淺談“自制滑動(dòng)變阻器”教具之改進(jìn)

梅增高

【摘要】新課程倡導(dǎo)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”[1]的理念，貼近學(xué)生生活，以身邊的或生活中的物品，就地取材，積極開(kāi)展自制教具、小實(shí)驗(yàn)等課后實(shí)踐活動(dòng)，意在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).筆者借“自制滑動(dòng)變阻器”教具為例，淺談教具在自制過(guò)程中的設(shè)想、制作過(guò)程、改進(jìn)與創(chuàng)新、價(jià)值評(píng)估等方面的認(rèn)識(shí).以自制教具為學(xué)生課后實(shí)踐活動(dòng)的抓手，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣與動(dòng)機(jī)，驅(qū)使核心素養(yǎng)的形成.

【關(guān)鍵詞】初中物理；自制教具；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 引言

開(kāi)展初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之瓶頸是只能停留在課堂，不能延伸到課外，課外實(shí)踐活動(dòng)可以用身邊易得物品做實(shí)驗(yàn)，所以有必要積極開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)教具自制活動(dòng).自制教具能激發(fā)學(xué)生興趣和求知欲，該活動(dòng)需要師生共同的努力與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的新突破.課外自制教具活動(dòng)的目的是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神，這正是初中物理新課改背景下的實(shí)質(zhì)所在.

自制“滑動(dòng)變阻器”教具能有效解決物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，需要教師利用自制教具活動(dòng)去引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理儀器的模型，發(fā)揮想象力，有利于課外“小發(fā)明”活動(dòng)的開(kāi)展.作為教師，要求能在時(shí)間較少的課堂中，及時(shí)明了地展現(xiàn)“滑動(dòng)變阻器”的本質(zhì)及原理，以提高課堂教學(xué)效益及其有效性.

2 滑動(dòng)變阻器的科學(xué)原理與接線(xiàn)方法

如圖1所示是實(shí)驗(yàn)室中常用的滑動(dòng)變阻器實(shí)物.滑動(dòng)變阻器的主要部件有：①支架；②滑片P；③金屬桿；④瓷管；⑤表面涂有絕緣漆、密繞在瓷管上的電阻絲[2]（電阻絲的兩端分別與接線(xiàn)柱A、B相連，與滑片P接觸處的電阻絲表面的絕緣漆已被刮去，金屬桿兩端的接線(xiàn)柱C、D都能通過(guò)滑片P與電阻絲相連接）.

滑動(dòng)變阻器的原理：改變接入電路中的電阻絲長(zhǎng)度，改變接入的電阻值，從而改變電路中的電流.

滑動(dòng)變阻器的接法：接法總共有6種.滑動(dòng)變阻器有4個(gè)接線(xiàn)柱分別為A、B（下面的2個(gè)接線(xiàn)柱）；C、D（上面的2個(gè)接線(xiàn)柱）.其中，（1）接線(xiàn)是接同上C、D接線(xiàn)柱，就相當(dāng)于接了一根導(dǎo)線(xiàn)；（2）接線(xiàn)是接同下A、B接線(xiàn)柱，就相當(dāng)于接了一個(gè)阻值很大的定值電阻（因?yàn)闊o(wú)論怎么移動(dòng)滑片P，也不能改變接入電阻絲的長(zhǎng)度，實(shí)際就是整個(gè)電阻絲接入電路）.以上同上或同下這2種接法都是錯(cuò)誤的.

滑動(dòng)變阻器正確的接法：“一上一下”的接法，即“接了上面一個(gè)接線(xiàn)柱，就必須要接下面一個(gè)接線(xiàn)柱；接了下面一個(gè)接線(xiàn)柱，就必須要接上面一個(gè)接線(xiàn)柱”.接線(xiàn)柱“一上一下”的正確接法分別為：AC、AD、BC、BD這4種接法.

問(wèn)題：“一上一下”的這4種接法，滑動(dòng)變阻器接入電路中是哪段電阻絲？哪段電阻絲上有通過(guò)的電流無(wú)法更直接、更直觀觀察到.為解決這個(gè)問(wèn)題，必要提出設(shè)計(jì)“滑動(dòng)變阻器教具”，要求“滑動(dòng)變阻器教具”接入電路中能夠直觀地反映出哪段電阻絲上有電流通過(guò)，即判斷為接入電路的電阻絲.

