核心素養導向下高中物理自制電路示教板作用探析

自制電路示教板的過程本身就是一種探究和創新的過程，它鼓勵師生動手實踐，從實踐中發現問題、解決問題，從而加強對物理原理的認識和掌握。同時，還能讓師生在動手制作的過程中體驗到成功的喜悅，進一步激發學習物理的興趣和動力。另外，自制電路示教板效果好，成本低，易推廣，對于經濟稍落后地區的學校有著重要意義[1]。

一、深化物理觀念，構建知識體系

物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華[2]。核心概念是物理知識體系的基石，它們是物理學中最基本、最重要的概念。物理規律和原理是對物理現象和過程的本質描述，它們是連接各個知識點的紐帶。物理實驗是物理學發展的源泉，它不僅能夠驗證物理理論的正確性，還能為我們提供新的研究思路和方法。通過實驗，我們能夠親身經歷物理現象的產生與演變，從而深化對物理知識的理解[3]。同時，物理知識在實際生活中的廣泛應用也是構建知識體系的重要環節。深化物理觀念和構建知識體系是相輔相成、相互促進的關系。深化物理觀念能夠幫助我們更好地理解物理知識的本質，從而為構建知識體系提供指導，而構建知識體系能夠將零散的物理知識整合在一起，形成一個有機整體，使我們對物理觀念的認識更加全面和深入。

自制電路示教板能讓學生更加直觀地認識電路的基本組成和工作原理。它讓抽象的理論知識變得生動形象，就像在學生與抽象知識之間架起一座堅實的橋梁，幫助學生跨越理解障礙，深入理解物理知識的內涵。

通過自制電路示教板，學生可以親手組裝和調整電路，觀察不同元件之間的連接方式和電流、電壓的變化規律。這種直觀的操作不僅加深了學生對電路基本組成的理解，還使學生能更深刻地認識到電阻、電容、電感等元件在電路中的作用。這種從具體到抽象、再從抽象到具體的學習過程，有助于學生在頭腦中構建清晰、系統的物理知識體系，為后續的深入學習打下堅實基礎。

（一）分壓接法滑動變阻器大小的選擇

關于在電路中滑動變阻分壓式接法是選量程大的滑動變阻器還是量程小的滑動變阻器的問題。教師上課的時候進行了數學公式推導，得出的結論是應該選量程小的變阻器。但是有一些同學聽得云里霧里的，筆者便做了下面這個示教板。一個量程大的滑動變阻器和一個量程小的滑動變阻器都用分壓式接法，接在同一個電源和同一種燈泡的并聯電路中。這樣我們觀察燈泡亮度的變化便能清晰地看到結論，確實是量程小的滑動變阻器的有效控制范圍更大。

圖1分壓式接法滑動變阻器的選擇示教板

在左邊的支路中，筆者接上的是0—200歐姆的滑動變阻器，額定電壓是6.3伏的小燈泡。滑動變阻器的滑動片從下往上滑動的過程中，我們觀察得到，要滑到離上端還剩大概五分之一時燈泡才開始變亮。在右邊的支路中，筆者接上的是0—5歐姆的滑動變阻器，額定電壓是6.3伏的小燈泡。滑動變阻器的滑動片從下往上滑動的過程中，剛往上滑動一點燈泡就開始變亮，變化過程很明顯。實驗表明，在這個電路中，小滑動變阻器所在的支路燈泡亮度變化的可控性更好一些，從而在使用滑動變阻器的分壓式接法做實驗時會選擇量程小的滑動變阻器。

（二）自制“路端電壓與負載關系示教板”

通過這個教具，學生可以直觀地觀察到路端電壓與負載的關系，每閉合一個支路，燈泡是變暗的，與學生初中學習的并聯電路各支路電壓與電源電壓相等的知識并不符合。我們通過這個實驗可以得知，每閉合一個支路的燈泡，燈泡會變暗。讓學生理解電源原來也存在電阻的理論知識。

