创意教具提升学生物理核心素养

陈美妍

摘 要：物理是一门以实验为基础，理论和实践相结合的自然学科.笔者围绕着实验原理，大胆创新实验方法，启发学生用不同方式观察、操作、体验创新，通过分析比较，探究总结出物理规律，并且用低成本实验帮助学生建构新知识，既让学生体会到物理学的魅力，又提高其学科核心素养.

关键词：物理教学;实验创新;能力提升

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0036-02

作者简介：陈美妍（1977-），女，福建厦门人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理教学、初中物理实验创新.

日常教学中，教师总希望能把演示和学生分组实验演绎得既形象又生动，但破解不了如下的瓶颈：实验器材复杂、实验操作繁琐、实验现象不明显、实验结果无法达到预期的实验目的.笔者在教学过程中，常用身边物品，进行创意实验，取得实验现象明显、实验结论简洁明了的效果.创意小实验，取材容易，操作简单，使用方便、安全，成本低廉，便于学习.教师通过创新实验的应用，引导学生总结、掌握物理现象和规律，探索研究方法，领悟科学思维，提高创新能力，激发学生对物理学的好奇心和旺盛的求知欲，构建高效课堂.

1 实验创新的意义

1.1 提高学生动手能力，实现从感性认识到理性认识的飞跃

物理教育家朱正光先生曾说：“千言万语说不清，一看实验就分明.”平常受到课时和器材的限制很多实验无法让学生亲自动手探究，只能纸上谈兵，但只凭教师口头讲解或者演算推理得出的结论，学生很难信服.笔者的一些创意小实验恰好可巧妙解决这个矛盾，可以充分地让学生参与其中，方便其从实验过程和现象中得出物理规律.“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，许多学生通过创意实验操作，对实验结论的理解更加深刻.

1.2 激发学生探索知识的欲望，实现从好奇心到求知欲的转化

爱因斯坦有句名言：“兴趣，是最好的老师”.学生刚接触物理可能会觉得物理有趣，这时我们就要抓住学生的这份好奇心，用有趣的实验吸引他们，激发他们的求知欲.笔者课前会精心设计一些有趣的小实验吸引学生，利用创意实验把呆板、枯燥、抽象的物理化为直观的实验结论，从而激发学生主动学习探究的欲望.

1.3 理论联系实际，扩展学生的思维方式

物理与生活息息相关，物理概念和原理相对比较抽象、枯燥，而笔者自制的创意实验能够直观地用实验现象呈现出物理规律，从而使学生明白所学知识是源于对日常生活现象的规律性总结.如果教师的实验设计得成功，那么不但能有效地激发学生的学习兴趣，让课堂绽放异彩;还能有效克服学生的思维定势，转变学生的思维方式，激发学生提出富有新意的实验方案，培养他们的创新意识.

2 创新实验的案例——焦耳定律实验

在物理实验中，若使用日常生活用品做实验器材，学生会有亲切感，可以消除学生的畏难情绪，激励他们积极、主动地探索未知世界.学生对创意实验的好奇心会使他们更想知道这些装置到底能呈现什么样的物理现象，能揭示什么物理规律，这样他们做实验就更具有目的性和探究性.笔者曾自行研制30套焦耳定律的分组实验器材，并于2004年参加全省青年教师创新教学比赛，获得省一等奖.

科学探究“电流的热效应”是上海科学技术出版社九年级教材第十六章第4节的内容，是初中阶段电学重点实验之一.教材中本节课所采用的器材如图1所示，实验器材有：学生电源、电流表、温度计、煤油、集气瓶、开关、导线，本实验的缺陷有如下几点：

（1）教材实验装置设计，线路的连接较复杂.

（2）必须要有两支初温相同，刻度线均匀的温度计，否则实验误差大.

（3）煤油气味刺鼻，影响师生的身心健康，不环保.

（4）原理抽象，分析较复杂，学生较难理解掌握.

