運用自制教具培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的思考

文/張 俊

引 言

新課程的不斷深化改革對教師提出了更高的要求，要求教師必須注重培養(yǎng)學生的實踐能力。特別是在初中物理課堂教學中，教師不僅要將相關理論知識講解給學生，還要提高其分析問題、解決實際問題的能力，幫助學生真正理解并掌握理論知識，從而更好地發(fā)揮其在日常生活中的指導作用。基于此，教師必須摒棄傳統(tǒng)教學方法，創(chuàng)新并優(yōu)化教學模式，加強對學生探索能力及實踐能力的培養(yǎng)。

一、自制教具的設計特點

（一）低成本

目前，對于很多學校來說，實驗室中的設備還不夠完備，教師之所以在物理課堂教學中運用自制教具，是因為其具有經(jīng)濟實惠等明顯優(yōu)勢特點。舉例來說，自制教具的材料可以是一些生活用品，甚至是已經(jīng)廢棄了的物品，使學校設備器材空缺的不足得到有效彌補。因此，在物理教學中，教師可以向?qū)W生滲透節(jié)約意識，將生活材料進行合理改造，使其能幫助學生學習物理知識，豐富知識儲備[1]。

（二）易操作

在利用自制教具進行物理實驗時，教師可以根據(jù)實際要求對其進行相應的改造，同時也可以讓學生協(xié)助，提升其課堂教學參與度。這樣不僅能為學生觀察實驗現(xiàn)象提供便利條件，還能與學生的實際需求相契合。此處，教師通過改造自制教具，還能鍛煉學生的

動手能力，打造充滿趣味性的物理課堂。

（三）效果顯著

在初中物理教學中，自制教具通常都是在已有儀器設備或研究成果的基礎上制成的。隨著時代的進步，自制教具也在不斷更新，教師可以讓學生通過演示，對物理現(xiàn)象有直觀地了解，并在對實驗結果的認真分析下，解決物理教學中的重難點，增強教學效果[2]。

二、自制教具在初中物理教學中的優(yōu)勢

將自制教具運用到初中物理課堂教學中，優(yōu)勢十分明顯。首先，從取材方面來看，方便且成本低，這也是自制教具的最大優(yōu)勢。一些比較專業(yè)的實驗設備通常需要花費大量資金，而自制教具的材料大多都來自日常生活。其次，自制教具的背后蘊含了教師無窮的智慧，教師使用自制教具，可以起到良好的榜樣作用，讓學生在教師的影響下，自主利用生活中的材料制作實驗器材，這不僅能提升學生的科學實驗意識，還能提高學生的實驗能力。最后，自制教具使一些學校實驗室缺失的問題得到有效改善。在一些偏遠地區(qū)，由于教育經(jīng)費的嚴重不足，很多學校都沒有配備專業(yè)化的物理實驗室，導致學生很難親身觀察物理實驗，動手做實驗更是無從談起。而自制教具的使用能夠使以上問題得到有效解決。

三、自制教具的現(xiàn)狀

在應試教育思想的嚴重影響下，無論家長、學生還是教師，都認為高分才是他們奮斗的最終目標，這就導致重理論、輕實踐的現(xiàn)象十分嚴重。一些物理教師對自制教具的看法是：在沒有實驗器材的情況下才需要使用；在實驗器材充足的情況下，自然不用親手制作教具。這種看法導致一些教師過于依賴實驗器材，他們的實驗做得是否成功，完全取決于實驗室有沒有相關器材。

四、運用自制教具培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的策略

（一）“激”求知欲

好奇是科學研究的起點。對于中學生來說，他們的好奇心和求知欲都是比較強烈的，是其參與創(chuàng)新的主要動力。學生親手操作，可以產(chǎn)生濃厚的學習興趣，進而產(chǎn)生強烈的求知意愿，迸發(fā)出思維的火花，而這正是自制教具的優(yōu)勢所在。以“升華和凝華”這一課的相關知識為例，該內(nèi)容要求學生通過觀察實驗現(xiàn)象，對升華和凝華的概念形成初步認識，并理解升華過程要吸熱，凝華過程要放熱。為此，在上課之前，教師可以將一塊手帕放到水中浸濕，然后放在冰箱中進行冷凍，在課上，將其展示給學生，讓他們看到一個已經(jīng)被凍得硬邦邦的手帕，接下來，將其放在一個密封的容器中，然后將液氮打入其中。在經(jīng)過一段時間后，學生發(fā)現(xiàn)手帕已經(jīng)完全變干了。對此，他們感到非常驚奇，不知道為什么在如此低溫的情況下，手帕也能變干。接下來，教師應告訴學生，這就是水的升華，水在沒有變成液態(tài)的情況下，直接汽化成了水蒸氣。此外，教師也可以為學生展示碘的升華實驗，具體如下：將兩三粒固態(tài)的碘放入密封的錐形瓶內(nèi)，然后用酒精燈加熱，就會看到瓶內(nèi)有大量紫色氣體產(chǎn)生，這就是氣態(tài)的碘，在這個過程中，完全沒有出現(xiàn)液態(tài)的碘；接下來停止加熱，瓶子內(nèi)的紫色逐漸消失，最后在瓶底出現(xiàn)一些晶體顆粒。對此，教師向?qū)W生提出問題：這個實驗說明了什么？有的學生說：說明升華的過程需要吸熱；凝華的過程要放熱。上述方式有利于學生得出正確結論，為深刻理解和記憶知識奠定基礎。

