以自制教具為抓手重構物理課堂

基金項目：本文系江蘇省教育科學“十三五”重點規劃課題“基于‘行知’物理課程基地提升學科育人品質的實踐研究”（課題編號：B-b/2020/02/176）的階段性研究成果。

摘" 要：本文從物理學科本質出發，以自制教具為抓手，凸顯科學探究的過程，把理解多用電表操作步驟所關聯的原理作為課堂設計的脈絡，幫助學生從“記步驟”到“懂步驟”過渡，充分發揮物理課程對提高學生核心素養的作用。

關鍵詞：物理課程；自制教具；科學探究；實驗原理

1" 引言

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出高中物理課程注重體現物理學科的本質，并從多方面提煉學科育人價值。［1］物理課堂是體現學科本質的重要陣地，要引導學生經歷科學探究的過程，體會科學研究方法。在課堂上為學生提供參與體驗的機會顯得尤為重要，其中物理實驗是增加學生物理體驗的重要手段，是其他任何方式都無法替代的學習方式。課堂上的演示實驗可以使用實驗室現有的實驗器材，也可以使用改裝的儀器，但優秀的自制教具效果更佳。

2" 以自制教具為抓手重構物理課堂的實踐價值

2.1" 改變知識的呈現形式

高中物理比較抽象，學生難以理解。課堂上過多的理論推導或是物理規律的直接講授，會使課堂效率大打折扣，不利于學生核心素養的提高。［1］自制教具是圍繞課堂知識以“凸顯教學目標，優化教學策略”為目標而設計的實踐載體，能夠把課堂知識串聯在一起，將復雜抽象的物理規律以客觀現象呈現，改變了知識的表現形式，降低了學習難度。

2.2" 改變教學的傳統方式

2.2.1" 呈現自制教具，激發科學思維

對未知事物的好奇心，人皆有之，學生對陌生器材都想探探究竟。以教材知識點為設計原理的自制教具，可以激發學生的求知欲望。從物理的視角去分析教具的本質屬性、內在規律以及相互關系，推理論證其原理，質疑創新其設計方式。

2.2.2" 巧設疑問，引導科學探究

關聯學生已有認知，為學生提供可操作、可體驗的實驗儀器，再加上合理的問題指引探究方向，其教學效果可想而知。學生對自制教具所呈現的實驗現象，形成合理的猜想和假設，基于論證后得到結論并對其做出合理解釋。在探究的過程中，不僅達成了理解知識這一目標，更提升了科學探究能力。這種形式替代了物理規律的機械記憶，能有效培養學生積極參與、樂于探究、善于實驗、勤于思考的習慣。

2.2.3" 有效評價，提升綜合能力

一般情況下，課堂上呈現的自制教具學生從未見過，較易激發學生的學習興趣，［2］聚焦學生的注意力，學生想探究；自制教具操作性好，現象明顯，探究可深入；自制教具的設計考慮到學情，會以較好的方式推動新知學習和探究。高中物理課程重視以評價促進學生發展，重視評價的診斷功能和激勵功能。學生在課堂上依托自制教具開展探究活動的過程中，教師給予及時、準確的評價，關注學生的個體差異，幫助學生認識自我，建立自信。［1］

3" 以自制教具為抓手重構物理課堂的實踐案例

3.1" 設計出發點

學生在學習閉合電路歐姆定律的基礎上，對電流表和電壓表的改裝做了較深入的研究。學生從知識層面上理解電流表和電壓表的改裝原理，熟悉改裝過程，并能靈活應用電流表和電壓表，故本節的重點放在歐姆表的原理學習和使用流程上。由于學生不清楚歐姆表的內部結構，不明白其測量原理，容易在實際操作中混淆實驗步驟或是遺漏操作環節。筆者為了改善這一狀況而做了一定調整，通過展示歐姆表內部結構的方式幫助學生理解測量原理并達到熟練掌握歐姆表的使用的目的，整體設計思路如圖1所示。

3.2" 教學過程

3.2.1" 理論提領

師：電阻在生活中應用廣泛，在實驗室也很常見，請學生設計實驗測量某電阻的阻值。

生：應用伏安法測電阻，設計實驗電路圖如圖2所示。

圖3

師：為了實驗操作方便，請學生簡化實驗方案并要求只用一個電流表。（學生分小組討論并請代表總結發言）

生：設計電路如圖3所示。

由歐姆定律得

Rx＝EI1－Rg－r－R1。

教師提示：電源的電動勢是已知的，電流的大小可以從電流表獲知。接下來只要能求得Rg、r和R1三者之和就可以。［3］

生：在教師的提示下，用導線代替待測電阻，即可求得Rg、r和R1三者之和。

師生共同總結歸納利用這種測量方式的步驟和注意事項：（1）電路中需要電源，而且是閉合回路，電流表才有示數；（2）測量前需要把待測電阻短接，以求得剩余電路電阻的大小；（3）電流表示數與待測電阻阻值是一一對應的關系；（4）根據函數關系求待測電阻的阻值。

