运用自制教具培养学生物理学科核心素养的思考

文/张 俊

引 言

新课程的不断深化改革对教师提出了更高的要求，要求教师必须注重培养学生的实践能力。特别是在初中物理课堂教学中，教师不仅要将相关理论知识讲解给学生，还要提高其分析问题、解决实际问题的能力，帮助学生真正理解并掌握理论知识，从而更好地发挥其在日常生活中的指导作用。基于此，教师必须摒弃传统教学方法，创新并优化教学模式，加强对学生探索能力及实践能力的培养。

一、自制教具的设计特点

（一）低成本

目前，对于很多学校来说，实验室中的设备还不够完备，教师之所以在物理课堂教学中运用自制教具，是因为其具有经济实惠等明显优势特点。举例来说，自制教具的材料可以是一些生活用品，甚至是已经废弃了的物品，使学校设备器材空缺的不足得到有效弥补。因此，在物理教学中，教师可以向学生渗透节约意识，将生活材料进行合理改造，使其能帮助学生学习物理知识，丰富知识储备[1]。

（二）易操作

在利用自制教具进行物理实验时，教师可以根据实际要求对其进行相应的改造，同时也可以让学生协助，提升其课堂教学参与度。这样不仅能为学生观察实验现象提供便利条件，还能与学生的实际需求相契合。此处，教师通过改造自制教具，还能锻炼学生的

动手能力，打造充满趣味性的物理课堂。

（三）效果显著

在初中物理教学中，自制教具通常都是在已有仪器设备或研究成果的基础上制成的。随着时代的进步，自制教具也在不断更新，教师可以让学生通过演示，对物理现象有直观地了解，并在对实验结果的认真分析下，解决物理教学中的重难点，增强教学效果[2]。

二、自制教具在初中物理教学中的优势

将自制教具运用到初中物理课堂教学中，优势十分明显。首先，从取材方面来看，方便且成本低，这也是自制教具的最大优势。一些比较专业的实验设备通常需要花费大量资金，而自制教具的材料大多都来自日常生活。其次，自制教具的背后蕴含了教师无穷的智慧，教师使用自制教具，可以起到良好的榜样作用，让学生在教师的影响下，自主利用生活中的材料制作实验器材，这不仅能提升学生的科学实验意识，还能提高学生的实验能力。最后，自制教具使一些学校实验室缺失的问题得到有效改善。在一些偏远地区，由于教育经费的严重不足，很多学校都没有配备专业化的物理实验室，导致学生很难亲身观察物理实验，动手做实验更是无从谈起。而自制教具的使用能够使以上问题得到有效解决。

三、自制教具的现状

在应试教育思想的严重影响下，无论家长、学生还是教师，都认为高分才是他们奋斗的最终目标，这就导致重理论、轻实践的现象十分严重。一些物理教师对自制教具的看法是：在没有实验器材的情况下才需要使用；在实验器材充足的情况下，自然不用亲手制作教具。这种看法导致一些教师过于依赖实验器材，他们的实验做得是否成功，完全取决于实验室有没有相关器材。

四、运用自制教具培养学生物理学科核心素养的策略

（一）“激”求知欲

好奇是科学研究的起点。对于中学生来说，他们的好奇心和求知欲都是比较强烈的，是其参与创新的主要动力。学生亲手操作，可以产生浓厚的学习兴趣，进而产生强烈的求知意愿，迸发出思维的火花，而这正是自制教具的优势所在。以“升华和凝华”这一课的相关知识为例，该内容要求学生通过观察实验现象，对升华和凝华的概念形成初步认识，并理解升华过程要吸热，凝华过程要放热。为此，在上课之前，教师可以将一块手帕放到水中浸湿，然后放在冰箱中进行冷冻，在课上，将其展示给学生，让他们看到一个已经被冻得硬邦邦的手帕，接下来，将其放在一个密封的容器中，然后将液氮打入其中。在经过一段时间后，学生发现手帕已经完全变干了。对此，他们感到非常惊奇，不知道为什么在如此低温的情况下，手帕也能变干。接下来，教师应告诉学生，这就是水的升华，水在没有变成液态的情况下，直接汽化成了水蒸气。此外，教师也可以为学生展示碘的升华实验，具体如下：将两三粒固态的碘放入密封的锥形瓶内，然后用酒精灯加热，就会看到瓶内有大量紫色气体产生，这就是气态的碘，在这个过程中，完全没有出现液态的碘；接下来停止加热，瓶子内的紫色逐渐消失，最后在瓶底出现一些晶体颗粒。对此，教师向学生提出问题：这个实验说明了什么？有的学生说：说明升华的过程需要吸热；凝华的过程要放热。上述方式有利于学生得出正确结论，为深刻理解和记忆知识奠定基础。