（二）“重”體驗

在初中物理課堂教學中，一些實驗設備經(jīng)過長時間使用，已經(jīng)無法滿足當下的實驗需求，對學生的實驗研究造成一定阻礙，導致實驗探究活動效率呈明顯下降趨勢，教學效果不佳。雖然學校會對老舊實驗設備進行更換，但由于教育資金有限，需要很長時間才能全部替換完成。對此，在實際教學過程中，教師可以運用自制教具讓學生參與實驗探究活動，在幫助他們形成良好學習體驗的同時，加深其對物理知識的理解。以教學“電阻和變阻器”這一課的相關知識為例，其教學目標是讓學生理解電阻的概念以及滑動變阻器的構造，理解影響電阻大小的因素等。為此，在為學生講解了理論知識后，教師可以為他們展示自制教具，加深學生對電阻知識的理解。具體來說，需要用到的材料有玻璃管、紅豆、廢棄的礦泉水瓶。教師用剪刀將礦泉水瓶從中間截斷，這樣帶瓶蓋部分就如同一個漏斗，接下來在瓶蓋上鉆出一個與玻璃管直徑相同的孔，并將一個玻璃管的一端插入其中，礦泉水瓶子的另一部分則放置在玻璃管的另一端；另一個玻璃管中放入足夠多的紅豆，其余均與第一個玻璃管相同。最后，教師將水從漏斗的一端倒入，沒有紅豆的玻璃管中水徑直流下，而有紅豆的玻璃管中流出的水明顯要少一些。針對這一現(xiàn)象，教師講解道：“這兩條玻璃管就相當于是導體，剛才流動的水就是電流，而第二個玻璃管中的水之所以比第一個玻璃管中的水少，是因為紅豆在其中起到了一定阻礙作用，也就是電阻?！痹谝龑W生了解滑動變阻器的構造時，教師可以將以上自制教具加以改造，用塑料管代替玻璃管，并將塑料管制作成一個倒放“Y”的形狀，在主路和一個分支中放入紅豆，另一個不放，然后將水從上往下倒入，很明顯看到水從沒有紅豆的分支中流出。接下來，教師改變分叉點的高度，以此類比滑動變阻器的構造。上述教學方式能夠幫助學生加深對所學物理知識的理解，實現(xiàn)課堂教學效果的進一步增強。

（三）“深”思維

自制教具相對于傳統(tǒng)教具的優(yōu)勢在于其具有較強的靈活性及針對性，不但在展示時更具直觀性，而且由于教具多由學生親手制作，所以他們往往能夠積極主動參與實驗。此外，將自制教具運用到初中物理教學中，可以更好地為學生展示物理現(xiàn)象，有效彌補實驗器材不足的問題，讓學生提高物理思維能力[3]。以教學“能量的轉(zhuǎn)化與守恒”這一課的相關知識為例，本課需要學生了解各種形式的能量，知道能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，理解能量守恒定律。為此，教師可以引導學生嘗試制作“永動機”：分別取一個電池和強力磁鐵，然后將磁鐵與電池的正極相連。由于磁鐵具有磁力，所以可以穩(wěn)定電池。接下來，教師截取一段焊錫絲，對折的長度與電池的長度相等即可，把焊絲擰起來，即將一個線纏繞在另一個線上。最后，教師把繞好的焊絲放在電池上，上端與負極相連，下端則要保證與強力磁鐵相接觸。完成后，學生就會看到在磁力的作用下，焊絲圍繞電池轉(zhuǎn)起來。對此，教師提問學生：“焊絲會一直轉(zhuǎn)下去嗎？”在給予學生充足的思考時間后，學生認為焊絲之所以會轉(zhuǎn)動，主要是受磁鐵的影響，但如果經(jīng)過一段時間以后，磁力消失，那焊絲就會停止轉(zhuǎn)動，所以理論上“永動機”是不存在的。學生給出的回答非常正確。上述教學方式能夠讓學生的思維更具深度，讓他們可以透過現(xiàn)象看到事物的本質(zhì)。