圖2新教材必修第三冊85頁電路圖

圖3路端電壓與負載關系示教板

筆者把書本上的實驗原理圖“原封不動”地變成實物連接。因為是“自制”的，便能做到與書本一模一樣。書本上的知識好像一下子就“活”了起來。學生不再只是對著靜態的電路圖發呆，而是可以親手觸摸、親眼見證電路的運行。這種從平面到立體的轉變，極大地增強了學習的互動性和參與感。每一個燈泡的接入，都讓學生深刻體會到電流在電路中的流動、路端電壓的變化。這樣的教學方式，無疑使物理學習變得更加生動有趣。在制作過程中，學生還會發現，理論與實踐之間并非總是那么完美無瑕地對接。有時候，書本上的理論在實際操作中會遇到各種問題，比如接觸不良、電阻值偏差等。這些問題迫使學生不得不回到書本，重新審視理論知識，找出問題的根源，并嘗試解決。這種“實踐一理論一再實踐”的循環，不僅加深了學生對物理知識的理解，還培養了他們的問題解決能力和批判性思維能力。

更重要的是，自制電路示教板的過程讓學生意識到，物理知識并非書本上的抽象概念，而是可以實實在在應用于生活中的。當他們看到自己親手制作的教具成功地演示出物理現象時，那種成就感和自豪感是無可比擬的。

因此，自制電路示教板不僅是理論與實踐之間的橋梁，更是激發學生興趣、培養創新思維和動手能力的有效途徑。

二、激發科學思維，培養創新能力

科學思維是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內化。它讓我們以理性、客觀的態度去觀察現象、提出問題、分析問題和解決問題。具備科學思維的人，能夠透過紛繁復雜的表象，洞察事物的本質和規律。創新能力則是在科學思維的基礎上，突破傳統、推陳出新的能力。要激發科學思維，我們需要培養對世界的好奇心和求知欲。鼓勵創新思維，讓學生在面對未知時敢于設想、勇于實踐，是培養未來科學家和創新人才的關鍵。同時，培養科學精神，強調實證與理性，為學生的全面發展奠定堅實基礎，助力他們在科學探索的道路上不斷前行。

自制電路示教板最大的魅力在于它的獨特性和創新性。與千篇一律的市場教具不同，自制電路示教板可以根據教學內容和學生的實際情況進行量身定制，能夠激發學生的學習興趣，它為學生提供了一個充分發揮科學思維能力的平臺。

在設計示教板的過程中，學生需要運用所學的物理知識進行創新思考，如何優化電路布局以實現特定的功能，如何選擇合適的元件來達到最佳的演示效果，這些問題都需要學生進行深入分析和推理。學生不再是被動地接受知識，而是主動參與到知識的創造和發現中來。

例如，同一個小燈泡接兩節干電池是不是一定比接一節干電池更亮？由實驗觀察可知，兩節很舊很舊的電池接入電路并不比一節新電池接入電路更亮。由此引出電池內阻的概念。這個引入，讓學生感到非常震撼。

圖4電源電動勢示教板

例如，“楞次定律”是電磁學部分中的一個重難點內容。教師感到難教，學生感到難學。盡管教師在課堂上講授多次，但學生的感性認識不夠，對知識理解不深刻，時常出錯。這時，學生自制一個千人震實驗儀，就能親身體驗，對學生理解楞次定律會有很大幫助。

圖5千人震電路示教板

學生在制作千人震電路示教板的時候，需要思考變壓器的原理、變壓器線圈匝數的選擇、電壓的選擇、兩者的匹配關系等。在解決這些問題的過程中，學生的邏輯思維、批判性思維和創造性思維都能得到鍛煉和提升。學生在體驗千人震實驗的過程中雖然會有觸電的感覺，但由于時間非常短暫，不會對生命造成危險。希望學生在體驗過后能留下深刻的回憶，對自感現象有更深入的理解。學生還可以根據自己的創意對示教板進行改進和拓展，添加一些額外功能，如加入傳感器實現自動控制等，這無疑會進一步激發學生的創新能力，使他們能夠從不同的角度去思考和解決物理問題。

