巧借創(chuàng)新實驗提高初中物理課堂品質(zhì)

摘 要：物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科.通過實驗，能夠提高學(xué)生觀察問題、分析問題、解決問題的能力.本文以筆者執(zhí)教的“變阻器”一節(jié)為例，重點闡述如何巧借創(chuàng)新實驗落實核心知識，提高課堂品質(zhì).

關(guān)鍵詞：初中物理;創(chuàng)新實驗;高效課堂

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）02-0048-04

基金項目：廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020 年度“強師工程”項目“基于創(chuàng)新實驗發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的實踐研究”（項目編號：2020YQJK161）.

作者簡介：符方陽（1980-），男，海南文昌人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：實驗教學(xué).

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理概念的建立、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開實驗.對初中學(xué)生來講，實驗是物理教學(xué)中重要的教學(xué)手段，對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成起著尤其重要的作用.2019年10月，筆者應(yīng)邀在廣東省初中物理省級骨干教師高端研修班教研活動中執(zhí)教了“變阻器”一課，筆者通過自制的創(chuàng)新型實驗教具，利用創(chuàng)新實驗高效地完成了本節(jié)課的教學(xué).本文結(jié)合教學(xué)片段，重點闡述如何通過創(chuàng)新實驗提升課堂品質(zhì).

1 自主創(chuàng)新教具，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

物理學(xué)家愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師.”激發(fā)興趣是學(xué)生有效學(xué)習(xí)的前提條件，只有產(chǎn)生了興趣，學(xué)生才會去主動地學(xué)習(xí)，才能學(xué)好.因此，教師要利用新奇有趣的實驗，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使學(xué)生在一種輕松有趣的氛圍中學(xué)習(xí)，確保教學(xué)活動順利有序地開展.

教學(xué)片段1

師：同學(xué)們，今天老師給大家?guī)砹艘晃恍屡笥选┲雮b（展示道具盒，盒子前面畫著蜘蛛俠圖案，如圖1所示）.

師：蜘蛛俠今天心情很好，特意吐出兩條蜘蛛絲，如果拉動蜘蛛絲，它會以一種特別的方式跟大家打招呼.哪兩位同學(xué)愿意上來體驗下？

……（兩位學(xué)生上來，一人一邊拉動蜘蛛絲，實驗情境如圖2所示）

師：同學(xué)們看到蜘蛛俠以怎樣的方式跟大家打招呼？

生：蜘蛛俠以“眨”眼睛的方式跟我們打招呼呢.

師：其實，老師事先已經(jīng)在蜘蛛俠兩只眼睛里分別安裝了燈泡，并把它們接入到電路中.拉動蜘蛛絲時，眼睛里面的燈泡亮度發(fā)生了變化，給人“眨”眼睛的感覺.那么，為什么燈泡的亮度會發(fā)生變化呢？

生：是因為通過燈泡的電流發(fā)生了變化.

師：同學(xué)們想知道通過燈泡的電流發(fā)生變化的原因嗎？讓我們一起來學(xué)習(xí)“變阻器”一課.

設(shè)計意圖：一節(jié)好課首先要抓住學(xué)生的眼球，吸引學(xué)生的注意力.在本節(jié)課的引入環(huán)節(jié)，教師通過自制教具——會“眨眼睛”的蜘蛛俠，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新奇的物理情境，刺激學(xué)生的感官，讓學(xué)生在體驗的過程中引發(fā)認(rèn)知需求——為什么通過燈泡的電流會發(fā)生變化？不僅活躍了課堂氣氛，而且使學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生強烈的探究欲望，為后面的探究活動做好準(zhǔn)備.

2 構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ停黄平虒W(xué)重點

滑動變阻器的結(jié)構(gòu)及原理是本節(jié)課的重點，在傳統(tǒng)初中物理教學(xué)中，教師往往采取的教學(xué)方式就是向?qū)W生展示滑動變阻器，試圖用直觀的方式給學(xué)生留下深刻的印象，但這種方式的收益往往不高，學(xué)生對滑動變阻器的原理仍然比較模糊，不會因此產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣.因此，教師需要在教學(xué)方式上進(jìn)行優(yōu)化和改善，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)空間，鼓勵學(xué)生動腦、動手，最大限度地調(diào)動學(xué)生積極參與教學(xué)活動，提高課堂教學(xué)效果.