（5）煤油加热升温所需时间较长，观察实验现象耗时、耗电，部分学生会失去耐心.

针对以上存在的问题，笔者对实验进行创新.创新实验所需的器材有：干电池、凡士林、火柴、开关、粗细不同的铁丝、自制纸垫板、导线.创新实验的使用方法如下.

2.1 探究电流产生的热量与电阻的关系

如图2所示：截取粗细不同但等长的铁丝相连接，并将其串联于电路中，火柴沾点凡士林，以能粘住铁丝为宜（凡士林不宜太多，否则熔化所需时间会较长），纸垫板折成三角支架.

引导学生观察：哪根火柴先掉下？

学生在实验过程中发现：粘在较细的铁丝上的两根火柴先掉下来.

学生交流分析：该电路为串联电路，因此粗细铁丝所通过的电流相等，铁丝等長，但粗细不同（同种材料电阻的大小与粗细、长短有关），因此电阻不同，所以此电路可在电流和通电时间相同的情况下，研究电流产生的热量跟电阻大小的关系.通电后电流通过电阻丝产生的热量使得凡士林受热熔化，细铁丝的火柴较快掉下是因为其电阻较大，电流产生的热量较多，凡士林熔化就越快，火柴就越快掉下，粗铁丝的电阻较小，电流产生的热量较少，凡士林熔化较慢因此火柴后掉下来，这样就可以直观地比较电流产生的热量.

通过分析得出结论：在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多.

2.2 探究电流产生的热量与电流大小的关系

如图3所示：截取粗细相同且等长的三段铁丝，组成如图所示混联电路，即其中两根铁丝并联后再与第三根铁丝串联，沾有凡士林的火柴粘在干路和其中一支路的铁丝上.

引导学生观察：哪一路火柴先掉下？

学生经实验后发现：干路铁丝上的两根火柴先掉，而后掉下的是支路铁丝上的两根火柴.

分析讨论：该电路为混联电路，铁丝粗细相同且等长，所以三段铁丝电阻相同，但如图3所示粘有凡士林的火柴分别处于支路和干路上，由上节课所知，干路与支路上电阻所通过的电流是不同的，干路电流大，支路电流小.电路通电后电流通过电阻丝产生的热量使得凡士林受热熔化，通过干路上的铁丝电流大，电流产生的热量越多，凡士林熔化就越快，火柴就越快掉下来;通过支路上的铁丝电流小，电流产生的热量较少，凡士林熔化就较慢，火柴就后掉下来，因此观察火柴掉下的先后，就可以比较电流产生的热量.

得出结论：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多.

创新实验的效果与教材中的实验进行对比，体现创新实验的优势，创新实验仪器取材简单，器材环保，过程所需的时间短，实验现象明显，学生容易通过实验现象得出实验结论.创新实验比较有趣，学生乐在其中，课堂气氛活跃，讨论激烈，每位同学都想动手操作实验，有效地激发学生学习物理的兴趣，提高物理课堂效率.本实验装置已在我校及本区推广使用，获得一致的好评.我们发现通过与上届的学生对比，学生对本节课“电流的热效应”的校本作业完成的准确率从原来的65%提高到90%，说明学生对该知识点的掌握情况良好，对知识点理解较为透彻.

3 总结

本文介绍了教材中的实验存在的一些问题，并提出创新方案.通过实验新装置能够解决课本实验的一些不足之处，并突破教学难点.通过比较，我们不难发现创新实验更能将学生引入对未知世界的思考，使我们的课堂更精彩，使我们的物理教学更丰富.总之，师生共同动手参与创新，从实验探究中体会科学结论，领悟研究方法，学会科学思维，提升创新能力，激发学生好奇心和求知欲.创新实验对物理教学起到事半功倍的作用，有效提升师生的实践能力和学科素养，进一步推进素质教育.

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（收稿日期：2021-05-10）