（二）“重”体验

在初中物理课堂教学中，一些实验设备经过长时间使用，已经无法满足当下的实验需求，对学生的实验研究造成一定阻碍，导致实验探究活动效率呈明显下降趋势，教学效果不佳。虽然学校会对老旧实验设备进行更换，但由于教育资金有限，需要很长时间才能全部替换完成。对此，在实际教学过程中，教师可以运用自制教具让学生参与实验探究活动，在帮助他们形成良好学习体验的同时，加深其对物理知识的理解。以教学“电阻和变阻器”这一课的相关知识为例，其教学目标是让学生理解电阻的概念以及滑动变阻器的构造，理解影响电阻大小的因素等。为此，在为学生讲解了理论知识后，教师可以为他们展示自制教具，加深学生对电阻知识的理解。具体来说，需要用到的材料有玻璃管、红豆、废弃的矿泉水瓶。教师用剪刀将矿泉水瓶从中间截断，这样带瓶盖部分就如同一个漏斗，接下来在瓶盖上钻出一个与玻璃管直径相同的孔，并将一个玻璃管的一端插入其中，矿泉水瓶子的另一部分则放置在玻璃管的另一端；另一个玻璃管中放入足够多的红豆，其余均与第一个玻璃管相同。最后，教师将水从漏斗的一端倒入，没有红豆的玻璃管中水径直流下，而有红豆的玻璃管中流出的水明显要少一些。针对这一现象，教师讲解道：“这两条玻璃管就相当于是导体，刚才流动的水就是电流，而第二个玻璃管中的水之所以比第一个玻璃管中的水少，是因为红豆在其中起到了一定阻碍作用，也就是电阻。”在引导学生了解滑动变阻器的构造时，教师可以将以上自制教具加以改造，用塑料管代替玻璃管，并将塑料管制作成一个倒放“Y”的形状，在主路和一个分支中放入红豆，另一个不放，然后将水从上往下倒入，很明显看到水从没有红豆的分支中流出。接下来，教师改变分叉点的高度，以此类比滑动变阻器的构造。上述教学方式能够帮助学生加深对所学物理知识的理解，实现课堂教学效果的进一步增强。

（三）“深”思维

自制教具相对于传统教具的优势在于其具有较强的灵活性及针对性，不但在展示时更具直观性，而且由于教具多由学生亲手制作，所以他们往往能够积极主动参与实验。此外，将自制教具运用到初中物理教学中，可以更好地为学生展示物理现象，有效弥补实验器材不足的问题，让学生提高物理思维能力[3]。以教学“能量的转化与守恒”这一课的相关知识为例，本课需要学生了解各种形式的能量，知道能量的转化和转移，理解能量守恒定律。为此，教师可以引导学生尝试制作“永动机”：分别取一个电池和强力磁铁，然后将磁铁与电池的正极相连。由于磁铁具有磁力，所以可以稳定电池。接下来，教师截取一段焊锡丝，对折的长度与电池的长度相等即可，把焊丝拧起来，即将一个线缠绕在另一个线上。最后，教师把绕好的焊丝放在电池上，上端与负极相连，下端则要保证与强力磁铁相接触。完成后，学生就会看到在磁力的作用下，焊丝围绕电池转起来。对此，教师提问学生：“焊丝会一直转下去吗？”在给予学生充足的思考时间后，学生认为焊丝之所以会转动，主要是受磁铁的影响，但如果经过一段时间以后，磁力消失，那焊丝就会停止转动，所以理论上“永动机”是不存在的。学生给出的回答非常正确。上述教学方式能够让学生的思维更具深度，让他们可以透过现象看到事物的本质。