教學(xué)片段2

師：首先，老師給大家布置第一個任務(wù)：請利用電池、導(dǎo)線、開關(guān)、燈泡、鉛筆芯，設(shè)計實驗來改變小燈泡亮度.

……（學(xué)生操作實驗）

師：同學(xué)們實驗成功了嗎？

生：成功了.

師：哪位同學(xué)能分享一下實驗現(xiàn)象？

生：當(dāng)鉛筆芯連入電路中的長度變長時，燈泡變暗;當(dāng)鉛筆芯連入電路中的長度變短時，燈泡變亮.

師：誰能總結(jié)下，本實驗中，你是通過改變了鉛筆芯接入電路中的哪個因素來改變電阻大小？

生：通過改變了鉛筆芯接入電路中的長度來改變電阻大小.

師：通過剛才的學(xué)習(xí)探究，同學(xué)們已經(jīng)利用鉛筆芯設(shè)計出了一種能改變電阻的元件——變阻器，它的原理是：通過改變導(dǎo)體接入電路中的長度來改變電阻的大小.老師剛才也發(fā)現(xiàn)，有些小組在做實驗時，不小心把鉛筆芯折斷了，導(dǎo)致實驗中斷.針對該實驗中鉛筆芯容易斷的問題，我們能如何改進(jìn)呢？

生：可以用電阻絲替代鉛筆芯.

師：用長度相同的電阻絲代替鉛筆芯進(jìn)行實驗，請仔細(xì)觀察燈泡亮度.

……（演示實驗）

師：改變電阻絲接入電路中長度的過程中，燈泡的亮度變化明顯嗎？

生：不明顯.

師：想讓燈泡變得更暗些，怎么辦？

生：可以換用一根更長的電阻絲.

師：換用更長的電阻絲，實驗時需要的空間較大，操作不方便，怎么辦？

生：可以把電阻絲緊密纏繞在一段塑料管上（如圖3所示）.

師：電阻絲緊密纏繞后接入電路中，一端用導(dǎo)線夾子固定，另一端的夾子在電阻絲表面移動，請仔細(xì)觀察燈泡亮度.

……（演示實驗）

師：燈泡的亮度變化明顯嗎？

生：不明顯.

師：為什么？請說出理由.

生：電阻絲緊密纏繞后，相鄰的兩圈電阻絲之間是連通的，電流直接從電阻絲表面的一端流到另外一端，即使一端的夾子在電阻絲表面移動，電流流過電阻絲的長度變化也較小，所以燈泡的亮度變化不明顯.

師：分析得很有道理.如果要想使電流一圈一圈地流過整條電阻絲，怎么辦？

生：可以在電阻絲的表面涂上一層絕緣層，使相鄰的兩圈電阻絲之間彼此是絕緣的，讓電流從電阻絲一端流入，流過整條電阻絲后再從另一端流出.

師：回答得很好.老師按照同學(xué)們的想法，用表面涂絕緣層的電阻絲緊密纏繞在瓷筒上，把電阻絲的兩端連在A、B兩個接線柱上（如圖4所示）.如果A接線柱接電源正極，把電阻絲接入電路中，能不能改變電阻絲接入電路中的電阻大小？

生：電流從A端流入，會流過整條電阻絲，從B端流出，不能改變電阻絲接入電路中的電阻大小.

師：假設(shè)電阻絲上有一個位置C（如圖5所示），如果我只是想讓電流流過AC這部分電阻絲，該怎么辦？

生：可以把電阻絲位置C表面的絕緣層刮掉，把位置C端接入電路.

師：回答得很好.假設(shè)電阻絲上還有一個位置D（如圖5所示），如果我只是想讓電流流過AD這部分電阻絲，又該怎么辦？

生：可以把電阻絲位置D表面的絕緣層刮掉，把位置D端接入電路.

師：如果我想讓電流從電阻絲上任意位置流出，又該怎么辦呢？

生：可以用金屬滑片把電阻絲表面的絕緣層刮開一條線，使金屬滑片能夠與它所滑到位置的電阻絲接觸.

