自制教具培養學生的物理核心素養

馬晨 高嵩

摘? 要 物理學研究方法的系統化和理論知識的體系化都是以實驗為基礎的。在新課改中，培養學生的物理核心素養已成為課堂教學的新目標，廠制實驗儀器很難滿足新的教學要求，自制教具無疑是課堂教學中促進學生物理核心素養形成的有效途徑。以探究導體的影響因素的實驗自制教具為例，展示自制教具中體現的物理核心素養要素。

關鍵詞 高中物理;物理核心素養;自制教具;導體的電阻;實驗

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）03-0039-03

1 引言

高中物理課程是普通高中自然科學領域的一門基礎課程，旨在落實立德樹人根本任務，進一步提升學生的物理核心素養，為學生的終身學習奠定基礎，促進人類科學事業的傳承與社會的發展?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準（2017年版）》中指出：“實驗是高中物理學習的重要環節，是培養學生物理學科素養的重要途徑和方式?！盵1]因此，實施以培養物理核心素養為目標的課堂教學，實驗扮演著重要的角色。

然而目前中學物理實驗教學大都使用廠制的常規實驗器材，所有實驗器材配置雷同、整齊劃一，實驗內容要求相似，實驗教學的方式也無差異，這種教學模式只能滿足實驗教學的一般性要求[2]，對于培養學生的物理核心素養難以達到理想效果。筆者認為，解決問題的有效途徑之一就是教師要積極利用各種器材，積極創新實驗方式，盡可能多地開發出可視性強、證據性強、能引起學生濃厚興趣的演示實驗。

物理課堂教學一般以知識為線索進行，教師難免會將重點落在知識的掌握和應用上，往往忽視實驗教學，忽視對學生的動手能力和創新能力的培養，進而忽視了物理課堂的育人功能[3]?！鞍鍟鴮嶒灐薄翱谡f實驗”影響了學生知識能力結構和非智力因素的發展，進而對學生核心素養的培養形成阻礙。

教學應遵循課程標準中的教學建議：“學校應充分利用已有的實驗器材，努力開發適合本校情況的實驗課程資源，盡可能讓學生自己動手多做實驗，提升學生的物理學科核心素養。”因此，為滿足教學要求，可以考慮自制自籌，充分利用生活中的資源，開發新奇有趣的利于培養學生核心素養的教具，激發學生的學習興趣，拉近生活和物理的距離，增進各學科的交融性。在自制教具的使用中，不僅能夠使學生認識物理現象，探究物理知識，更能有效地促進學生物理核心素養的培養。

2 課堂應用案例：探究導體的電阻的影響因素

在教學“探究導體的電阻的影響因素”這一節內容時，采用探究式教學，而探究是基于觀察和實驗來提出問題，形成猜想和假設，設計實驗方案，所以能促使學生樂于探究的實驗教具在探究式教學中尤為重要。同時，自制教具適用于本節課，可以使核心素養隱含在環境的選擇和布置上，彰顯在活動的發展和延續上，讓學生感受到此過程中教師的參與和協作[4]。

傳統的教學用具使用的是四根金屬絲，三根為鎳鉻絲，一根為康銅絲，對橫截面積和長度都加以控制，如圖1所示。雖然這樣的教學儀器能夠較高效率地得出實驗結論，但是既定的環境中使用固定的教學儀器，忽略了學生的參與感，大大降低了學生自主探究的意愿，難免使學生在探究活動中心不在焉，在實現物理核心素養的培養目標上也不盡如人意。

而取材于生活，發揮自己的創造性，運用現有科學知識，將氯化鈉溶液中的兩個鋁片和它們之間的氯化鈉溶液組成導體，利用化學的氧化還原反應制作成原電池。在電壓保持不變的情況下，調整兩個鋁片之間的距離等同于調整導體的長短，調整兩個鋁片浸入水中的面積等同于調整導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體的材料，采用控制變量法驗證導體的電阻與導體的長度、橫截面積和材料有關。

在這樣自制教具的過程中，學生利用化學中的氧化還原反應制作成原電池，從原電池遷移到導體的電阻，并將原電池的兩極、兩極之間的距離以及電解質溶液抽象到導體的橫截面積、長度和材料，并且思考如何才能呈現相應的物理原理，即從問題或任務出發，經歷設計、選材、組織、實驗、改進等一系列主客體互動過程，是學生靈活運用知識和經驗進行個性發揮的過程。盡管每位學生達到同一目標的途徑和方式不盡相同，成果的表現形式也多種多樣，但能充分體現學生的創造性，培養學生的創造精神，讓學生的核心素養在自制教具的探究活動中得到培養和提升。

“導體的電阻”屬于人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理（選修3-1）》第二章第六節，這一節課的內容屬于發展和提高的范疇。初中時學生已經知道了導體的電阻和導體的材料、長度和橫截面積之間的定性關系，本節課的難點就是驗證學生關于導體的電阻的影響因素的猜想，使學生在定量分析導體的電阻的影響因素之前，有一個定性的認識，為后面的探究提供依據。