設計意圖：問題指引行動，拋出一個合適的問題往往比解決問題更重要。通過問題導引學生回顧已學知識點，引導學生分小組討論探究，凸顯學生的主體性，激發學生的學習興趣。在教學環節的設計上，用一個電流表測量待測電阻，為歐姆表的引出及其原理的探究埋下伏筆。教師通過提示，適當幫助學生完成思路構建，符合教育學上所提及的“最近發展區”。歸納環節是梳理與總結的過程，對后面歐姆表原理的講解以及使用方法的介紹起到鋪墊作用。

3.2.2" 自制教具

電流和電壓都可以用靈敏電流表改裝的電表直接測量，很便捷。教師受所學知識的啟發，自制了一個儀器，請大家研究。

師：觀察實驗器材，表述器材特征（如圖4所示）。

圖4

生：①觀察到儀表盤，上面的單位是歐姆，是測量電阻的儀器；②儀表盤上的刻度很有特征，最右邊是零刻度線，而且刻度分布不均勻；③有兩個夾子，應該是連接待測電阻的。

設計意圖：讓學生明白這是測量電阻的儀器，但是其內部電路是看不見的，留下懸念，提高學生的好奇感，讓課堂充滿求知的氣息。

3.2.3" 科學探究

活動Ⅰ

師：實驗操作使兩個“夾子”相接觸，請學生描述實驗現象。

生：①未接觸時指針在最左邊；②接觸后指針向右偏轉，但是發現未指向零刻度線。

師：兩個“夾子”直接相連，說明電路中沒有接入外部電阻，電表的指針理應指向零刻度線。讓學生上臺嘗試調節，使指針歸零。

生：學生通過不斷地實驗探索，發現實驗器材上有個旋鈕，可以調節旋鈕，使指針歸零。

活動Ⅱ

師：拿出兩個已知阻值分別為80Ω、10000Ω的電阻，請學生上臺檢驗自制儀器的準確性。

生：學生上臺演示，并用投影裝置把上臺學生的操作展示給全體學生。

設計意圖：通過讓學生觀察實驗現象，不僅培養學生對未知事物的觀察能力，還與“歐姆調零”相呼應。讓學生自己上臺測量已知電阻，其一，可以培養學生動手操作的能力；其二，能展示每一步操作，全體同學能夠及時討論該操作是否合適；其三，在實驗驗證時發現待測電阻是10000Ω，但是儀表盤上顯示的是“10”，當接入80Ω電阻時發現指針在零刻度線附近，需要學生更換插口，并且在教師進行歐姆調零后發現指針對準的是儀表盤上“8”的位置。這不是偶然，其內部電路肯定有“奧秘”，這樣給學生一種快要看到勝利曙光的感覺和迫切想知道儀器內部電路結構的沖動。

3.2.4" 謎底揭開

為滿足學生的好奇心，教師把掩蓋的白紙拿開。

圖5

師：認真觀察圖5，請思考：①你看到了哪些電學元件？②電路有什么特點？③解釋儀表盤的特點。

學生小組探究得到結論：①電學元件有電池，可變電阻，儀表等；②電路分為兩個可調電路，分別對應不同的倍率；③根據儀表盤的分布情況，學生可以猜測電路中的儀表應該是電流表，與之前的理論推導正好對應。

設計意圖：實驗現象與已知理論相融合，培養學生發現問題、大膽測量的品質。教師把儀表盤上的貼紙拿開，學生發現其真的是靈敏電流表，學生豁然開朗，一節課的疑問終于解開。學生露出了釋疑后的笑容，課堂也“活”起來了。

思考提升：教師向學生展示多用電表內部結構圖（如圖6所示），讓學生進行觀察與思考。學生根據電流表、電壓表以及歐姆表的工作原理分析電路，對多用電表的工作原理有更深的理解。

圖6

3.2.5" 原理關照下的使用步驟

教師：①歸納使用歐姆表測量電阻的流程。②根據歐姆表、電壓表與電流表的工作原理，歸納使用多用電表時的注意事項。

師生共同歸納：①測量電阻時需斷開外電源——選擇歐姆擋后，其內部有電源。②兩表筆短接調零——外接電阻為零時，電流應該最大，即指針指向表盤零刻度線。③測量電阻時根據原理，嚴格按照電流與電阻的對應關系，選擇合適的倍率以保證讀數的準確性。④更換倍率后應重新歐姆調零——換擋后歐姆表內阻發生了變化。⑤電流“紅進黑出”——電流從正接線柱流入多用電表。

4" 結語

以自制教具為抓手重構物理課堂，以“提高學生核心素養”這一目標為引領，課堂教學以自制教具為載體，重視科學探究的過程，重在提升學生的思維品質。課堂教學擺脫了對儀器使用步驟的簡單化處理方式，優化了教學方式，有利于培養學生的課程核心素養。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：1-6.

［2］黃玉雅.自制實驗教具 增添課堂活力——以“顯微鏡和望遠鏡”教學為例［J］.中學物理教學參考，2022（9）：63-65.

［3］人民教育出版社" 課程教材研究所" 物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書" 物理" 必修" 第三冊［M］.北京：人民教育出版社，2019：89-92.