過(guò)自制教具，教師可以幫助學(xué)生更好地理解物理問(wèn)題，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，幫助他們突破重難點(diǎn)等有很大的幫助。

三、自制教具的選材及其設(shè)計(jì)原則

（一）自制教具選材的原則

第一，經(jīng)濟(jì)性。自制教具是為了方便物理授課，在教學(xué)實(shí)踐中，絕大多數(shù)物理教師是自費(fèi)制作教具，所以經(jīng)濟(jì)性原則也是教具制作中必須充分考慮的，制作性?xún)r(jià)比高的教具至關(guān)重要。隨著教育教學(xué)改革的推進(jìn)，自制教具在物理教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用越來(lái)越深入。新課程改革也提倡教師自制教具，專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)貼也在不斷增加，這也為教師自制教具的實(shí)施提供了非常大的空間[2]。

第二，廣泛性。生活中的很多物品都可以被作為教具，包括礦泉水瓶、紙殼、木板、飲料罐、吸管等。自制教具在廣泛性的基礎(chǔ)上也具有一定的專(zhuān)業(yè)性，如磁鐵、金屬導(dǎo)線(xiàn)等，這些專(zhuān)業(yè)性的教具在現(xiàn)實(shí)生活中也非常容易購(gòu)買(mǎi)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)實(shí)生活中，只要是可以解決物理問(wèn)題、展示物理現(xiàn)象的材料，都可以用在物理教具的制作當(dāng)中。

（二）自制教具設(shè)計(jì)的原則

教師在物理教學(xué)中自制教具授課，主要目的是強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解，加強(qiáng)學(xué)生的記憶與感知能力。教師利用自制教具開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，可以鍛煉學(xué)生的思維，使學(xué)生將抽象思維和邏輯思維等結(jié)合到一起。在自制教具時(shí)，教師應(yīng)遵循如下原則。

第一，學(xué)生的參與性原則。在物理課堂上，最重要的是利用好教具組織實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，所以學(xué)生的課堂參與度非常重要。學(xué)生積極參與到教學(xué)中，可以更好地理解物理現(xiàn)象，解釋物理問(wèn)題。這不僅可以幫助學(xué)生了解更多的物理信息和相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，還能夠提升學(xué)生的物理實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

第二，實(shí)用性原則。自制物理教具操作起來(lái)簡(jiǎn)單、方便，而且具有可以直觀演示操作的特點(diǎn)，能夠更好地服務(wù)于教學(xué)，但是自制教具不能過(guò)分地關(guān)注外表，也不能過(guò)多地對(duì)其衍生性的效益進(jìn)行考慮。這樣才可以避免學(xué)生將過(guò)多的關(guān)注點(diǎn)放在教具上，使教具更好地發(fā)揮自身的作用。

第三，科學(xué)性原則。自制教具是由教師或者教師和學(xué)生共同完成的，自制過(guò)程和結(jié)果都要具備科學(xué)性，不能弄虛作假。物理教具的使用主要是為了展示物理知識(shí)點(diǎn)，因此，教具制作及使用的科學(xué)性是必然的，這樣才可以更好地鍛煉學(xué)生的思維品質(zhì)。

四、核心素養(yǎng)下高中物理教具的自制

（一）以物理觀念為基礎(chǔ)的教具設(shè)計(jì)

學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)重點(diǎn)應(yīng)放在物理現(xiàn)象、物理規(guī)律及物理概念上，這是強(qiáng)化學(xué)生物理學(xué)習(xí)效果非常重要的手段。物理學(xué)科中存在很多抽象和微觀的知識(shí)，很多物理知識(shí)點(diǎn)理解起來(lái)十分困難。基于物理觀念的教具設(shè)計(jì)可以夯實(shí)學(xué)生的基本功，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[3]。物理觀念是高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)和前提。通過(guò)物理自制教具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，教師可以將知識(shí)點(diǎn)從微觀轉(zhuǎn)換到直觀、從抽象轉(zhuǎn)化到具體、從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化到靜態(tài)。教師借助教具可以幫助學(xué)生更好地觀察物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生歸納現(xiàn)象背后的本質(zhì)及規(guī)律，并從實(shí)驗(yàn)中找到解決問(wèn)題的方法和策略。