傳統的教學中并未對定性實驗進行過相關設計，為此設計一組簡易制作的實驗儀器，有效地驗證學生的定性猜想。材料來源于生活，學生可以自己動手制作，自己演示實驗，現象直觀明顯，能夠培養學生自主獲取知識的能力，豐富學生的感性認識，潛移默化的培養學生的創新意識、創新能力。

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

首先將兩個相同的鋁片通過彈簧和膠帶分別固定在兩根長短相同的木棒上，在兩個容器的相同處做好標記，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。實驗原理如前文所述。

2）自制教具的使用和效果。將教具通過導線和電流表、學生電源相連接，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，電流表示數為0;打開電源，讀取示數0.16 A并記錄;保持其他條件不變，調整兩鋁片的距離，相當于改變導體的長度，讀取示數0.2 A，說明減小距離，導體長度變小，電阻變小，所以電流表示數變大;再次控制變量，減小浸入氯化鈉溶液中的面積，讀取示數0.12 A并記錄，說明減小浸入的面積，相當于導體的橫截面積減小，電阻變大，電流表示數變小。

斷開電源，將鋁片擦拭好后放入準備的純凈水中，讀取示數并記錄。材料不同，電阻率不同，電阻變大，電流表示數減小。

3 自制教具的特色

體現物理核心素養? 教具根據鋁片導電和氯化鈉溶液導電，將化學知識與物理知識相結合，體現了核心素養中的不同學科之間的相互結合和滲透。所采用的材料簡單，操作簡便，學生可以自己制作和演示。同時，良好的實驗效果吸引了學生的注意力，化抽象為形象，極大地豐富了學生的感性認識，為后面的教學起到促進作用，潛移默化中培養了學生的創新意識，滲透物理核心素養。

自制教具經濟靈活? 從本文中可知曉，實驗材料來自日常生活用品，有些是廢物利用，可減小實驗經費的開銷，尤其在經費不足的情況下尤為重要。將廢棄物上的部分零件作為實驗材料，也可克服學生對事物持有的功能固著的態度，開拓思維，發揮創造力，可謂是經濟實用。

同時，自制教具緊密結合教學實踐，可由學生和教師自行創意設計，在使用上也可隨心所欲，既可以隨意觀察和演示，也可以隨時拆卸和組裝;既可以對一個原理問題進行演示操作，也可以通過演示操作得出某一原理。因此，自制教具相對于廠制的常規器材更具有靈活性。

4 自制教具對于課堂教學的促進作用

促進學生物理核心素養的形成? 學生運用知識進行實驗設計時，本身已具備一定的科學知識，物理觀念已在頭腦中初步形成，這是設計實驗的基礎。選材的過程中充分利用生活中的資源以及廢棄的儀器元件，實現廢物利用，體現了科學態度與責任，使學生認識到科學、技術、社會、環境關系基礎上逐漸形成的探索自然的內在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度，以及遵守道德規范，保護環境并推動可持續發展的責任感。

將化學知識應用到物理實驗中，體現了學科之間的相互交融性、相互滲透性，為學生進行實驗設計開拓了新思路。學生不再拘泥于物理知識設計物理實驗，使核心素養得到較好的滲透，能夠思考利用化學知識解決物理問題，說明能夠從物理視角認識客觀事物的本質和內在規律。這是科學思維的體現，更好地培養了物理核心素養。

有利于培養學生探究與解決問題的能力? 新課改的教學和傳統教學之間最大的區別就是讓學生在探究中學習[5]。自制教具要經過設計、選材、組裝和調試等程序，在這過程中，學生探究與解決問題的能力得到培養，同時能有效地將物理知識和現實生活進行聯系，將不同學科的知識進行遷移應用，豐富學生的已有圖式。

師生關系更加融洽? 有創造性的教師能夠賦予生活中的物品獨特的價值，而這種獨特的價值就是激發學生的學習欲望和學習興趣，促使學生去觀察生活現象，思考物理與生活的關系，最終促進學生利用自己的創造性去開發實驗用具，提高學習積極性。在整個過程中，學生與教師溝通交流，學生與學生之間互助合作，學生感受到教師對生活的用心、對科學知識的熱愛、對學生的關心。蘇霍姆林斯基說：“沒有自我教育，就沒有教育，一個教師尊重思想，學生才會尊重他?！币虼耍處熥陨淼膭撛煨跃褪墙處燋攘ψ詈玫拇裕瑢W生會更加喜歡和尊重一個具備該品質的教師?！?/p>

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2]張偉.論物理自制教具對落實新課程標準的教學價值[J].內蒙古師范大學學報：自然科學（漢文版），2003（4）：

350-353.

[3]張為宏.自制教具讓課堂教學充滿創造力[J].教學與管理，2012（11）：36-37.

[4]高嵩，李彥青.基于核心素養的探究式教學[J].物理教學探討：中學教學教研專輯，2015（8）：1-3.

[5]謝桂英.自制低成本教具，提高初中物理演示實驗教學的有效性[J].物理實驗，2014（4）：11-14.