師：為了方便操作，把滑片套在金屬桿和接線柱CD上，滑片移到不同位置時，A、C（或A、D）兩接線柱間的電阻絲的長度不一樣，這樣就可以改變接入電路中電阻的大小，我們把這個裝置叫作滑動變阻器.老師根據(jù)同學(xué)們的設(shè)想，手工制作了一個超大型的滑動變阻器模型.

……（展示自制變阻器模型，如圖6所示）

師：今天，老師也給大家準(zhǔn)備了學(xué)生實驗中常用的滑動變阻器，請同學(xué)們觀察滑動變阻器的結(jié)構(gòu).

設(shè)計意圖：以鉛筆芯變阻器為突破口，針對鉛筆芯容易斷、阻值變化范圍小等缺點，通過巧妙設(shè)問、合理引導(dǎo)，讓學(xué)生經(jīng)歷了從一根鉛筆芯逐步演變成滑動變阻器模型的探究過程.實驗器材來源于生活中隨手可得的物品，較好地體現(xiàn)了從生活走向物理、從物理走向社會的新課程理念.問題設(shè)計逐步深入，讓學(xué)生有機(jī)會經(jīng)歷一次科學(xué)家那樣的創(chuàng)造思維過程，學(xué)生在這個過程中既有思考的意愿，也有學(xué)習(xí)的動機(jī)，不但在潛移默化中提高了發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力，更在師生的互動過程中掌握了核心知識.

3 可視實驗過程，落實核心知識

滑動變阻器的使用方法和有效電阻的判斷是本節(jié)課的教學(xué)難點，要掌握滑動變阻器的正確使用方法，必須對滑動變阻器結(jié)構(gòu)有準(zhǔn)確而深刻的理解.同時，由于學(xué)生對有效電阻的理解往往只停留在想象階段，因此要想準(zhǔn)確判斷出滑片移動時變阻器有效阻值的變化情況，就必須借助自制教具，給學(xué)生視覺上的沖擊，使學(xué)生徹底理解滑動變阻器的有效電阻.

教學(xué)片段3

師：通過剛才的觀察，同學(xué)們已經(jīng)了解了滑動變阻器的結(jié)構(gòu)，下面，老師給大家第二個任務(wù)：請利用電池、導(dǎo)線、開關(guān)、燈泡、滑動變阻器，設(shè)計實驗來改變小燈泡亮度，并將實驗現(xiàn)象記錄在表格中.

……（學(xué)生操作實驗）

師：同學(xué)們實驗成功了嗎？

生：成功了.

師：誰能分享下實驗現(xiàn)象？

……（手機(jī)投屏分享3組學(xué)生記錄的表格）

師：要使滑動變阻器和用電器中的電流相同，滑動變阻器應(yīng)該與用電器怎樣連接？

生：串聯(lián).

師：當(dāng)滑動變阻器同時接到上接線柱或下接線柱時，能改變接入電路中電阻嗎？

生：不能.

師：要想改變接入電路中電阻，應(yīng)該怎樣連接？

生：上下各接一個接線柱.

師：你能畫出電流流過的路徑嗎？

……（學(xué)生畫圖）

師：接入電路中的電阻絲是哪部分？你能總結(jié)出尋找有效電阻的方法嗎？

生：有效電阻由下接線柱與滑片之間的電阻絲決定.

師：回答得很好.為了使大家能夠“觀察”到有效電阻，老師用LED燈帶纏繞在剛才的自制滑動變阻器模型上，模擬電阻絲，做成一個滑動變阻器有效電阻顯示儀（如圖7所示）通電后，請同學(xué)們仔細(xì)觀察現(xiàn)象（如圖8所示）.

設(shè)計意圖：采取讓學(xué)生動手做探究性實驗的方法，使學(xué)生探究出滑動變阻器的正確使用方法，得出結(jié)論，符合“讓學(xué)生做科學(xué)”的理念.滑動變阻器的有效電阻是本節(jié)課的教學(xué)難點，常規(guī)教學(xué)中，學(xué)生對有效電阻的理解只能停留在想象階段.本節(jié)課采用LED燈帶模擬電阻絲纏繞在自制的滑動變阻器模型上，通電后顯示電流路徑，使學(xué)生能夠直觀地觀察到滑動變阻器在電路中的有效電阻.同時，移動滑片，學(xué)生還能觀察到有效電阻長度隨滑片的移動而改變，可視化效果好，能夠?qū)W(xué)生的視覺起到強烈的沖擊作用，從而達(dá)到幫助學(xué)生深刻理解滑動變阻器有效電阻的目的.