因此，自制電路示教板是激發學生學科思維，培養創新能力的鑰匙。

三、提升科學探究能力，培養實踐精神

科學探究是指提出科學問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并做出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。在科學探究的過程中，學生親身體驗了從發現問題到解決問題的完整過程，充分發揮了自己的主觀能動性。每一個環節都離不開實踐精神的支撐，學生在實踐中學會了獨立思考、團隊合作和勇于創新，真正成為物理知識的探索者和創造者。

為了提升科學探究能力，培養實踐精神，我們可以從以下幾個方面入手：

首先，要培養濃厚的科學興趣。興趣是最好的老師，只有對科學充滿熱愛和好奇心，學生才會主動地去探索和研究科學問題。學生通過閱讀科普書籍、觀看科學紀錄片、參加科學實驗活動等方式，激發自己對科學的興趣。

其次，要掌握科學探究的方法和技巧。科學探究是有一定的方法和規律可循的，學生需要學習和掌握這些方法和技巧，如觀察、實驗、假設、推理、驗證等，只有掌握了科學探究的方法和技巧，他們才能更加高效地進行科學探究活動。

再次，要積極參與實踐活動。實踐是提升科學探究能力和培養實踐精神的關鍵，鼓勵學生積極參加各種實踐活動，如科技創新大賽、社會實踐調查、科學實驗探究等。在實踐活動中，他們會勇于嘗試、敢于創新，不斷提高自己的實踐能力和創新思維。

最后，要培養團隊合作精神。科學探究往往是一個復雜的過程，需要團隊成員之間的密切合作和相互支持。學生要學會與他人合作，尊重他人的意見和建議，共同解決問題，共同完成科學探究任務。

自制電路示教板本身就是一個完整的科學探究過程。從最初的選題、設計方案，到采購元件、動手制作，再到調試改進、展示成果，每一個環節都充滿了挑戰和探索。在制作的過程中，學生需要自己設計電路方案，選擇合適的元器件，合理規劃線路，思考如何實現特定的功能，需要親自動手操作，如焊接元器件、連接導線等。這些實踐操作不僅能夠提高學生的動手能力，還能讓他們在面對問題時學會如何解決。學生需要自己思考如何運用所學知識解決實際問題，怎樣利用有限的材料實現預期的物理現象展示的問題。當電路出現故障時，學生需要通過自己的觀察和分析，找出問題所在，并嘗試修復。此外，自制電路示教板還鼓勵學生進行跨學科的思考和創新，比如在設計電路時，學生可能需要運用數學知識來計算電阻、電流等物理量，或者運用計算機編程知識來實現電路的自動化控制。這種跨學科的融合不僅拓寬了學生的知識視野，更培育了他們的綜合素養和創新能力。

電路示教板制作完成后，學生可以進行各種實驗。在使用示教板的過程中，學生需要遵循科學的方法，進行嚴謹的實驗設計和數據分析。他們要記錄實驗結果，分析實驗數據，從中得出科學的結論。他們可以改變電路中的參數，觀察燈泡的亮度變化、電流的大小波動，從而深入理解電路的特性。學生遇到問題時，教師需要引導他們主動查閱資料、尋求幫助，甚至重新設計電路來解決問題。這種科學的研究方法，能夠讓學生養成嚴謹、認真的科學態度。這種勇于探索、敢于創新的科學精神，將伴隨他們一生，成為他們不斷前進的動力。

通過自制電路示教板的制作和使用，學生不僅能夠掌握物理知識，還能在實踐中鍛煉科學探究能力和實踐精神，培養他們的主動學習和問題解決能力。他們學會了如何提出問題、設計實驗、分析數據、得出結論，并能夠在實踐中不斷反思和改進。

四、增強科學態度與責任意識，培養社會責任感

（一）科學態度與責任培養

科學態度與責任是指在認識科學本質，理解科學、技術、社會、環境關系的基礎上，逐漸形成對科學和技術應有的正確態度以及責任感。自制電路示教板讓學生更加深刻地認識到科學技術與社會生活的緊密聯系。

在制作過程中，學生需要考慮元件的選擇是否環保、安全，電路的設計是否合理、節能等問題。這使學生明白科學技術的發展不僅要追求創新和進步，還要考慮其對社會和環境的影響，從而培養學生的社會責任感和環保意識。

