基于核心素養(yǎng)導向的實驗探究教學

張娟娟　任新成

摘 要：傳統(tǒng)實驗教學輕視對學生邏輯思維、發(fā)明創(chuàng)造的引導。針對以上現(xiàn)象，文章以“滑動變阻器”的教學設計為例，論述實驗探究作為物理核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，對學生科學探究意識、科學探究能力培養(yǎng)的重要性。

關(guān)鍵詞：實驗探究;滑動變阻器;教學設計

一、教學用具

自制滑動變阻器（由電源、開關(guān)、電燈、夾子、導線、電阻線等制成）、磁筒、金屬圓環(huán)、金屬棒等。

二、教學目標以及教學重、難點分析

1.教學目標

知識與技能：體驗滑動變阻器的設計過程，理解滑動變阻器的原理。過程與方法：通過實驗探究掌握滑動變阻器的設計原理。情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，加強學生的創(chuàng)新意識。

2.教學重點和教學難點

重點：滑動變阻器的原理;難點：滑動變阻器的設計。

三、實驗探究型課堂教學設計

環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設情境、激趣設疑

師：大家來觀察這個舞臺，電源電壓一定時，舞臺上的燈光能夠由暗變亮，也能由亮變暗。同學們思考一下，燈光的亮度為什么會改變？

環(huán)節(jié)2：發(fā)現(xiàn)問題、設計實驗

師：燈光的亮度為什么會改變呢？

生：電源電壓一定，而亮度逐漸變化，應該是電阻發(fā)生了變化。

師：那我們一起來回憶一下，決定電阻大小的因素有哪些？

生：決定于導體的材料、長度、橫截面積，還跟溫度有關(guān)。

師：那么現(xiàn)在請大家看一個實驗（如圖1），這是一個由電源、開關(guān)、電燈、夾子（連接可移動夾子的導線太短，換為長的，才能使夾子從最右端移到最左端，保證看得到電燈的亮度有微小的變化及電阻線組成的串聯(lián)電路，合上開關(guān)，電燈亮了。

師：思考一下，如果不改變電壓，如何改變電燈的亮度呢？如果可以改變電阻，如何改變呢？

生：移動夾子可以改變電阻，因為移動夾子時改變的是長度。

師：好的，那我們一起來分析一下（如圖2）：當夾子夾在B點時，我用紅線將電流通過的路徑畫出來，這時電阻線接入電路中的長度是AB段。當夾子移到C點時，我們也用紅線將電流通過的路徑畫出來，這時電阻線接入電路中的長度是AC段。所以，夾子移動的過程中逐漸改變了接入電路的電阻線的長度，而不是整個電阻線的長度。

環(huán)節(jié)3：實驗探究、得出結(jié)論

師：由剛才的實驗看出，夾子、電阻線就能制成簡單的變阻器。可是當我將夾子從電阻線的一端移到另一端時，大家說電燈亮度的變化明顯嗎？

生：不明顯，因為變阻器的阻值變化范圍太小了。

師：阻值變化范圍太小，實用價值就會很低，那如何改裝會提高實用價值呢？對，可以將電阻線的長度繼續(xù)加長。當它足夠長時，會出現(xiàn)什么問題呢？

生：移動夾子時不方便。

師：那么既要保持電阻線的長度，又要使操作方便，該怎么辦呢？

生：把電阻線纏繞起來。

師：很好！一般來說，實驗時要把電阻線纏在絕緣的瓷筒上，而不是金屬圓筒上（實驗的導線可以拿一根鋁線，并且是裸露的）。現(xiàn)在我們來試試看，我將電阻線繞在磁筒上，繞完后，電阻線兩端該怎么辦呢？

生：應該用金屬圓環(huán)分別將兩端固定。

師：是的，為了方便接線，在電阻線一端接上一個接線柱，這叫下接線柱。由于電阻線裸露且很長，要將它繞在很短的瓷筒上，需要繞得很密，這樣又會出現(xiàn)什么問題呢？相鄰的線圈緊挨在一起了，電流就不再是沿電阻線一圈一圈地流，而是沿著線圈表面直接通過，發(fā)生短路，接入電路的電阻線長度反而變短。那么要想在線圈緊挨的情況下不發(fā)生短路，該怎么辦呢？

生：可以先在電阻線的表面涂上絕緣漆，再將它繞在瓷筒上。

師：非常好！這個問題解決之后，同學們再來研究夾子該如何安裝，能不能再用手抓著夾子移動呢？

生：不能，因為一旦放開手，夾子就會掉下去，必須用支架把它架起來。

師：大家請看，我們通常用一根金屬棒穿過夾子，接著用兩個支架把金屬棒和圓筒架起來，這樣夾子就可以在線圈上自由移動了，不但不會掉下來，還可以始終與線圈接觸。為了接線的方便，我們在金屬棒的這一端也裝上一個接線柱，稱為上接線柱，把改裝后的夾子叫滑片，大家想想看現(xiàn)在這個裝置可以使用了嗎？

生：不可以，因為線圈表面絕緣，滑片與線圈不導通，導致斷路。

師：那么這個問題該怎么解決呢？給大家一個提示，我們可以把線圈表面的絕緣漆刮掉。

生：把線圈與滑片接觸部分的絕緣漆刮掉。

師：很好，可是刮漆后，線圈會不會短路呢？我們將刮漆的部分線圈放大（如圖3），發(fā)現(xiàn)相鄰的兩線圈還是相互絕緣的。現(xiàn)在我們將這個裝置接入剛才的電路中，移動滑片，燈泡的亮度果然發(fā)生了明顯的變化[1]。

師：大家共同把電阻線和夾子成功地改裝成一個具有實用價值的變阻器了。這就是滑動變阻器！

四、教學反思

實驗探究型課堂中，教師有必要引導學生一步步地發(fā)現(xiàn)問題，逐步改進實驗方案，從而激發(fā)學生發(fā)明創(chuàng)造的動力，提升學生理論分析和發(fā)現(xiàn)規(guī)律的能力，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、科學態(tài)度。否則，探究式教學就會變?yōu)楣噍斒浇虒W，讓學生無法真正體驗實驗探究的快樂[2]。

參考文獻：

[1]郇兆鵬.自制變阻器模型實現(xiàn)教學做合一——例談全國青年教師優(yōu)課大賽一等獎“變阻器”教學[J].物理教師，2017（8）：33-34.

[2]李雪林.物理教學要體現(xiàn)科學探究的本質(zhì)[J].物理教師，2016（12）：10-11.

作者簡介：張娟娟（1995—），女，延安大學物理與電子信息學院17級課程與教學論專業(yè)碩士在讀;

任新成，男，延安大學物理與電子信息學院教授，研究生導師。