4 重視原理應(yīng)用，提升遷移能力

在學(xué)生對滑動變阻器有了一定的了解后，還要創(chuàng)造讓學(xué)生了解到更多滑動變阻器應(yīng)用的條件，培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力.在培養(yǎng)學(xué)生實際應(yīng)用能力的過程中，教師應(yīng)本著實事求是的態(tài)度，在學(xué)生力所能及的范圍內(nèi)，正確地引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的物理知識應(yīng)用于實踐中.提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維能力，舉一反三，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力.

教學(xué)片段4

師：剛上課時，同學(xué)們體驗了蜘蛛俠“眨”眼睛的實驗.其奧妙是老師在蜘蛛俠后面藏著一個滑動變阻器，通過導(dǎo)線把滑動變阻器與兩個小燈泡串聯(lián)在電路中，繩子綁在滑片上（如圖9所示）.哪位同學(xué)能解釋下為什么通過燈泡的電流會發(fā)生變化？

生：拉動繩子時，相當(dāng)于移動了滑片，滑動變阻器接入電路中的電阻也隨著發(fā)生改變，所以通過燈泡的電流會發(fā)生變化.

師：剛才這位同學(xué)解釋得很好.

師：這是一個用電流表改裝成的簡易壓力計，當(dāng)托盤受到的壓力逐漸增大時，請同學(xué)們仔細(xì)觀察指針的變化.

……（演示實驗，如圖10所示）

師：哪位同學(xué)說說觀察到的現(xiàn)象？

生：當(dāng)壓力逐漸增大時，電流表指針逐漸向右偏轉(zhuǎn).

師：觀察得很仔細(xì)，為什么會這樣呢？其實老師在壓力計后面安裝了一個滑動變阻器，通過導(dǎo)線把滑動變阻器與電流表和保護(hù)電阻串聯(lián)在電路中，通過一根小木棍把滑片與托盤連接起來（如圖11所示），其等效電路圖如圖12所示（PPT展示電路圖）.哪位同學(xué)能解釋為什么電流表指針向右偏轉(zhuǎn)的角度會隨壓力的增大而增大？

（學(xué)生上講臺對著電路圖分析，如圖12所示）

生：當(dāng)壓力增大時，滑片向下移動，滑動變阻器接入電路中的阻值減小，所以，通過電流表的電流變大，指針向右偏轉(zhuǎn)角度也隨著增大.

設(shè)計意圖：學(xué)以致用，聯(lián)系實際是物理學(xué)習(xí)的歸宿.通過應(yīng)用變阻器的實例，將學(xué)生的視野擴(kuò)展到實際的生產(chǎn)生活中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解釋、解決實際問題的意識，還可以向?qū)W生滲透物理源于生活、服務(wù)于社會的理念，使學(xué)生體會到物理是有用的.做到聯(lián)系實際，放眼未來，進(jìn)行潛移默化的情感滲透，落實三維目標(biāo).

本節(jié)課的教學(xué)指導(dǎo)思想按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容接近的物理情景，讓學(xué)生有身臨其境之感.以問題為紐帶，從感性到理性、從形象到抽象，給學(xué)生留出了進(jìn)一步思考、改進(jìn)的空間，讓學(xué)生在體驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，并提出解決問題的方案.這一過程對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成具有潛移默化的作用，達(dá)到學(xué)以致用的目的.教師通過優(yōu)化學(xué)生的創(chuàng)新環(huán)境，讓學(xué)生自己想、自己說，培養(yǎng)其思考能力和表達(dá)能力;通過各種演示實驗，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力;通過對實驗結(jié)果進(jìn)行分析并得出結(jié)論的過程培養(yǎng)學(xué)生的分析、歸納能力.最重要的是通過可視化變阻器模型把本節(jié)課的學(xué)習(xí)帶入了一個高潮，使學(xué)生在疑惑中感受認(rèn)知和情感的共鳴，這樣的設(shè)計會讓學(xué)生興趣盎然，終生難忘，使本節(jié)的核心知識得到落實，課堂品質(zhì)大大提升.

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（收稿日期：2020-09-21）