基于核心素養(yǎng)的高中物理自制教具探究

摘 要：《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》強調(diào)學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，這也成為學科教學的新任

務(wù)。傳統(tǒng)物理學科中的教具和實驗器具已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代教學的需求了，自制教具必然會成為物理教學中的重要方法。自制教具有獨特的優(yōu)勢，如靈活多變、操作方便、形式多樣等。文章基于核心素養(yǎng)對高中物理自制教具問題進行了詳細探析，重點在于凸顯自制教具中所蘊含的核心素養(yǎng)內(nèi)容，努力發(fā)揮自制教具的作用，構(gòu)建高效物理課堂。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);高中物理;自制教具

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-1737（2022）21-0019-03

引? 言

物理課程本身所具備的實驗性和探究性，決定了教師要高度重視實驗教學。核心素養(yǎng)背景下，很多教師將實驗課程搬到了課堂上，讓學生多實驗、多觀察、多探究。教具和器具是開展實驗的基礎(chǔ)和前提，教師如果直接應(yīng)用學生不熟悉或者過新的教具，很容易導(dǎo)致學生的認知與實驗脫節(jié)的情況出現(xiàn)，進而影響到實驗效果。受其他因素的限制，學生無法在學校實驗室完成實驗，這時，自制教具的作用就凸顯出來。自制教具通過改裝與實驗相關(guān)的家用器具而成，不僅可以增強實驗效果，也不會使學生感覺到陌生和抵觸，而且學生自己對實驗的器具進行改造，有利于激發(fā)他們的創(chuàng)造熱情，使他們養(yǎng)成良好的實驗態(tài)度，這對提高學生的物理學科核心素養(yǎng)也有非常重要的意義。

一、物理學科核心素養(yǎng)

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）對物理學科核心素養(yǎng)提出了明確的要求，即教師要培養(yǎng)學生的物理觀念、科學思維、科學探究及科學的態(tài)度和責任。

物理觀念主要指的是在物理學科當中的物理概念、定理、現(xiàn)象及規(guī)律。自制教具的實施基于物理觀念，所以物理概念在物理學科教學中具有輔助性的教育價值。物理科學思維主要指的是學生對物理事物、現(xiàn)象、內(nèi)部規(guī)律及其相關(guān)作用之間的認知與了解，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建物理模型。物理科學探究指的是對問題的猜想、驗證及解決，也就是讓學生在學習物理知識的過程中發(fā)現(xiàn)問題，對問題進行猜想和假設(shè)，并據(jù)此制訂實施方案。這些都為物理教具的自制提供了有利的契機，也保證了教具的自制效果。科學態(tài)度和責任是物理學習的終極追求，也就是使學生經(jīng)過學習物理學科的本質(zhì)、物理技術(shù)及社會關(guān)系等具有科學的態(tài)度及責任，這也是物理知識體系不斷修正和發(fā)展的結(jié)果[1]。

二、高中物理自制教具及其特色分析

關(guān)于教具的理解有很多，一般認為教具是輔助物理課堂的物品，而最常見的就是教材。高中物理教具涉及的內(nèi)容非常廣泛，既包含各種實物，也包含圖像及模型，這些都可以對物理現(xiàn)象和科學過程進行再現(xiàn)。在高中物理教學中，教師和學生通過自制教具，對某一現(xiàn)象、知識點進行詮釋，能夠讓學生更直觀地理解相對抽象的物理知識點。

教具的使用主要有兩方面，一是教師對教學內(nèi)容進行演示，二是學生分組實驗的器材。在物理學科教學改革不斷推進的情況下，物理教學主要向?qū)W生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)靠攏，學生參與教具制作的積極性不斷提升，自制教具也直接體現(xiàn)了學生的動手與實踐能力，這也被納入物理教育的考查范圍。