（四）“強”探究技能

人類對客觀世界的認識通常是由探索來實現(xiàn)的。研究表明：在教學中，讓學生利用自制教具進行實驗操作，除了能夠加深學生對所學知識的理解，提升其解決實際問題的能力外，還有利于學生形成科學的態(tài)度。因此，在實際教學過程中，教師不僅要借助身邊的器材為學生進行實驗演示，還要讓學生盡可能多地參與實驗探究。以教學“物體的內(nèi)能”這一課的相關知識為例，教學目標為通過觀察實驗，了解同一個物體其內(nèi)能和溫度的關系并能做簡單描述；知道內(nèi)能可以通過做功和熱傳遞的方式加以改變；能夠正確判斷出物體內(nèi)能發(fā)生改變與否以及具體改變的方法。在教學中，教師可以先引導學生觀察生活中的例子，讓他們知道內(nèi)能的存在，然后，讓學生猜想一個物體的內(nèi)能都受哪些因素影響?！安孪搿边@種科學研究方法，在物理智慧中最為活躍，有利于學生創(chuàng)新思維的充分發(fā)揮。但是，教師也必須讓學生說一說具體的猜想理由，避免天馬行空的想象，達到去偽存真的目的。在聽取了學生的回答后，教師總結出他們的答案分別為壓強、做功、熱傳遞等。接下來，為了驗證以上答案是否正確，教師可以讓學生利用身邊的物品進行實驗。具體來說，教師可按照同組異質(zhì)原則，將班級學生分成多個小組，小組成員需要采用合作的方式，利用身邊的物品探究上述結論的正確性。在給予了學生充足的時間后，他們有的取來一個配有活塞的玻璃筒，然后將一塊硝化棉放入其中，迅速壓下活塞，發(fā)現(xiàn)硝化棉燃燒起來，學生由此發(fā)現(xiàn)做功是可以改變物體內(nèi)能的，因為壓縮活塞也就是對筒內(nèi)的空氣做功，而導致筒內(nèi)空氣內(nèi)能增加。那么，如何證明熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能呢？有的小組取來一根鐵絲，并將其放在酒精燈上烤，不一會兒，鐵絲就被燒得通紅，鐵絲的溫度上升，內(nèi)能增加，可見，熱傳遞也是可以改變物體內(nèi)能的。有的小組在一本書上放了不同重量的物品，經(jīng)過一段時間后發(fā)現(xiàn)書的溫度并沒有發(fā)生變化，由此得知壓強并不是改變物體內(nèi)能的因素。最后，學生總結得出改變物體內(nèi)能的方法分別為做功和熱傳遞。上述方式除了能夠深化學生對所學知識的理解外，還能促進學生探究技能的進一步提高。

（五）“提”創(chuàng)新意識

素質(zhì)教育是為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。因此，在初中物理課堂教學中，教師應重視對學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，促使其進一步提升創(chuàng)新能力。

以“電是什么”這一課的知識為例，本課要求學生領會物體帶電的概念，知道電荷總共有兩種以及電荷間相互作用的規(guī)律。為此，在上課之前，教師可以先為學生布置一個任務：“同學們，我們的生活是離不開電的，那么就請大家利用身邊的物品證明電的存在吧！”上課時，學生紛紛展示自己的成果：有的學生用一個透明的塑料尺子在頭發(fā)上摩擦，在經(jīng)過一段時間以后用這個尺子去接觸被撕碎的小紙片，發(fā)現(xiàn)這些小紙片都被吸附到尺子上；有的學生則拿了兩個氣球，在頭發(fā)上反復摩擦后，將其放在墻面上，此時氣球并沒有掉落，而是固定在了墻壁上；有的學生則列舉了一些生活中的例子，如晚上關燈脫衣服時，經(jīng)常會有靜電產(chǎn)生，而且頭發(fā)也可能會在靜電的影響下“飛”起來。在這個過程中，教師發(fā)現(xiàn)學生的創(chuàng)造力無窮無盡。不過，自制教具對教學活動的開展雖然具有一定的促進作用，但由于學生缺乏熟練的操作技能，在使用自制教具時往往不能做到井然有序，從而出現(xiàn)損壞或遺失實物的現(xiàn)象。因此，在學生操作過程中，教師應給予適當?shù)闹笇?，幫助他們養(yǎng)成良好的習慣。

結 語

在初中物理課堂教學中，自制教具的使用對提高教學實效性具有顯著促進作用，不僅有利于學生更好地學習物理知識，還能夠有效提升學生對相關實驗現(xiàn)象和內(nèi)容的掌握程度，增強學生的學習效果，同時也便于他們對相關知識進行深入探究，增強自身操作能力及解決問題的能力，從而實現(xiàn)全面發(fā)展。