自制教具培养学生的物理核心素养

马晨 高嵩

摘  要 物理学研究方法的系统化和理论知识的体系化都是以实验为基础的。在新课改中，培养学生的物理核心素养已成为课堂教学的新目标，厂制实验仪器很难满足新的教学要求，自制教具无疑是课堂教学中促进学生物理核心素养形成的有效途径。以探究导体的影响因素的实验自制教具为例，展示自制教具中体现的物理核心素养要素。

关键词 高中物理;物理核心素养;自制教具;导体的电阻;实验

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）03-0039-03

1 引言

高中物理课程是普通高中自然科学领域的一门基础课程，旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理核心素养，为学生的终身学习奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会的发展。《普通高中物理课程标准（2017年版）》中指出：“实验是高中物理学习的重要环节，是培养学生物理学科素养的重要途径和方式。”[1]因此，实施以培养物理核心素养为目标的课堂教学，实验扮演着重要的角色。

然而目前中学物理实验教学大都使用厂制的常规实验器材，所有实验器材配置雷同、整齐划一，实验内容要求相似，实验教学的方式也无差异，这种教学模式只能满足实验教学的一般性要求[2]，对于培养学生的物理核心素养难以达到理想效果。笔者认为，解决问题的有效途径之一就是教师要积极利用各种器材，积极创新实验方式，尽可能多地开发出可视性强、证据性强、能引起学生浓厚兴趣的演示实验。

物理课堂教学一般以知识为线索进行，教师难免会将重点落在知识的掌握和应用上，往往忽视实验教学，忽视对学生的动手能力和创新能力的培养，进而忽视了物理课堂的育人功能[3]。“板书实验”“口说实验”影响了学生知识能力结构和非智力因素的发展，进而对学生核心素养的培养形成阻礙。

教学应遵循课程标准中的教学建议：“学校应充分利用已有的实验器材，努力开发适合本校情况的实验课程资源，尽可能让学生自己动手多做实验，提升学生的物理学科核心素养。”因此，为满足教学要求，可以考虑自制自筹，充分利用生活中的资源，开发新奇有趣的利于培养学生核心素养的教具，激发学生的学习兴趣，拉近生活和物理的距离，增进各学科的交融性。在自制教具的使用中，不仅能够使学生认识物理现象，探究物理知识，更能有效地促进学生物理核心素养的培养。

2 课堂应用案例：探究导体的电阻的影响因素

在教学“探究导体的电阻的影响因素”这一节内容时，采用探究式教学，而探究是基于观察和实验来提出问题，形成猜想和假设，设计实验方案，所以能促使学生乐于探究的实验教具在探究式教学中尤为重要。同时，自制教具适用于本节课，可以使核心素养隐含在环境的选择和布置上，彰显在活动的发展和延续上，让学生感受到此过程中教师的参与和协作[4]。

传统的教学用具使用的是四根金属丝，三根为镍铬丝，一根为康铜丝，对横截面积和长度都加以控制，如图1所示。虽然这样的教学仪器能够较高效率地得出实验结论，但是既定的环境中使用固定的教学仪器，忽略了学生的参与感，大大降低了学生自主探究的意愿，难免使学生在探究活动中心不在焉，在实现物理核心素养的培养目标上也不尽如人意。

而取材于生活，发挥自己的创造性，运用现有科学知识，将氯化钠溶液中的两个铝片和它们之间的氯化钠溶液组成导体，利用化学的氧化还原反应制作成原电池。在电压保持不变的情况下，调整两个铝片之间的距离等同于调整导体的长短，调整两个铝片浸入水中的面积等同于调整导体的横截面积的大小，将氯化钠溶液换成纯净水等同于更换导体的材料，采用控制变量法验证导体的电阻与导体的长度、横截面积和材料有关。

在这样自制教具的过程中，学生利用化学中的氧化还原反应制作成原电池，从原电池迁移到导体的电阻，并将原电池的两极、两极之间的距离以及电解质溶液抽象到导体的横截面积、长度和材料，并且思考如何才能呈现相应的物理原理，即从问题或任务出发，经历设计、选材、组织、实验、改进等一系列主客体互动过程，是学生灵活运用知识和经验进行个性发挥的过程。尽管每位学生达到同一目标的途径和方式不尽相同，成果的表现形式也多种多样，但能充分体现学生的创造性，培养学生的创造精神，让学生的核心素养在自制教具的探究活动中得到培养和提升。

“导体的电阻”属于人教版普通高中课程标准实验教科书《物理（选修3-1）》第二章第六节，这一节课的内容属于发展和提高的范畴。初中时学生已经知道了导体的电阻和导体的材料、长度和横截面积之间的定性关系，本节课的难点就是验证学生关于导体的电阻的影响因素的猜想，使学生在定量分析导体的电阻的影响因素之前，有一个定性的认识，为后面的探究提供依据。

传统的教学中并未对定性实验进行过相关设计，为此设计一组简易制作的实验仪器，有效地验证学生的定性猜想。材料来源于生活，学生可以自己动手制作，自己演示实验，现象直观明显，能够培养学生自主获取知识的能力，丰富学生的感性认识，潜移默化的培养学生的创新意识、创新能力。