學生在使用自制電路示教板過程中，嚴謹科學態度的養成是一個潛移默化的過程。例如，在連接電路時，要求學生必須按照正確的順序連接元件，確保導線連接牢固，避免出現接觸不良等問題。任何一個小的疏忽都可能導致實驗結果不準確，甚至損壞示教板元件。在讀取電表數據時，學生需要精確讀取刻度值，不能隨意估計或篡改數據。長期堅持這樣的操作規范，學生逐漸養成嚴謹認真、一絲不茍的科學態度，對待實驗過程中的每一個細節都能保持高度的專注和審慎。強調學生對實驗結果負責等責任意識的培養同樣至關重要。當學生完成實驗后，需要如實記錄和匯報實驗結果。如果實驗結果與預期不符，學生不能輕易放棄或敷衍了事，而是要認真分析實驗過程中可能出現的問題，如電路連接是否正確、元件是否損壞、測量是否準確等。通過這種方式，學生明白自己對實驗結果負有責任，要勇于面對實驗中的失敗與不足，積極尋找解決問題的方法。這不僅培養了學生對科學實驗的責任感，也有助于他們在今后的學習和生活中，對待各項任務都能秉持認真負責的態度。同時，通過團隊合作完成示教板的制作，學生還能學會溝通協調、分工合作，培養團隊合作精神和領導能力，這些都是科學態度與責任的重要組成部分。

總的來說，自制電路示教板在高中物理實驗教學中的運用，不僅提升了學生的物理概念和實驗技巧，更關鍵的是培育了他們的科學精神和責任感，為他們將來的科學探究和社會貢獻打下堅實的基礎。

（二）彌補教學資源不足，縮短地區差距

許多經濟欠發達地區的學校，由于資金有限，難以購置昂貴的專業電路教學設備。而自制電路示教板則可以巧妙地解決這一難題。我們可以利用日常生活中的一些廢舊小家電里的電阻、電容器、電感、二極管、三極管、集成塊等，通過簡單的工具和基本的電子知識，制作出實用的電路示教板。這些自制的示教板成本低廉，幾乎可以忽略不計，卻能發揮出巨大的教學作用。以一所農村中學為例，原本因缺乏專業電路教學設備而只能紙上談兵的物理課堂，在教師帶領學生自制電路示教板后，學生能夠直觀地觀察到電路的連接、電流的流動、燈泡的亮滅等現象，學習興趣和效果都得到了顯著提升。

在一些偏遠山區的學校，由于缺乏電力供應，傳統的電子教學設備往往無法正常使用。教師可以因地制宜，制作出以太陽能電池為電源的電路示教板，讓學生在學習電路知識的同時，也能認識到可再生能源的利用價值。這種與實際緊密結合的教學方式，有助于學生更深入地理解和掌握知識，從而提升他們的學習積極性和主動性。

此外，自制電路示教板作為一種低成本、高效率的教學工具，為經濟欠發達地區的學校提供了一種可行的解決方案。通過推廣這種教學方式，可以縮短不同地區學校之間在電路教學資源上的差距，讓更多的學生享受到優質的教育資源。這不僅有助于提升學生的綜合素質，還能促進教育公平和社會進步。

結束語

物理學科的四個核心素養相互依存、相互促進，構成一個有機的整體。在物理教學和學習中，教師應注重培養學生的綜合素養，通過多種途徑和方法，讓學生在掌握物理知識的同時，提高科學思維能力、實踐能力和社會責任感，為他們的未來發展奠定堅實的基礎。在核心素養導向的高中物理教學中，自制電路示教板發揮著多方面不可忽視的重要作用。

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）[S].北京：人民教育出版社，2020:1-5.

[2]湯玉林，唐挈.給學生一個基本完整和全面的物理世界：物理選修3—5作為高考物理必考內容的必要性[].中國考試，2017(3):38-44.

[3]陳兵.新探初中物理實驗教學優化方式[C]//省教師繼續教育學會.省教師繼續教育學會《教育與創新融合》研討會論文集（四）.靖江市新橋城實驗學校，2023:810-813.