巧借自制教具提升學生物理核心素養

呂艷麗

根據維果斯基的“最近發展區理論”，教學應著眼于學生的最近發展區，為學生提供略帶有難度的任務，這樣不僅能調動學生的積極性，還能最大限度地發揮其潛能。我們的教學不能僅滿足于引領學生獲得知識，還要兼顧在學習過程中提升學生的核心素養。何為物理學科的核心素養？用幾個詞來概括就是：理性、探究、合作、實踐、創新、責任，這些都是適應個人終身發展和社會需要的必備品格和關鍵能力。心理學研究表明：學習的內容與學生的生活背景越貼近，挑戰性就越強，學生的興奮度就越高，思維能力就越強。

那如何為學生創設一種這樣的情境呢？首先是利用學生身邊的實驗裝置，讓他們在完成正常的學習任務時，教師適當點撥，讓學生發現實驗裝置的不足，然后想辦法去解決這個不足，解決的過程就是一個創新、實踐的過程。我以初中物理教學中的第一個實驗（斜面測速實驗裝置）的改進為例，談談學生在自制教具的過程中對核心素養的提升。

一、通常的學生實驗：斜面測速

初中物理教學中，有一個重要的分組實驗：探究物體從斜面頂端滑下時速度的變化規律。通常根據實驗室配備的器材，學生們來進行這樣的操作：取一個1m長的木板和一個小木塊組裝成坡度較小的斜面，在斜面的中點處放置一個金屬塊，當小車從斜面頂端自由釋放時，開表計時，當撞擊到中點處的金屬塊時，停止計時，這樣就能測出小車在前半段路程中所用的時間;然后，再將金屬塊放置到斜面的最底端（終點）處，再次讓同一小車從斜面的頂端自由滑下時開表計時，當運動到底端時停止計時，這樣就測出了小車全程所用的時間，然后根據相應的路程和時間，計算出上下兩段路程對應的平均速度，從而得出小車運動時的速度變化規律。按照以往的教學，本節的任務就完成了。但若能借題發揮，就能在完成教學任務的同時兼顧提升學生的核心素養了。

二、引領學生針對已有資源，交流、評估，發現問題

師：在經歷速度測量的過程中，你們感到哪些環節上不易操作？

生1：小車沿木板滑下時容易偏離木板，多次操作浪費時間。

生2：在完全相同的條件下，我和同桌測得時間不一樣，不知道誰的測量結果正確。

生3：小車正向撞擊金屬塊時聲音比較大，能提醒計時，但偏著撞擊金屬塊時，聲音很小，會錯過計時。

生4：要測量小車后半段的運動時間，必須要讓小車運動兩次，比較麻煩。

生5：要測量后半段的運動時間，需要測出小車分別從斜面頂端自由運動到底端和運動到中點所用的時間，然后相減得出后半段的運動時間，因為老重復做，那么每次小車從斜面的頂端運動到底端的時間會相同嗎？

生6：斜面的坡角不好調節，要么太大，要么太小，還不穩固。

師：你們能否把這6個問題進行梳理后分類，從而使問題的解決更有針對性呢？

學生們經過討論，歸納為四個方面：一是小車滑下時容易偏離斜面;二是坡角調節;三是因為聽到撞擊聲計時，人聽聲的反應誤差太大，且聲音時大時小，計時有時相當不準確;四是聽撞擊聲計時，要測量后半段的運動時間，需要讓小車運動兩次，操作復雜不易理解。所以，能不能把兩次運動改為一次運動且依次就能測出前半段、后半段的運動時間？

在教師的引導下，學生們經過交流和討論，梳理出了存在的問題，為下一步解決問題作好了鋪墊。

三、針對當前器材不足的問題，合作、創新、實踐，制作出符合自己意愿的作品

經過全班討論，學生們將6個問題分成了三類，第1個問題是偏離軌道問題;第6個問題是坡角調節問題;其余的4個問題都是關于“聽聲計時”的，若要解決這4個問題，就要改變聽聲計時的方案。接下來，全班分組討論并制訂出相應的解決方案，時間是一個周。很快，小組2中的一個學生家里裝修，看到了L型鋁合金窗框的下腳料，立刻想到可將兩條鋁合金窗框并列固定在長木板上，組成一個導軌，用鋼球代替小車，當鋼球在軌道上運動時，解決了偏離軌道問題。小組3中的一個學生把家里的健身球拿來了，使得第1個問題得到徹底解決。小組4中的學生曾經發現實驗室里有升降架，和斜面組合在一起可解決問題6。但學生們對“聽聲計時”的問題一直沉默著，當我們講到“聲的世界”時，談到在百米賽跑時，計時員看煙計時比聽聲計時要準確得多，這個問題立即觸發了學生的靈感，好幾個學生都想到把“聽聲計時”改為“看光計時”，當鋼球運動到中點或終點時，自動接通電路使燈泡發光，看到燈泡發光就停止計時。同學們集思廣益，針對當前器材不足的問題，大家共同合作、創新、實踐，最終制作出了符合意愿的教具作品。

四、自制教具的深遠意義和廣闊前景

在自制教具的過程中，學生們有了將自己的見解公開與他人交流，并主動與他人合作，有了敢于提出與別人不同見解的意識，有敢于放棄或修正自己的錯誤觀點的意識。過程中，還大大提升了學生發現問題的能力、應用知識解決問題的嚴謹態度以及組合創新的實踐能力。總之，自制教具成了培養師生創新精神和實踐能力、推進物理學科核心素養培養的一項重要內容。目前，已引領學生自制教具16類，學生們善于把生活用品組合到實驗教具中，為自制教具打開了思路，又把新材料、新技術“嫁接”到傳統的實驗教具中，還可以把信息技術為代表的新技術融入到自制教具中，從而在信息采集、視角轉化、內容呈現、精準控制等方面展現獨特優勢。可見，自制教具前景廣闊，意義深遠。