高中物理中很多知識(shí)點(diǎn)比較抽象，這也是高中物理學(xué)習(xí)起來(lái)困難的原因所在。而想要對(duì)抽象的概念進(jìn)行理解，學(xué)生就需要結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建物理模型或者通過(guò)多種方式對(duì)物理學(xué)的研究規(guī)律進(jìn)行探析。教師要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的物理思維、邏輯思維等，將抽象的物理知識(shí)具象化，強(qiáng)化物理概念。因此，在具體的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師還應(yīng)該堅(jiān)持從抽象到具象的原則。

例如，在對(duì)“電場(chǎng)線(xiàn)”這一物理概念進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師可以組織學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)教具。教師可以組織學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)將頭發(fā)屑漂浮在蓖麻油當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)，通電讓學(xué)生觀察受力情況。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)單，利用生活中的工具就可以改裝完成。學(xué)生通過(guò)教具設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)觀察，可以將“電場(chǎng)線(xiàn)”理解得更加透徹。

又如，在教學(xué)“靜電”這一部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師可以組織學(xué)生利用生活中常見(jiàn)的工具制作靜電實(shí)驗(yàn)儀器。首先，教師可以引導(dǎo)學(xué)生想一想家中哪些工具與靜電有關(guān)，引出夏季常用的電蚊拍，然后分析電蚊拍的工作原理，在蚊子觸碰電網(wǎng)后，電網(wǎng)就會(huì)短路，產(chǎn)生的電流可以將蚊子電暈。電蚊拍的內(nèi)部電路是不會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危害的，所以可以將其用在高壓靜電的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。其次，制作靜電實(shí)驗(yàn)儀器。準(zhǔn)備工具：電蚊拍、導(dǎo)線(xiàn)、剪刀、錫紙、塑料瓶、易拉罐、泡沫板;將易拉罐剪出四個(gè)直徑為12厘米左右的圓形片;將錫紙用手搓成直徑在0.5厘米以?xún)?nèi)的小球;在塑料瓶上剪出大概高為5厘米的環(huán)形邊，注意要用大口徑塑料瓶;每?jī)蓚€(gè)圓片和環(huán)形邊組合成一個(gè)密封的小容器，將錫紙球放在里面，用熱熔膠固定，制作成靜電跳球?qū)嶒?yàn)儀器。最后，實(shí)驗(yàn)操作，取兩根導(dǎo)線(xiàn)，一端分別連接在電蚊拍高壓電網(wǎng)的內(nèi)外網(wǎng)上，另一端接在制作好的靜電跳球?qū)嶒?yàn)儀器的兩個(gè)圓片上，打開(kāi)電源后可以看到錫紙球在上下兩塊板之間來(lái)回跳動(dòng)。

（二）培養(yǎng)科學(xué)思維的教具設(shè)計(jì)

物理作為一門(mén)實(shí)驗(yàn)探究課程，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建能力和思維能力等。所以，在物理教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生設(shè)計(jì)培養(yǎng)科學(xué)思維的教具，鍛煉與發(fā)展學(xué)生的逆向思維。