自制教具在物理課堂教學中有很好的輔助作用，并且具有自己的特色。自制教具的應(yīng)用簡化了教學過程，提升了教學成效，具體特點體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，靈活和多變性。自制教具主要是由生活中常見的日用品或一些廢舊物品制作而成，能夠改變學生對事物持有功能固定態(tài)度的想法，發(fā)揮學生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新力。自制教具具有經(jīng)濟性、創(chuàng)新性、靈活性的特點，能夠?qū)ξ锢砀拍睢⒍ɡ淼冗M行很好的解釋。

第二，充分體現(xiàn)物理學科核心素養(yǎng)。高中物理自制教具的應(yīng)用，需要學生將物理知識與其他學科的知識結(jié)合到一起，這也體現(xiàn)了核心素養(yǎng)下各學科之間的整合和滲透。自制教具材料簡單，操作方便，靈活多變，可以隨時隨地制作和使用。

第三，形式多樣化。隨著時代的變革，物理教學自制教具的覆蓋范圍也在不斷拓展。物理教具可以通過實物制作出來，也可以利用軟件進行編輯，以教師制作，或者師生合作探究性制作為主。教具的制作可以是針對一個知識點，也可以是針對不同的知識點。其制作內(nèi)容和形式不同，所呈現(xiàn)出的功能也就不同，這也是自制教具的魅力所在。因此，在高中物理教學中，通過自制教具，教師可以幫助學生更好地理解物理問題，對培養(yǎng)學生的物理思維，幫助他們突破重難點等有很大的幫助。

三、自制教具的選材及其設(shè)計原則

（一）自制教具選材的原則

第一，經(jīng)濟性。自制教具是為了方便物理授課，在教學實踐中，絕大多數(shù)物理教師是自費制作教具，所以經(jīng)濟性原則也是教具制作中必須充分考慮的，制作性價比高的教具至關(guān)重要。隨著教育教學改革的推進，自制教具在物理教學實踐中的應(yīng)用越來越深入。新課程改革也提倡教師自制教具，專項補貼也在不斷增加，這也為教師自制教具的實施提供了非常大的空間[2]。

第二，廣泛性。生活中的很多物品都可以被作為教具，包括礦泉水瓶、紙殼、木板、飲料罐、吸管等。自制教具在廣泛性的基礎(chǔ)上也具有一定的專業(yè)性，如磁鐵、金屬導(dǎo)線等，這些專業(yè)性的教具在現(xiàn)實生活中也非常容易購買。簡單來說，在現(xiàn)實生活中，只要是可以解決物理問題、展示物理現(xiàn)象的材料，都可以用在物理教具的制作當中。

（二）自制教具設(shè)計的原則

教師在物理教學中自制教具授課，主要目的是強化學生對物理知識點的學習和理解，加強學生的記憶與感知能力。教師利用自制教具開展物理實驗活動，可以鍛煉學生的思維，使學生將抽象思維和邏輯思維等結(jié)合到一起。在自制教具時，教師應(yīng)遵循如下原則。

第一，學生的參與性原則。在物理課堂上，最重要的是利用好教具組織實施物理實驗活動，所以學生的課堂參與度非常重要。學生積極參與到教學中，可以更好地理解物理現(xiàn)象，解釋物理問題。這不僅可以幫助學生了解更多的物理信息和相關(guān)的知識點，還能夠提升學生的物理實踐能力和創(chuàng)新能力。

第二，實用性原則。自制物理教具操作起來簡單、方便，而且具有可以直觀演示操作的特點，能夠更好地服務(wù)于教學，但是自制教具不能過分地關(guān)注外表，也不能過多地對其衍生性的效益進行考慮。這樣才可以避免學生將過多的關(guān)注點放在教具上，使教具更好地發(fā)揮自身的作用。

第三，科學性原則。自制教具是由教師或者教師和學生共同完成的，自制過程和結(jié)果都要具備科學性，不能弄虛作假。物理教具的使用主要是為了展示物理知識點，因此，教具制作及使用的科學性是必然的，這樣才可以更好地鍛煉學生的思維品質(zhì)。