3 “自制滑動(dòng)變阻器”教具的設(shè)想與創(chuàng)新點(diǎn)

初步設(shè)計(jì)構(gòu)思：用“能發(fā)光LED的軟燈條”來(lái)替代滑動(dòng)變阻器中電阻絲，緊密?chē)@在瓷管的模型上構(gòu)造“滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)模型”.只要接上“一上一下”兩接線(xiàn)柱，就可以看到哪段LED軟燈條發(fā)光，即為有電流通過(guò)的電阻絲（接入電路的電阻絲）.在教學(xué)中用該模型來(lái)展示滑動(dòng)變阻器的原理，能直觀反映出接入是哪段的電路電阻絲，而且又有電流發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象，起到事半功倍的效果.為解決問(wèn)題，便想到利用該項(xiàng)目可以開(kāi)展學(xué)生課后“小發(fā)明”“小創(chuàng)造”自制實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)，從中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力.

在九年級(jí)物理教學(xué)“變阻器”新課中，用自制的“滑動(dòng)變阻器”教具來(lái)展示：滑動(dòng)變阻器在不同的接線(xiàn)下，滑動(dòng)變阻器究竟是哪段的電阻絲接入電路，因?yàn)閷?duì)于普通的滑動(dòng)變阻器不能直觀直接觀察到哪段電阻絲中的有電流通過(guò).因此用此教具是比較輕松、直觀形象地讓學(xué)生看到哪部分電阻絲上有電流（有發(fā)光標(biāo)記），留下深刻的印象.與此同時(shí)可以讓學(xué)生開(kāi)展課后“自制活動(dòng)”，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和求知欲.

創(chuàng)新點(diǎn)：以往很少能夠想到用自制“滑動(dòng)變阻器”教具來(lái)演示說(shuō)明滑動(dòng)變器在不同的接線(xiàn)下接入電路是哪段電阻絲，而是直接將之告知學(xué)生，比較生硬灌輸學(xué)習(xí)，不夠直觀.

4 自制“滑動(dòng)變阻器”教具設(shè)計(jì)與制作過(guò)程說(shuō)明

初步制作教具的過(guò)程說(shuō)明：所用的材料為L(zhǎng)ED軟燈條甲、乙兩根，礦泉水瓶，銅導(dǎo)線(xiàn)若干，硬紙盒兩個(gè).以上材料為生活常見(jiàn)物品，學(xué)生容易開(kāi)展仿制活動(dòng).用礦泉水瓶作為滑動(dòng)變阻器的瓷管，用左右兩端通電便能發(fā)光的LED軟燈條作為滑動(dòng)變阻器的電阻絲，用一定直徑的銅導(dǎo)線(xiàn)作為滑動(dòng)變阻器的金屬桿.制作中可以使用工具塑料焊接器來(lái)固定部分位置的作用.

制作過(guò)程：如圖2所示，分別將兩段LED軟燈條甲和乙緊密纏繞在礦泉水瓶上.甲燈條從左邊繞起，乙燈條從右邊繞起，該甲、乙兩段軟燈條在中間連接處有間隙.甲燈條的兩個(gè)接線(xiàn)腳為“左邊上一個(gè)，下一個(gè)”接線(xiàn)柱；乙燈條的兩個(gè)接線(xiàn)腳為“右邊上一個(gè)，下一個(gè)”接線(xiàn)柱.用塑料焊接器將礦泉水瓶（即為滑動(dòng)變阻器的瓷筒）焊接固定在兩個(gè)硬紙盒上（支架）.

在初步制作的教具基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)：如圖3所示，用標(biāo)注有A、B、C、D的四張硬卡片分別粘在“滑動(dòng)變阻器”教具的四個(gè)接線(xiàn)柱上，便于能夠清晰地表述哪個(gè)接線(xiàn)柱，以及如何接線(xiàn)接入電路，便于觀察.

教具制作再作優(yōu)化與改進(jìn)：該教具中再增設(shè)一個(gè)B′接線(xiàn)柱，是為了演示說(shuō)明：接線(xiàn)A、B′接線(xiàn)柱，滑動(dòng)變阻器接入阻值是整個(gè)電阻絲長(zhǎng)度（即：甲、乙兩LED軟燈條全亮）.

5 “自制滑動(dòng)變阻器”教具各種接法的測(cè)試圖

由圖4中“滑動(dòng)變阻器”教具直接看出：接線(xiàn)A、C接線(xiàn)柱時(shí)，A必須接“+”，C必須接“-”；接線(xiàn)A、D接線(xiàn)柱時(shí)，A必須接“+”，D必須接“-”.接線(xiàn)AC接線(xiàn)柱與接線(xiàn)AD接線(xiàn)柱是同種效果接法，是接入電路的同段電阻絲（LED軟燈條甲亮）.

