在滑动变阻器教学中培养学科素养

林晓

摘   要：从初中学生的认知规律出发，在滑动变阻器仪器教学中引导学生自主学习，利用课堂资源提高学生物理学科素养。

关键词：滑动变阻器;学科素养;实验探究

教学仪器的使用一般都有严格的规范，不宜在教学中让学生直接进行探究学习，但仪器同时是一个成熟的工业产品，它身上不仅有学生需要掌握的学科原理、使用方法，同时它的结构设计、材料使用也包含了许多能够建立学生学科素养的元素。滑动变阻器相对电表、天平等仪器更为皮实，而且结构又是开放的，适合让学生自主学习。现以“滑动变阻器”的教学为例，从学生认知规律出发，培养核心素养方面进行阐述。

1  由铅笔芯引入滑动变阻器

滑动变阻器的结构及使用在初中仪器中算是较为复杂，直接让学生进行变阻器的认识或进行探究，学生会由于相关经验缺少而感到难度较大，教师可以在教学中设计“台阶”，降低学生学习的难度。本节课在引入环节使用了学生常用的2.0铅笔芯进行实验，既可以拉近课堂与生活的距离，让学生感受科学的真实性，又可以方便与已有的电阻知识产生关联[ 1 ]。

首先让学生猜想铅笔芯能否导电，设计一个实验验证猜想。提供的器材有：2.0铅笔芯（2B）、1.5V电池、小灯泡、开关各1个及带导线夹导线若干。多数学生能设计图1电路，通过观察小灯泡发光表明铅笔芯是导体。

进一步让学生设计实验使小灯泡的亮度发生变化，需要至少两种方法。学生依据已有的知识经验，多数会通过改变导线夹的位置来改变铅笔芯接入电路中的长度实现改变电阻。这虽然是教学中最希望看到的结果，但教学也希望培养学生创新精神，培养发散性思维，教师这时可以让学生分析其他改变电阻的方法，如：用酒精灯加热铅笔芯;用小刀将铅笔芯刮细了;换上HB或B的铅笔芯。教师可以讲述在物质匮乏的年代，实验中遇到误差较大的电阻时，常常会用刀刮、锉刀挫这样变通的做法。此处的教学看似偏离教学目标，但滑动变阻器本身就是对电阻知识的应用，这种补充有助于完善学生的知识结构，而且对学生的动手能力，适应变化的能力，以及遇到困难挫折不屈的品格，在课堂上通过创设开放性思考得到了培养。

学生经过实验和讨论，理解了如果在生活中需要设计一个调光电路，选择改变电阻长度显然是最合适的。

2  滑动变阻器构造及使用

有了铅笔芯实验作为基础，学生在思维中已经形成了滑动变阻器的雏形，此时进阶到实验用的滑动变阻器还有一些距离，这段距离是交给学生探究还是教师讲授呢？笔者选择程度相等的班级做了同课异构比较。

2.1  教师主导

教师讲授滑动变阻器的构造，介绍各部分的设计意图，好处是直击重点。教师并将以往学生出现的错误也一一罗列，学生迅速将要点形成笔记，对师生而言，知识似乎落袋为安了。接下来的学生实验是检验教学成果的一个重要参考，教师让学生利用滑动变阻器设计一个调光电路，要求向右滑动滑片使灯变亮。班级学生数48人分成24组，实验完成情况如表1。

表1 教师主导下的学生实验情况

实验最后虽然各个小组均能完成，但也存在一些问题，有半数学生掌握较慢，并没有实现预期的快速高效。实验中有两组成绩中等的学生甚至将导线夹与滑动变阻器支架的一个脚连接，完全忽视了接线柱的存在，这表明滑动变阻器在部分学生思维中仍然没有完成认知过程，详细的笔记只是文字而已。

2.2  学生为主

这节课的设计较为大胆，分三步：

（1）先让学生观察滑动变阻器，猜想铭牌参数的意义，教师只提示它能像铅笔芯一样调节小灯泡的亮度，导线应与接线柱相连，就让学生使用滑动变阻器设计一个调光电路。

（2）学生完成实验后进行对滑动变阻器的讨论：滑动变阻器如何连接向右滑动滑片时灯变亮;开关闭合前滑片位于什么位置合适;金属杆、滑片、电阻丝用什么材料制作合适;电阻丝为什么要包上漆，如何与滑片连接，为什么要绕在瓷筒上？

（3）讨论结束后学生画滑动变阻器示意图和电路图。

这种教学设计与第一种方案是相反的，先让学生动手实验，再从实验中寻找物理规律，最后完成建模。实现了学生在“做中学”，将仪器的认识变成探究一个仪器的使用，在使用中体会一个成熟的仪器各部分的设计意图，从而全面理解实验原理。

从学生实验和作图练习完成情况看，没有比第一种方案更好，但课堂学生情况相差很大。实验中，多数组学生先是交换着观察变阻器，讨论如何使用，由于没有教师演示，又担心损坏仪器，小组成员互相征求对方意见，然后再动手实验。当一个小组率先成功地让小灯泡亮度发生变化时，小组成员激动地享受成功的喜悦，落后的小组也从成功者处获得了信心与动力，更投入地进行实验，个别较弱组成员忍不住去瞥了其它组，最后也完成实验，课堂探究气氛活跃。

实验探究过程学生收获了以下几点：一是培养了勇于探索未知领域的精神，面对一个新的仪器，利用已有的知识经验敢于动手;二是锻炼了观察能力，信息提取与加工能力，在实验操作中逐渐理解仪器的原理并完成建模;三是提高了团队协作能力，来自老师的信息量很少，获取的信息更多来自同伴，甚至来自于别的小组，体会了合作可以让个人更容易成功;四是收获了实验探究成功后的喜悦，是一种与“讲后再做”完全不同的喜悦，有利于培养学生研究物理的兴趣;五是有利于学生继续学习和终生发展，如钱伟长先生所说：现在知识发展很快，永远也学不完，最好的办法是不要老师讲，由学生自己去学习，这就是培养学生的自学能力。

后期追踪作业完成情况，两种方案几乎没有区别，表明优化课堂设计让學生更多自主学习并不会影响应试成绩，从培养学科素养的角度却差别很大。

3  教学反思

课前会有一些疑问，仪器没有经过教师讲透，学生使用过程会不会损坏器材？课后清点仪器没有损坏，学生对新仪器更多是在观察中寻找规律，老师的放手给了学生探究的动力，这对今后建立师生互信也会有促进作用。

金属杆与滑片材料是铜，外层电镀了铬防止铜氧化，提高耐磨性;滑片使用有弹性的铜确保接触良好;电阻丝使用镍铬合金，阻值几乎不受温度影响;电阻丝绕成螺线管可以减小体积，做成漆包线可以彼此绝缘，使用前要滑动几次。这些问题虽然在课本并没有提到，但对学生全面理解滑动变阻器却是不可缺少，学生也能从中体会工业设计的美，科学的美，而这些的看似非课本知识的内容却在潜移默化地滋养着学生的科学素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.