在滑動變阻器教學中培養學科素養

林曉

摘? ?要：從初中學生的認知規律出發，在滑動變阻器儀器教學中引導學生自主學習，利用課堂資源提高學生物理學科素養。

關鍵詞：滑動變阻器;學科素養;實驗探究

教學儀器的使用一般都有嚴格的規范，不宜在教學中讓學生直接進行探究學習，但儀器同時是一個成熟的工業產品，它身上不僅有學生需要掌握的學科原理、使用方法，同時它的結構設計、材料使用也包含了許多能夠建立學生學科素養的元素。滑動變阻器相對電表、天平等儀器更為皮實，而且結構又是開放的，適合讓學生自主學習。現以“滑動變阻器”的教學為例，從學生認知規律出發，培養核心素養方面進行闡述。

1? 由鉛筆芯引入滑動變阻器

滑動變阻器的結構及使用在初中儀器中算是較為復雜，直接讓學生進行變阻器的認識或進行探究，學生會由于相關經驗缺少而感到難度較大，教師可以在教學中設計“臺階”，降低學生學習的難度。本節課在引入環節使用了學生常用的2.0鉛筆芯進行實驗，既可以拉近課堂與生活的距離，讓學生感受科學的真實性，又可以方便與已有的電阻知識產生關聯[ 1 ]。

首先讓學生猜想鉛筆芯能否導電，設計一個實驗驗證猜想。提供的器材有：2.0鉛筆芯（2B）、1.5V電池、小燈泡、開關各1個及帶導線夾導線若干。多數學生能設計圖1電路，通過觀察小燈泡發光表明鉛筆芯是導體。

進一步讓學生設計實驗使小燈泡的亮度發生變化，需要至少兩種方法。學生依據已有的知識經驗，多數會通過改變導線夾的位置來改變鉛筆芯接入電路中的長度實現改變電阻。這雖然是教學中最希望看到的結果，但教學也希望培養學生創新精神，培養發散性思維，教師這時可以讓學生分析其他改變電阻的方法，如：用酒精燈加熱鉛筆芯;用小刀將鉛筆芯刮細了;換上HB或B的鉛筆芯。教師可以講述在物質匱乏的年代，實驗中遇到誤差較大的電阻時，常常會用刀刮、銼刀挫這樣變通的做法。此處的教學看似偏離教學目標，但滑動變阻器本身就是對電阻知識的應用，這種補充有助于完善學生的知識結構，而且對學生的動手能力，適應變化的能力，以及遇到困難挫折不屈的品格，在課堂上通過創設開放性思考得到了培養。

學生經過實驗和討論，理解了如果在生活中需要設計一個調光電路，選擇改變電阻長度顯然是最合適的。

2? 滑動變阻器構造及使用

有了鉛筆芯實驗作為基礎，學生在思維中已經形成了滑動變阻器的雛形，此時進階到實驗用的滑動變阻器還有一些距離，這段距離是交給學生探究還是教師講授呢？筆者選擇程度相等的班級做了同課異構比較。

2.1? 教師主導

教師講授滑動變阻器的構造，介紹各部分的設計意圖，好處是直擊重點。教師并將以往學生出現的錯誤也一一羅列，學生迅速將要點形成筆記，對師生而言，知識似乎落袋為安了。接下來的學生實驗是檢驗教學成果的一個重要參考，教師讓學生利用滑動變阻器設計一個調光電路，要求向右滑動滑片使燈變亮。班級學生數48人分成24組，實驗完成情況如表1。

表1 教師主導下的學生實驗情況

實驗最后雖然各個小組均能完成，但也存在一些問題，有半數學生掌握較慢，并沒有實現預期的快速高效。實驗中有兩組成績中等的學生甚至將導線夾與滑動變阻器支架的一個腳連接，完全忽視了接線柱的存在，這表明滑動變阻器在部分學生思維中仍然沒有完成認知過程，詳細的筆記只是文字而已。

2.2? 學生為主

這節課的設計較為大膽，分三步：

（1）先讓學生觀察滑動變阻器，猜想銘牌參數的意義，教師只提示它能像鉛筆芯一樣調節小燈泡的亮度，導線應與接線柱相連，就讓學生使用滑動變阻器設計一個調光電路。

（2）學生完成實驗后進行對滑動變阻器的討論：滑動變阻器如何連接向右滑動滑片時燈變亮;開關閉合前滑片位于什么位置合適;金屬桿、滑片、電阻絲用什么材料制作合適;電阻絲為什么要包上漆，如何與滑片連接，為什么要繞在瓷筒上？

（3）討論結束后學生畫滑動變阻器示意圖和電路圖。

這種教學設計與第一種方案是相反的，先讓學生動手實驗，再從實驗中尋找物理規律，最后完成建模。實現了學生在“做中學”，將儀器的認識變成探究一個儀器的使用，在使用中體會一個成熟的儀器各部分的設計意圖，從而全面理解實驗原理。

從學生實驗和作圖練習完成情況看，沒有比第一種方案更好，但課堂學生情況相差很大。實驗中，多數組學生先是交換著觀察變阻器，討論如何使用，由于沒有教師演示，又擔心損壞儀器，小組成員互相征求對方意見，然后再動手實驗。當一個小組率先成功地讓小燈泡亮度發生變化時，小組成員激動地享受成功的喜悅，落后的小組也從成功者處獲得了信心與動力，更投入地進行實驗，個別較弱組成員忍不住去瞥了其它組，最后也完成實驗，課堂探究氣氛活躍。

實驗探究過程學生收獲了以下幾點：一是培養了勇于探索未知領域的精神，面對一個新的儀器，利用已有的知識經驗敢于動手;二是鍛煉了觀察能力，信息提取與加工能力，在實驗操作中逐漸理解儀器的原理并完成建模;三是提高了團隊協作能力，來自老師的信息量很少，獲取的信息更多來自同伴，甚至來自于別的小組，體會了合作可以讓個人更容易成功;四是收獲了實驗探究成功后的喜悅，是一種與“講后再做”完全不同的喜悅，有利于培養學生研究物理的興趣;五是有利于學生繼續學習和終生發展，如錢偉長先生所說：現在知識發展很快，永遠也學不完，最好的辦法是不要老師講，由學生自己去學習，這就是培養學生的自學能力。

后期追蹤作業完成情況，兩種方案幾乎沒有區別，表明優化課堂設計讓學生更多自主學習并不會影響應試成績，從培養學科素養的角度卻差別很大。

3? 教學反思

課前會有一些疑問，儀器沒有經過教師講透，學生使用過程會不會損壞器材？課后清點儀器沒有損壞，學生對新儀器更多是在觀察中尋找規律，老師的放手給了學生探究的動力，這對今后建立師生互信也會有促進作用。

金屬桿與滑片材料是銅，外層電鍍了鉻防止銅氧化，提高耐磨性;滑片使用有彈性的銅確保接觸良好;電阻絲使用鎳鉻合金，阻值幾乎不受溫度影響;電阻絲繞成螺線管可以減小體積，做成漆包線可以彼此絕緣，使用前要滑動幾次。這些問題雖然在課本并沒有提到，但對學生全面理解滑動變阻器卻是不可缺少，學生也能從中體會工業設計的美，科學的美，而這些的看似非課本知識的內容卻在潛移默化地滋養著學生的科學素養。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.