接線(xiàn)B、C接線(xiàn)柱，B必須接“+”，C必須接“-”；接線(xiàn)B、D接線(xiàn)柱，B必須接“+”，D必須接“-”.接線(xiàn)BC接線(xiàn)柱與接線(xiàn)BD接線(xiàn)柱也是同種效果接法，是接入電路的同段電阻絲（LED軟燈條乙亮）.

改進(jìn)之處：如圖5所示，該教具中增設(shè)一個(gè)B′接線(xiàn)柱，接線(xiàn)A、B′接線(xiàn)時(shí)，A必須接“+”，B′必須接“-”.是為了演示說(shuō)明：接線(xiàn)A、B′接線(xiàn)柱，滑動(dòng)變阻器接入阻值是整個(gè)電阻絲長(zhǎng)度（即：甲、乙兩LED軟燈條皆亮）

6 “自制教具”在物理教學(xué)中特有的教學(xué)功能

“自制教具”的活動(dòng)開(kāi)展是創(chuàng)新意識(shí)形成的課外平臺(tái)，評(píng)價(jià)與改進(jìn)是創(chuàng)新的源泉，學(xué)生的創(chuàng)新在形式上表現(xiàn)為一系列問(wèn)題提出、分析和各種嘗試性解決問(wèn)題的努力過(guò)程，而這些都是附加在自制教具過(guò)程中的重要環(huán)節(jié).學(xué)生對(duì)自制的教具，不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化、不斷創(chuàng)新，這些過(guò)程實(shí)質(zhì)為內(nèi)驅(qū)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成.

低成本教具雖然成本低，但智慧不低、價(jià)值不低.利用和制作低成本教具，對(duì)教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求較高，不僅自己要?jiǎng)邮謪⑴c設(shè)計(jì)和制作，還需要指導(dǎo)和幫助學(xué)生進(jìn)行小制作、小發(fā)明；不僅需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還需要一定的動(dòng)手能力.

自制教具活動(dòng)不僅是教師參與其中的項(xiàng)目，更是學(xué)生不可缺少的提升核心素養(yǎng)的有效途徑.自制教具活動(dòng)無(wú)形中滲透著“生生互動(dòng)”“師生互動(dòng)”“組組互動(dòng)”各種形式的交流、評(píng)估，發(fā)揮評(píng)價(jià)的育人機(jī)制，伴隨著教具的不斷完善、不斷改進(jìn)、不斷創(chuàng)新過(guò)程，最終內(nèi)驅(qū)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成.所以“自制教具活動(dòng)”可成為課堂物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充.積極開(kāi)展“自制教具活動(dòng)”給予學(xué)生自由發(fā)揮的空間，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，獲得成功的喜悅和信心，其活動(dòng)作用可以融洽師生情感，也可認(rèn)為是轉(zhuǎn)化后進(jìn)生的有效途徑.

當(dāng)然學(xué)生在教具自制中，難免出現(xiàn)自制失誤或失敗，讓學(xué)生學(xué)會(huì)坦然面對(duì)失敗，敢于正視挫折，進(jìn)行挫折教育，使德育滲透于其中.教師需鼓勵(lì)、激勵(lì)學(xué)生排查失敗的原因，排除故障，直到順利完成自制作品，從而學(xué)生心理素質(zhì)得以強(qiáng)化和提高.

7 結(jié)語(yǔ)

自制教具所使用的制作材料都是學(xué)生生活中易得的物品，便于學(xué)生收集、課后自制活動(dòng)的順利開(kāi)展.不過(guò)，自制此教具手工比較容易，學(xué)生容易操作自制，目的也是能培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)動(dòng)手、愛(ài)動(dòng)腦、愛(ài)學(xué)習(xí)的習(xí)慣與核心素養(yǎng)，激發(fā)其物理學(xué)習(xí)的興趣，已經(jīng)足矣.

以上為筆者對(duì)有關(guān)“自制滑動(dòng)變阻器”教具之改進(jìn)的看法和基本認(rèn)識(shí)，不足之處敬請(qǐng)指導(dǎo)、修正.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：2.

[2]劉炳昇，李容.義務(wù)教育教科書(shū)物理九年級(jí)上冊(cè)[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2016：92.

[3]毛建增.中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新意識(shí)流思考[J].物理教學(xué)探討，2011，29（05）：72-75.

[4]劉建周.中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生實(shí)踐能力的提高[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2012（07）：14-16.