开发自制教具 助力核心素养培养

张凤天

(甘肃省张掖市高台县城关初级中学,甘肃 张掖 734300)

1 引言

初中物理实验教学在培育学生的核心素养方面起着举足轻重的作用，在实际教学中,由于受应试教育的影响,加之部分实验教学存在缺陷,在一定程度上影响了学生核心素养的发展。自制教具具有创新实验方法、优化教学效果之功效,运用自制教具有助于培养学生的核心素养。

2 通过自制教具改进演示实验,增强学生的物理观念

物理观念是学生对物理现象、概念和规律的基本认识,[1]在《义务教育物理课程标准(2011年版)》中常以“知道”“了解”等动词来表征学业要求。虽然要求不高,但有些知识却是部分学生学习的难点,往往表现为似懂非懂、记忆不清、运用不当等。改进实验方法,优化教学效果,是增强学生科学观念的有效措施。

“短路”现象是电路教学的难点。平时,用常规器材进行实验，当把导线接在电池或灯泡两端时,看到灯泡熄灭,再通过理论分析加以总结。但是有学生对该问题的理解存在较大困难，究其原因,笔者认为跟实验效果不佳有关。为了使学生深刻认识短路现象,笔者制作了短路报警器。

2.1 制作方法

(1) 制作干簧继电器。网购一只干簧管,用漆包线在干簧管上绕制25匝的线圈,就做成了干簧管继电器(图1)。

图1

(2) 器材组装。网购一只防盗报警器,拆下其中的控制开关,将干簧管继电器的干簧管接在此处,给线圈引线并接上与示教电路板相配套的插头，这样就做成了一个短路报警器(图2)。

图2

图3

2.2 实际应用

(1) 把两节干电池、报警器、开关和小灯泡连接成电路(图3)。

(2) 闭合开关使灯泡发光。

(3) 将一根线芯较粗的导线接在a与b之间时,看到灯泡熄灭,同时报警器发声,当解除短路后,灯泡发光、报警声消失。通过视、听两方面的感官刺激,学生注意力高度集中,加上短路与非短路形成了鲜明对比,学生易于理解。

(4) 将导线先后接在图3中的a与d之间、c与d之间、c与b之间进行实验,会产生一系列的短路现象，生动有趣,能使学生深刻理解短路的本质。

3 运用自制教具丰富学生实验内容，提升学生的科学探究能力

开展丰富的学生实验,是培养学生的科学探究能力的重要措施，面对一些由于实验器材短缺、性能不良而难以开展的分组实验,我们可以开发一些便捷、高效的自制教具加以补充,这样将有助于学生探究能力的发展。

在北师大版初中物理教材“不同物质的导电性能”一节中讲到人体、大地是导体,但对这些弱导电性物质来讲,靠电池、灯泡等常规器材难以完成实验,[2]学生只能机械识记，为此,笔者制作了“物质导电性能实验器”来解决问题。

3.1 制作方法

(1) 设计电路。根据人体导电性弱、LED工作电流小、三极管有放大作用等特点,设计如图4所示的电路。

图4

(2) 制作盒体。利用PVC管和薄塑板等材料制作如图5所示的圆盒,在侧面装上螺杆作为接线柱。

(3) 器材组装。在盒盖中央打孔并装上LED,根据电路图将有关元件连接成电路并封闭在盒中，这样,就制成了“物质导电性能实验器”(图5)。

图5

3.2 实际应用

在一块手机电池的正、负极处分别焊接引线,接于该装置的电源端。在另外两个接线柱处分别接上带鳄鱼夹的导线,以接入被测物质。

(1) 若要探究普通材料的导电性能,可将被测物质接在两只鳄鱼夹之间,发光则为导体,不发光则为绝缘体。

(2) 若要探究大地的导电性能,可用装有潮湿土壤的塑料盒代表大地,让鳄鱼夹接触土壤时,看到LED发光,说明地球是导体(图6)。若要探究人体的导电性能,只需要用两手抓住鳄鱼夹即可,每当看到LED发光,学生便发出赞叹声。

图6

(3) 若要探究绝缘体与导体的关系,可以启发学生探究以下两个问题。

① 如何将干木头变成导体？问题一提出,马上激发起同学们思考的热情,多数同学能很快找到办法(把木头弄湿),并完成实验探究。

② 如何把玻璃变成导体？该问题有一定难度,要鼓励学生大胆思考,通过讨论、引导，找到办法(把玻璃加热)。但是,该实验靠加热玻璃棒是难以成功的,教师应提前给学生准备带引线的废灯头,将其接入电路，用酒精灯加热玻璃芯,随着温度升高,LED逐渐亮起来,学生兴奋不已！

在以上操作中,学生不仅完成了基本实验,探究了人体、大地等弱导电性物质,还探究了绝缘体与导体的关系,操作便捷,体验丰富,学生的学习兴趣得到了激发,探究能力得到了提升。

4 鼓励学生参与教具制作活动,培养学生的科学思维

自制教具作为实验教学创新的一部分,它不仅能帮助学生学习,而且能启迪学生的创新思维,因为自制教具出自教师之手,学生对之有亲近感,更容易激发他们的学习兴趣,这是常规仪器所不及的。如果让学生参与自制教具活动,则更有利于科学思维和动手能力的培养。

在学习了液体压强以后,可趁热打铁布置一项课外实践作业：用饮料瓶制作一个能说明水库大坝下宽上窄科学道理的实验装置。作业布置后,有的同学兴奋地讨论起来,有的同学则显示出胸有成竹的样子……

在第二节课上,笔者找了几名同学来展示自己的成果。展示中,一部分小组只是给瓶子的上、中、下三个部位各扎了一个小孔,再无其他措施,当给瓶子注水时,发现边注边流,喷射效果不佳;另一部分小组的设计则非常巧妙,他们提前准备了拴有细线且连在一起的三根牙签,先用牙签将小孔堵起来,然后往瓶内注水,当水位接近瓶口时,猛然拉动绳端将牙签拔出,会看到理想的喷射效果(图7),很好地回答了前面提出的问题。显然,这样的设计并不是一蹴而就的,而是反复思考、改进、检验的结果,他们付出了艰辛的努力,他们的实验设计闪烁着创新的火花！

图7

一个看似简单的设计,却反映出同学们在思维能力、做事态度等方面的差异。在日常教学中,如果根据教学内容和学生的认知水平,恰当安排这样的教具制作活动,组织学生积极制作、大胆展示,教师认真点评、多加鼓励,则学生的科学思维能力和科学态度将会得到有效的培养。

大力开发自制教具,将其运用于课堂教学,让学生参与更多的体验活动,有助于培养学生的核心素养。