四、核心素養(yǎng)下高中物理教具的自制

（一）以物理觀念為基礎(chǔ)的教具設(shè)計

學生物理觀念的培養(yǎng)重點應(yīng)放在物理現(xiàn)象、物理規(guī)律及物理概念上，這是強化學生物理學習效果非常重要的手段。物理學科中存在很多抽象和微觀的知識，很多物理知識點理解起來十分困難?；谖锢碛^念的教具設(shè)計可以夯實學生的基本功，提高學生的學習效率[3]。物理觀念是高中物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)和前提。通過物理自制教具的設(shè)計與應(yīng)用，教師可以將知識點從微觀轉(zhuǎn)換到直觀、從抽象轉(zhuǎn)化到具體、從動態(tài)轉(zhuǎn)化到靜態(tài)。教師借助教具可以幫助學生更好地觀察物理實驗現(xiàn)象，使學生歸納現(xiàn)象背后的本質(zhì)及規(guī)律，并從實驗中找到解決問題的方法和策略。

高中物理中很多知識點比較抽象，這也是高中物理學習起來困難的原因所在。而想要對抽象的概念進行理解，學生就需要結(jié)合物理實驗，構(gòu)建物理模型或者通過多種方式對物理學的研究規(guī)律進行探析。教師要重點培養(yǎng)學生的物理思維、邏輯思維等，將抽象的物理知識具象化，強化物理概念。因此，在具體的教學設(shè)計中，教師還應(yīng)該堅持從抽象到具象的原則。

例如，在對“電場線”這一物理概念進行教學時，教師可以組織學生設(shè)計一個實驗教具。教師可以組織學生設(shè)計一個將頭發(fā)屑漂浮在蓖麻油當中的實驗，通電讓學生觀察受力情況。這個實驗很簡單，利用生活中的工具就可以改裝完成。學生通過教具設(shè)計和實驗觀察，可以將“電場線”理解得更加透徹。

又如，在教學“靜電”這一部分知識點時，教師可以組織學生利用生活中常見的工具制作靜電實驗儀器。首先，教師可以引導(dǎo)學生想一想家中哪些工具與靜電有關(guān)，引出夏季常用的電蚊拍，然后分析電蚊拍的工作原理，在蚊子觸碰電網(wǎng)后，電網(wǎng)就會短路，產(chǎn)生的電流可以將蚊子電暈。電蚊拍的內(nèi)部電路是不會對人產(chǎn)生危害的，所以可以將其用在高壓靜電的實驗當中。其次，制作靜電實驗儀器。準備工具：電蚊拍、導(dǎo)線、剪刀、錫紙、塑料瓶、易拉罐、泡沫板;將易拉罐剪出四個直徑為12厘米左右的圓形片;將錫紙用手搓成直徑在0.5厘米以內(nèi)的小球;在塑料瓶上剪出大概高為5厘米的環(huán)形邊，注意要用大口徑塑料瓶;每兩個圓片和環(huán)形邊組合成一個密封的小容器，將錫紙球放在里面，用熱熔膠固定，制作成靜電跳球?qū)嶒瀮x器。最后，實驗操作，取兩根導(dǎo)線，一端分別連接在電蚊拍高壓電網(wǎng)的內(nèi)外網(wǎng)上，另一端接在制作好的靜電跳球?qū)嶒瀮x器的兩個圓片上，打開電源后可以看到錫紙球在上下兩塊板之間來回跳動。

（二）培養(yǎng)科學思維的教具設(shè)計

物理作為一門實驗探究課程，重點在于培養(yǎng)學生的模型構(gòu)建能力和思維能力等。所以，在物理教學中，教師可以組織學生設(shè)計培養(yǎng)科學思維的教具，鍛煉與發(fā)展學生的逆向思維。

