開發自制教具 助力核心素養培養

張鳳天

(甘肅省張掖市高臺縣城關初級中學,甘肅 張掖 734300)

1 引言

初中物理實驗教學在培育學生的核心素養方面起著舉足輕重的作用，在實際教學中,由于受應試教育的影響,加之部分實驗教學存在缺陷,在一定程度上影響了學生核心素養的發展。自制教具具有創新實驗方法、優化教學效果之功效,運用自制教具有助于培養學生的核心素養。

2 通過自制教具改進演示實驗,增強學生的物理觀念

物理觀念是學生對物理現象、概念和規律的基本認識,[1]在《義務教育物理課程標準(2011年版)》中常以“知道”“了解”等動詞來表征學業要求。雖然要求不高,但有些知識卻是部分學生學習的難點,往往表現為似懂非懂、記憶不清、運用不當等。改進實驗方法,優化教學效果,是增強學生科學觀念的有效措施。

“短路”現象是電路教學的難點。平時,用常規器材進行實驗，當把導線接在電池或燈泡兩端時,看到燈泡熄滅,再通過理論分析加以總結。但是有學生對該問題的理解存在較大困難，究其原因,筆者認為跟實驗效果不佳有關。為了使學生深刻認識短路現象,筆者制作了短路報警器。

2.1 制作方法

(1) 制作干簧繼電器。網購一只干簧管,用漆包線在干簧管上繞制25匝的線圈,就做成了干簧管繼電器(圖1)。

圖1

(2) 器材組裝。網購一只防盜報警器,拆下其中的控制開關,將干簧管繼電器的干簧管接在此處,給線圈引線并接上與示教電路板相配套的插頭，這樣就做成了一個短路報警器(圖2)。

圖2

圖3

2.2 實際應用

(1) 把兩節干電池、報警器、開關和小燈泡連接成電路(圖3)。

(2) 閉合開關使燈泡發光。

(3) 將一根線芯較粗的導線接在a與b之間時,看到燈泡熄滅,同時報警器發聲,當解除短路后,燈泡發光、報警聲消失。通過視、聽兩方面的感官刺激,學生注意力高度集中,加上短路與非短路形成了鮮明對比,學生易于理解。

(4) 將導線先后接在圖3中的a與d之間、c與d之間、c與b之間進行實驗,會產生一系列的短路現象，生動有趣,能使學生深刻理解短路的本質。

3 運用自制教具豐富學生實驗內容，提升學生的科學探究能力

開展豐富的學生實驗,是培養學生的科學探究能力的重要措施，面對一些由于實驗器材短缺、性能不良而難以開展的分組實驗,我們可以開發一些便捷、高效的自制教具加以補充,這樣將有助于學生探究能力的發展。

在北師大版初中物理教材“不同物質的導電性能”一節中講到人體、大地是導體,但對這些弱導電性物質來講,靠電池、燈泡等常規器材難以完成實驗,[2]學生只能機械識記，為此,筆者制作了“物質導電性能實驗器”來解決問題。

3.1 制作方法

(1) 設計電路。根據人體導電性弱、LED工作電流小、三極管有放大作用等特點,設計如圖4所示的電路。

圖4

(2) 制作盒體。利用PVC管和薄塑板等材料制作如圖5所示的圓盒,在側面裝上螺桿作為接線柱。

(3) 器材組裝。在盒蓋中央打孔并裝上LED,根據電路圖將有關元件連接成電路并封閉在盒中，這樣,就制成了“物質導電性能實驗器”(圖5)。

圖5

3.2 實際應用

在一塊手機電池的正、負極處分別焊接引線,接于該裝置的電源端。在另外兩個接線柱處分別接上帶鱷魚夾的導線,以接入被測物質。

(1) 若要探究普通材料的導電性能,可將被測物質接在兩只鱷魚夾之間,發光則為導體,不發光則為絕緣體。

(2) 若要探究大地的導電性能,可用裝有潮濕土壤的塑料盒代表大地,讓鱷魚夾接觸土壤時,看到LED發光,說明地球是導體(圖6)。若要探究人體的導電性能,只需要用兩手抓住鱷魚夾即可,每當看到LED發光,學生便發出贊嘆聲。

圖6

(3) 若要探究絕緣體與導體的關系,可以啟發學生探究以下兩個問題。

① 如何將干木頭變成導體？問題一提出,馬上激發起同學們思考的熱情,多數同學能很快找到辦法(把木頭弄濕),并完成實驗探究。

② 如何把玻璃變成導體？該問題有一定難度,要鼓勵學生大膽思考,通過討論、引導，找到辦法(把玻璃加熱)。但是,該實驗靠加熱玻璃棒是難以成功的,教師應提前給學生準備帶引線的廢燈頭,將其接入電路，用酒精燈加熱玻璃芯,隨著溫度升高,LED逐漸亮起來,學生興奮不已！

在以上操作中,學生不僅完成了基本實驗,探究了人體、大地等弱導電性物質,還探究了絕緣體與導體的關系,操作便捷,體驗豐富,學生的學習興趣得到了激發,探究能力得到了提升。

4 鼓勵學生參與教具制作活動,培養學生的科學思維

自制教具作為實驗教學創新的一部分,它不僅能幫助學生學習,而且能啟迪學生的創新思維,因為自制教具出自教師之手,學生對之有親近感,更容易激發他們的學習興趣,這是常規儀器所不及的。如果讓學生參與自制教具活動,則更有利于科學思維和動手能力的培養。

在學習了液體壓強以后,可趁熱打鐵布置一項課外實踐作業：用飲料瓶制作一個能說明水庫大壩下寬上窄科學道理的實驗裝置。作業布置后,有的同學興奮地討論起來,有的同學則顯示出胸有成竹的樣子……

在第二節課上,筆者找了幾名同學來展示自己的成果。展示中,一部分小組只是給瓶子的上、中、下三個部位各扎了一個小孔,再無其他措施,當給瓶子注水時,發現邊注邊流,噴射效果不佳;另一部分小組的設計則非常巧妙,他們提前準備了拴有細線且連在一起的三根牙簽,先用牙簽將小孔堵起來,然后往瓶內注水,當水位接近瓶口時,猛然拉動繩端將牙簽拔出,會看到理想的噴射效果(圖7),很好地回答了前面提出的問題。顯然,這樣的設計并不是一蹴而就的,而是反復思考、改進、檢驗的結果,他們付出了艱辛的努力,他們的實驗設計閃爍著創新的火花！

圖7

一個看似簡單的設計,卻反映出同學們在思維能力、做事態度等方面的差異。在日常教學中,如果根據教學內容和學生的認知水平,恰當安排這樣的教具制作活動,組織學生積極制作、大膽展示,教師認真點評、多加鼓勵,則學生的科學思維能力和科學態度將會得到有效的培養。

大力開發自制教具,將其運用于課堂教學,讓學生參與更多的體驗活動,有助于培養學生的核心素養。