（四）“强”探究技能

人类对客观世界的认识通常是由探索来实现的。研究表明：在教学中，让学生利用自制教具进行实验操作，除了能够加深学生对所学知识的理解，提升其解决实际问题的能力外，还有利于学生形成科学的态度。因此，在实际教学过程中，教师不仅要借助身边的器材为学生进行实验演示，还要让学生尽可能多地参与实验探究。以教学“物体的内能”这一课的相关知识为例，教学目标为通过观察实验，了解同一个物体其内能和温度的关系并能做简单描述；知道内能可以通过做功和热传递的方式加以改变；能够正确判断出物体内能发生改变与否以及具体改变的方法。在教学中，教师可以先引导学生观察生活中的例子，让他们知道内能的存在，然后，让学生猜想一个物体的内能都受哪些因素影响。“猜想”这种科学研究方法，在物理智慧中最为活跃，有利于学生创新思维的充分发挥。但是，教师也必须让学生说一说具体的猜想理由，避免天马行空的想象，达到去伪存真的目的。在听取了学生的回答后，教师总结出他们的答案分别为压强、做功、热传递等。接下来，为了验证以上答案是否正确，教师可以让学生利用身边的物品进行实验。具体来说，教师可按照同组异质原则，将班级学生分成多个小组，小组成员需要采用合作的方式，利用身边的物品探究上述结论的正确性。在给予了学生充足的时间后，他们有的取来一个配有活塞的玻璃筒，然后将一块硝化棉放入其中，迅速压下活塞，发现硝化棉燃烧起来，学生由此发现做功是可以改变物体内能的，因为压缩活塞也就是对筒内的空气做功，而导致筒内空气内能增加。那么，如何证明热传递可以改变物体的内能呢？有的小组取来一根铁丝，并将其放在酒精灯上烤，不一会儿，铁丝就被烧得通红，铁丝的温度上升，内能增加，可见，热传递也是可以改变物体内能的。有的小组在一本书上放了不同重量的物品，经过一段时间后发现书的温度并没有发生变化，由此得知压强并不是改变物体内能的因素。最后，学生总结得出改变物体内能的方法分别为做功和热传递。上述方式除了能够深化学生对所学知识的理解外，还能促进学生探究技能的进一步提高。

（五）“提”创新意识

素质教育是为了培养学生的创新精神。因此，在初中物理课堂教学中，教师应重视对学生创新意识的培养，促使其进一步提升创新能力。

以“电是什么”这一课的知识为例，本课要求学生领会物体带电的概念，知道电荷总共有两种以及电荷间相互作用的规律。为此，在上课之前，教师可以先为学生布置一个任务：“同学们，我们的生活是离不开电的，那么就请大家利用身边的物品证明电的存在吧！”上课时，学生纷纷展示自己的成果：有的学生用一个透明的塑料尺子在头发上摩擦，在经过一段时间以后用这个尺子去接触被撕碎的小纸片，发现这些小纸片都被吸附到尺子上；有的学生则拿了两个气球，在头发上反复摩擦后，将其放在墙面上，此时气球并没有掉落，而是固定在了墙壁上；有的学生则列举了一些生活中的例子，如晚上关灯脱衣服时，经常会有静电产生，而且头发也可能会在静电的影响下“飞”起来。在这个过程中，教师发现学生的创造力无穷无尽。不过，自制教具对教学活动的开展虽然具有一定的促进作用，但由于学生缺乏熟练的操作技能，在使用自制教具时往往不能做到井然有序，从而出现损坏或遗失实物的现象。因此，在学生操作过程中，教师应给予适当的指导，帮助他们养成良好的习惯。

结 语

在初中物理课堂教学中，自制教具的使用对提高教学实效性具有显著促进作用，不仅有利于学生更好地学习物理知识，还能够有效提升学生对相关实验现象和内容的掌握程度，增强学生的学习效果，同时也便于他们对相关知识进行深入探究，增强自身操作能力及解决问题的能力，从而实现全面发展。