例如，在安培力大小這一單元的教學(xué)中，教師就可以設(shè)計(jì)關(guān)于安培力大小的探究實(shí)驗(yàn)。首先，制作方法。準(zhǔn)備兩個(gè)支架，一個(gè)支架上放有角度并且可以轉(zhuǎn)動(dòng)的刻度盤(pán)，用釹鐵硼強(qiáng)磁鐵在刻度盤(pán)上構(gòu)建起平行的磁場(chǎng)，注意高度要保持在線(xiàn)圈之下，將臺(tái)秤放在水平的桌面上，并將另一個(gè)支架放在臺(tái)秤上，在第一個(gè)支架上固定多扎的銅絲線(xiàn)圈，另一個(gè)支架直接通過(guò)第一個(gè)支架刻度盤(pán)中間的孔，確保兩個(gè)支架不發(fā)生接觸。其次，實(shí)驗(yàn)過(guò)程。保證桌面處于水平的狀態(tài)，利用臺(tái)秤上的去皮功能將第二個(gè)支架的質(zhì)量示數(shù)清零。然后轉(zhuǎn)動(dòng)角度刻度盤(pán)，讓線(xiàn)圈和磁場(chǎng)保持垂直，接通電源，改變線(xiàn)圈電流的大小，對(duì)臺(tái)秤的示數(shù)進(jìn)行記錄;改變釹鐵硼強(qiáng)磁鐵的個(gè)數(shù)，待磁場(chǎng)的強(qiáng)度改變后記錄臺(tái)秤的示數(shù);改變接入電流的線(xiàn)圈匝數(shù)，然后接通電源記錄示數(shù)。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，學(xué)生便可得出安培力的大小和電流、磁場(chǎng)的強(qiáng)度、導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度及流經(jīng)線(xiàn)圈等都有直接關(guān)系。

（三）培養(yǎng)探究能力的教具設(shè)計(jì)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)素質(zhì)教育的重視程度越來(lái)越高，更強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生各方面素養(yǎng)的關(guān)注和培養(yǎng)，所以在自制教具時(shí)，教師也應(yīng)體現(xiàn)這一點(diǎn)，讓學(xué)生可以在制作教具的過(guò)程中啟發(fā)想象力，開(kāi)發(fā)智力，在實(shí)驗(yàn)探究及問(wèn)題提出和解決中真正學(xué)習(xí)到知識(shí)。

例如，在教學(xué)“向心力”這部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行教具的自主設(shè)計(jì)。向心力是一節(jié)比較有趣的課程，教師可以設(shè)計(jì)“水流星”的自制教具。準(zhǔn)備一根繩子，一邊綁住桶，一邊用手拉動(dòng)快速地轉(zhuǎn)動(dòng)，桶中的水沒(méi)有溢出，體現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)原理就是向心力。在課堂上，教師可以組織學(xué)生利用生活用品再做一個(gè)對(duì)向心力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的新教具。首先，制作方法。準(zhǔn)備一根100厘米的繩子，一端固定一個(gè)50g的秤砣，一端穿過(guò)硬質(zhì)的塑料管，繩子的另一端固定一瓶沒(méi)有打開(kāi)的礦泉水。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在制作完教具后，教師可以將其用在圓周運(yùn)動(dòng)中，給學(xué)生制造懸念，激發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的探究欲望，然后用手將硬質(zhì)塑料管握住，讓秤砣在水平面上快速旋轉(zhuǎn)，秤砣離心之后繩子會(huì)繃緊，進(jìn)而拉動(dòng)礦泉水瓶子，確保其不落下來(lái)。將教具應(yīng)用在向心力探究中，能夠讓學(xué)生更加直觀地感受實(shí)驗(yàn)效果。

結(jié)? 語(yǔ)

綜上所述，高中物理自制教具重點(diǎn)考查的是學(xué)生的自主性和創(chuàng)造性，同時(shí)也是對(duì)學(xué)生物理知識(shí)學(xué)習(xí)情況的直接考查。因此，基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)要充分體現(xiàn)學(xué)生的自主性，巧妙地利用生活中現(xiàn)有的物品制作新的教具，創(chuàng)新學(xué)生思維，從物理理念的深入、學(xué)生科學(xué)思維及科學(xué)研究能力的培養(yǎng)方面強(qiáng)化自制教具的實(shí)驗(yàn)效果，使學(xué)生真正得到鍛煉、得到成長(zhǎng)。

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基金項(xiàng)目：本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項(xiàng)課題“‘雙減’背景下中學(xué)物理校本作業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”（立項(xiàng)編號(hào)：Fjjgzx21-155）的階段性成果。

作者簡(jiǎn)介：施沙丹（1981.10-），女，福建福州人，

任教于福建省福清第一中學(xué)，中學(xué)一級(jí)教師。