例如，在安培力大小這一單元的教學中，教師就可以設(shè)計關(guān)于安培力大小的探究實驗。首先，制作方法。準備兩個支架，一個支架上放有角度并且可以轉(zhuǎn)動的刻度盤，用釹鐵硼強磁鐵在刻度盤上構(gòu)建起平行的磁場，注意高度要保持在線圈之下，將臺秤放在水平的桌面上，并將另一個支架放在臺秤上，在第一個支架上固定多扎的銅絲線圈，另一個支架直接通過第一個支架刻度盤中間的孔，確保兩個支架不發(fā)生接觸。其次，實驗過程。保證桌面處于水平的狀態(tài)，利用臺秤上的去皮功能將第二個支架的質(zhì)量示數(shù)清零。然后轉(zhuǎn)動角度刻度盤，讓線圈和磁場保持垂直，接通電源，改變線圈電流的大小，對臺秤的示數(shù)進行記錄;改變釹鐵硼強磁鐵的個數(shù)，待磁場的強度改變后記錄臺秤的示數(shù);改變接入電流的線圈匝數(shù)，然后接通電源記錄示數(shù)。分析實驗數(shù)據(jù)之后，學生便可得出安培力的大小和電流、磁場的強度、導(dǎo)線的長度及流經(jīng)線圈等都有直接關(guān)系。

（三）培養(yǎng)探究能力的教具設(shè)計

《課程標準》對素質(zhì)教育的重視程度越來越高，更強調(diào)對學生各方面素養(yǎng)的關(guān)注和培養(yǎng)，所以在自制教具時，教師也應(yīng)體現(xiàn)這一點，讓學生可以在制作教具的過程中啟發(fā)想象力，開發(fā)智力，在實驗探究及問題提出和解決中真正學習到知識。

例如，在教學“向心力”這部分知識點時，教師可以組織學生進行教具的自主設(shè)計。向心力是一節(jié)比較有趣的課程，教師可以設(shè)計“水流星”的自制教具。準備一根繩子，一邊綁住桶，一邊用手拉動快速地轉(zhuǎn)動，桶中的水沒有溢出，體現(xiàn)的實驗原理就是向心力。在課堂上，教師可以組織學生利用生活用品再做一個對向心力進行實驗的新教具。首先，制作方法。準備一根100厘米的繩子，一端固定一個50g的秤砣，一端穿過硬質(zhì)的塑料管，繩子的另一端固定一瓶沒有打開的礦泉水。實驗過程：在制作完教具后，教師可以將其用在圓周運動中，給學生制造懸念，激發(fā)學生對問題的探究欲望，然后用手將硬質(zhì)塑料管握住，讓秤砣在水平面上快速旋轉(zhuǎn)，秤砣離心之后繩子會繃緊，進而拉動礦泉水瓶子，確保其不落下來。將教具應(yīng)用在向心力探究中，能夠讓學生更加直觀地感受實驗效果。

結(jié)? 語

綜上所述，高中物理自制教具重點考查的是學生的自主性和創(chuàng)造性，同時也是對學生物理知識學習情況的直接考查。因此，基于核心素養(yǎng)的高中物理教學要充分體現(xiàn)學生的自主性，巧妙地利用生活中現(xiàn)有的物品制作新的教具，創(chuàng)新學生思維，從物理理念的深入、學生科學思維及科學研究能力的培養(yǎng)方面強化自制教具的實驗效果，使學生真正得到鍛煉、得到成長。

[參考文獻]

羅朝宇.基于高中物理核心素養(yǎng)的自制教具實驗探究[J].求學，2019（12）：22-25.

馬晨，高嵩.自制教具培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（03）：39-41.

童新民.利用自制教具優(yōu)化高中物理課堂教學[J].考試周刊，2021（04）：123-124.

基金項目：本文系福建省教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度立項課題“‘雙減’背景下中學物理校本作業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計”（立項編號：Fjjgzx21-155）的階段性成果。

作者簡介：施沙丹（1981.10-），女，福建福州人，

任教于福建省福清第一中學，中學一級教師。