基于核心素养导向的实验探究教学

张娟娟　任新成

摘 要：传统实验教学轻视对学生逻辑思维、发明创造的引导。针对以上现象，文章以“滑动变阻器”的教学设计为例，论述实验探究作为物理核心素养的重要内容，对学生科学探究意识、科学探究能力培养的重要性。

关键词：实验探究;滑动变阻器;教学设计

一、教学用具

自制滑动变阻器（由电源、开关、电灯、夹子、导线、电阻线等制成）、磁筒、金属圆环、金属棒等。

二、教学目标以及教学重、难点分析

1.教学目标

知识与技能：体验滑动变阻器的设计过程，理解滑动变阻器的原理。过程与方法：通过实验探究掌握滑动变阻器的设计原理。情感态度与价值观：培养学生发现问题、解决问题的能力，加强学生的创新意识。

2.教学重点和教学难点

重點：滑动变阻器的原理;难点：滑动变阻器的设计。

三、实验探究型课堂教学设计

环节1：创设情境、激趣设疑

师：大家来观察这个舞台，电源电压一定时，舞台上的灯光能够由暗变亮，也能由亮变暗。同学们思考一下，灯光的亮度为什么会改变？

环节2：发现问题、设计实验

师：灯光的亮度为什么会改变呢？

生：电源电压一定，而亮度逐渐变化，应该是电阻发生了变化。

师：那我们一起来回忆一下，决定电阻大小的因素有哪些？

生：决定于导体的材料、长度、横截面积，还跟温度有关。

师：那么现在请大家看一个实验（如图1），这是一个由电源、开关、电灯、夹子（连接可移动夹子的导线太短，换为长的，才能使夹子从最右端移到最左端，保证看得到电灯的亮度有微小的变化及电阻线组成的串联电路，合上开关，电灯亮了。

师：思考一下，如果不改变电压，如何改变电灯的亮度呢？如果可以改变电阻，如何改变呢？

生：移动夹子可以改变电阻，因为移动夹子时改变的是长度。

师：好的，那我们一起来分析一下（如图2）：当夹子夹在B点时，我用红线将电流通过的路径画出来，这时电阻线接入电路中的长度是AB段。当夹子移到C点时，我们也用红线将电流通过的路径画出来，这时电阻线接入电路中的长度是AC段。所以，夹子移动的过程中逐渐改变了接入电路的电阻线的长度，而不是整个电阻线的长度。

环节3：实验探究、得出结论

师：由刚才的实验看出，夹子、电阻线就能制成简单的变阻器。可是当我将夹子从电阻线的一端移到另一端时，大家说电灯亮度的变化明显吗？

生：不明显，因为变阻器的阻值变化范围太小了。

师：阻值变化范围太小，实用价值就会很低，那如何改装会提高实用价值呢？对，可以将电阻线的长度继续加长。当它足够长时，会出现什么问题呢？

生：移动夹子时不方便。

师：那么既要保持电阻线的长度，又要使操作方便，该怎么办呢？

生：把电阻线缠绕起来。

师：很好！一般来说，实验时要把电阻线缠在绝缘的瓷筒上，而不是金属圆筒上（实验的导线可以拿一根铝线，并且是裸露的）。现在我们来试试看，我将电阻线绕在磁筒上，绕完后，电阻线两端该怎么办呢？

生：应该用金属圆环分别将两端固定。

师：是的，为了方便接线，在电阻线一端接上一个接线柱，这叫下接线柱。由于电阻线裸露且很长，要将它绕在很短的瓷筒上，需要绕得很密，这样又会出现什么问题呢？相邻的线圈紧挨在一起了，电流就不再是沿电阻线一圈一圈地流，而是沿着线圈表面直接通过，发生短路，接入电路的电阻线长度反而变短。那么要想在线圈紧挨的情况下不发生短路，该怎么办呢？

生：可以先在电阻线的表面涂上绝缘漆，再将它绕在瓷筒上。

师：非常好！这个问题解决之后，同学们再来研究夹子该如何安装，能不能再用手抓着夹子移动呢？

生：不能，因为一旦放开手，夹子就会掉下去，必须用支架把它架起来。

师：大家请看，我们通常用一根金属棒穿过夹子，接着用两个支架把金属棒和圆筒架起来，这样夹子就可以在线圈上自由移动了，不但不会掉下来，还可以始终与线圈接触。为了接线的方便，我们在金属棒的这一端也装上一个接线柱，称为上接线柱，把改装后的夹子叫滑片，大家想想看现在这个装置可以使用了吗？

生：不可以，因为线圈表面绝缘，滑片与线圈不导通，导致断路。

师：那么这个问题该怎么解决呢？给大家一个提示，我们可以把线圈表面的绝缘漆刮掉。

生：把线圈与滑片接触部分的绝缘漆刮掉。

师：很好，可是刮漆后，线圈会不会短路呢？我们将刮漆的部分线圈放大（如图3），发现相邻的两线圈还是相互绝缘的。现在我们将这个装置接入刚才的电路中，移动滑片，灯泡的亮度果然发生了明显的变化[1]。

师：大家共同把电阻线和夹子成功地改装成一个具有实用价值的变阻器了。这就是滑动变阻器！

四、教学反思

实验探究型课堂中，教师有必要引导学生一步步地发现问题，逐步改进实验方案，从而激发学生发明创造的动力，提升学生理论分析和发现规律的能力，培养学生的科学素养、科学态度。否则，探究式教学就会变为灌输式教学，让学生无法真正体验实验探究的快乐[2]。

参考文献：

[1]郇兆鹏.自制变阻器模型实现教学做合一——例谈全国青年教师优课大赛一等奖“变阻器”教学[J].物理教师，2017（8）：33-34.

[2]李雪林.物理教学要体现科学探究的本质[J].物理教师，2016（12）：10-11.

作者简介：张娟娟（1995—），女，延安大学物理与电子信息学院17级课程与教学论专业硕士在读;

任新成，男，延安大学物理与电子信息学院教授，研究生导师。