1）自制教具所需材料和设计思路。如图2所示，所需材料有两根同样长短的木棒、两片相同的铝片、氯化钠溶液、纯净水、两个相同的容器、搅拌棒。当然还需要电流表测得电流，学生电源提供电压，5欧姆定值电阻一个，其作用是减小电路中的电流。

首先将两个相同的铝片通过弹簧和胶带分别固定在两根长短相同的木棒上，在两个容器的相同处做好标记，在相同的容器中分别放入等量的氯化钠溶液和纯净水，将铝片固定好，然后将电路连接好。实验原理如前文所述。

2）自制教具的使用和效果。将教具通过导线和电流表、学生电源相连接，电源的电压控制在4～6 V。将铝片和木棒固定好，固定的位置保持一致，然后放入氯化钠溶液中。如表1所示，电源未打开，电流表示数为0;打开电源，读取示数0.16 A并记录;保持其他条件不变，调整两铝片的距离，相当于改变导体的长度，读取示数0.2 A，说明减小距离，导体长度变小，电阻变小，所以电流表示数变大;再次控制变量，减小浸入氯化钠溶液中的面积，读取示数0.12 A并记录，说明减小浸入的面积，相当于导体的横截面积减小，电阻变大，电流表示数变小。

断开电源，将铝片擦拭好后放入准备的纯净水中，读取示数并记录。材料不同，电阻率不同，电阻变大，电流表示数减小。

3 自制教具的特色

体现物理核心素养  教具根据铝片导电和氯化钠溶液导电，将化学知识与物理知识相结合，体现了核心素养中的不同学科之间的相互结合和渗透。所采用的材料简单，操作简便，学生可以自己制作和演示。同时，良好的实验效果吸引了学生的注意力，化抽象为形象，极大地丰富了学生的感性认识，为后面的教学起到促进作用，潜移默化中培养了学生的创新意识，渗透物理核心素养。

自制教具经济灵活  从本文中可知晓，实验材料来自日常生活用品，有些是废物利用，可减小实验经费的开销，尤其在经费不足的情况下尤为重要。将废弃物上的部分零件作为实验材料，也可克服学生对事物持有的功能固着的态度，开拓思维，发挥创造力，可谓是经济实用。

同时，自制教具紧密结合教学实践，可由学生和教师自行创意设计，在使用上也可随心所欲，既可以随意观察和演示，也可以随时拆卸和组装;既可以对一个原理问题进行演示操作，也可以通过演示操作得出某一原理。因此，自制教具相对于厂制的常规器材更具有灵活性。

4 自制教具对于课堂教学的促进作用

促进学生物理核心素养的形成  学生运用知识进行实验设计时，本身已具备一定的科学知识，物理观念已在头脑中初步形成，这是设计实验的基础。选材的过程中充分利用生活中的资源以及废弃的仪器元件，实现废物利用，体现了科学态度与责任，使学生认识到科学、技术、社会、环境关系基础上逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范，保护环境并推动可持续发展的责任感。

将化学知识应用到物理实验中，体现了学科之间的相互交融性、相互渗透性，为学生进行实验设计开拓了新思路。学生不再拘泥于物理知识设计物理实验，使核心素养得到较好的渗透，能够思考利用化学知识解决物理问题，说明能够从物理视角认识客观事物的本质和内在规律。这是科学思维的体现，更好地培养了物理核心素养。

有利于培养学生探究与解决问题的能力  新课改的教学和传统教学之间最大的区别就是让学生在探究中学习[5]。自制教具要经过设计、选材、组装和调试等程序，在这过程中，学生探究与解决问题的能力得到培养，同时能有效地将物理知识和现实生活进行联系，将不同学科的知识进行迁移应用，丰富学生的已有图式。

师生关系更加融洽  有创造性的教师能够赋予生活中的物品独特的价值，而这种独特的价值就是激发学生的学习欲望和学习兴趣，促使学生去观察生活现象，思考物理与生活的关系，最终促进学生利用自己的创造性去开发实验用具，提高学习积极性。在整个过程中，学生与教师沟通交流，学生与学生之间互助合作，学生感受到教师对生活的用心、对科学知识的热爱、对学生的关心。苏霍姆林斯基说：“没有自我教育，就没有教育，一个教师尊重思想，学生才会尊重他。”因此，教师自身的创造性就是教师魅力最好的代言，学生会更加喜欢和尊重一个具备该品质的教师。■

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2]张伟.论物理自制教具对落实新课程标准的教学价值[J].内蒙古师范大学学报：自然科学（汉文版），2003（4）：

350-353.

[3]张为宏.自制教具让课堂教学充满创造力[J].教学与管理，2012（11）：36-37.

[4]高嵩，李彦青.基于核心素养的探究式教学[J].物理教學探讨：中学教学教研专辑，2015（8）：1-3.

[5]谢桂英.自制低成本教具，提高初中物理演示实验教学的有效性[J].物理实验，2014（4）：11-14.