自制教具在初中物理教学中的应用

摘 要：初中物理是一门以实验为基础的自然科学课程，其中的电学部分在初中物理教学中既是重点又是难点。江苏凤凰科学技术出版社初中物理教材涉及电学的内容较多，既有八年级下册第六章第五节包含了物体的导电性（绝缘性）相关内容的《物质的物理属性》，又有九年级《电路初探》《欧姆定律》以及《電功和电热》三章内容。通过演示自制教具“电学综合演示仪”，能提高学生对物理知识的兴趣，激发物理学习热情，同时也能提高教师将自制教具应用于日常教学中的能力。

关键词：导电性；初中物理；自制教具；电学实验

作者简介：葛诗昂（1992—），男，江苏省昆山市周市中学。

2022年版《义务教育物理课程标准》（以下简称“2022年版物理新课标”）中课程实施的教学建议指出，教师应灵活运用多种教学方式，注重“做中学”“用中学”。教师要通过活动帮助学生学习和运用知识，提升学生的操作技能与探究能力［1］。物理实验和跨学科实践是落实物理课程育人要求的重要载体，教师要确保物理课程实践活动教学质量，重视发挥课程实践活动的综合育人作用。

2022年版物理新课标的课程内容部分将电学与磁学的部分内容合并为“电磁能”作为一个二级主题，列于一级主题“能量”内，内容要求有：1.从能量角度认识电源和用电器的作用。2.知道电压、电流和电阻。探究电流与电压、电阻的关系，理解欧姆定律。3.会使用电流表和电压表。4.会看、会画简单的电路图。会连接简单的串联电路和并联电路。5.结合实例，了解电功和电功率。知道用电器的额定功率和实际功率。6.通过实验，了解焦耳定律。能用焦耳定律说明生产生活中的有关现象。7.了解家庭电路的组成。有安全用电和节约用电的意识［2］。在学习《物质的物理属性》中的导电性后，学生容易对导电性与绝缘性有固化的理解，不知道导电体与绝缘体在一定条件下可以相互转化。这不仅对学生之后的电学部分学习有影响，更不利于学生树立安全用电意识。笔者希望通过对自制教具“电学综合演示仪”的演示，让学生了解到导电性与绝缘性可以相互转化，树立安全用电意识。对于江苏凤凰科学技术出版社物理教材中的《电路初探》《欧姆定律》以及《电功和电热》三章内容，本“电学综合演示仪”也可以进行一些演示实验。

一、自制教具“电学综合演示仪”的结构

笔者自制教具“电学综合演示仪”电路图如图1所示，实验器材比较简单，都是生活中或者初中物理、化学实验中比较常见的器材，体现了从生活走向物理的课程理念。学生在学习相关内容时，教师可以现场进行组装并演示，学生课下也可以在家长的协助下动手制作该实验仪器，不仅能增进学生对知识的理解，还能促进学生动手能力和探究能力的发展。

本实验仪器的主要部分是一块长600㎜，宽400㎜，厚度约为15㎜的长方体木板，底部装有两根长150㎜，宽50㎜，厚10㎜的木条作为支架。“电学综合演示仪”不仅可以用于八年级下册第六章第五节《物质的物理属性》的教学，为学生讲解导电性与绝缘性的相互转化，还可以用于九年级上册第十三章《电路初探》的教学，为学生演示通路、短路和断路，以及讲解九年级下册第十五章第三节《电热器  电流的热效应》的相关内容。

二、自制教具“电学综合演示仪”使用方法

（一）物质的物理属性——导电性（绝缘性）

使用“电学综合演示仪”进行演示实验前，开关S1和S2一定要处于断开状态，按照电路图完成仪器组装。需要注意的是第一次实验前在L1和L2处均放置完好的灯泡，用来检验电路连接是否正确。组装完成后接通电源，先闭合开关S1，两个灯泡均正常发光，再闭合开关S2，灯泡L2由于短路而熄灭。以上现象说明电路连接正确，各部分用电器工作正常。

完成上述实验操作后断开开关S1，L1处灯泡不需要更换，将L2处的灯泡取下，换上提前制作好的实验用特殊灯泡（后文讲解具体的制作方法），闭合开关S1，观察到L1处灯泡不能正常发光。断开开关S1，调整好酒精灯高度后闭合开关S1，点燃酒精灯，并用外焰对L2处的灯泡芯柱进行加热，在将无色透明的芯柱烧至红热状态时，发现L1处灯泡发光且亮度逐渐增强；熄灭并移走酒精灯，L2处的芯柱继续保持红热状态，灯泡L1继续发光。闭合开关S2，将L2处灯泡短路，发现L1处灯泡亮度增加，说明玻璃即使导电，电阻也不可以忽略不计，不能将其看作电阻可以忽略不计的导线。断开开关S2，原本颜色慢慢变暗的L2处芯柱又恢复至红热状态，L1处灯泡亮度变暗。断开所有开关，实验完毕。

（二）电路初探——通路、短路和断路

通路：在L1和L2处安装上正常的灯泡，闭合开关S1，断开开关S2，两个灯泡均正常发光。断路：将通路实验中的开关S1断开，两盏灯均不亮。短路：在L1和L2处安装上正常的灯泡，闭合开关S1，两个灯泡均正常发光，再闭合开关S2，灯泡L2发生短路。还可以观察到开关S2闭合前后，灯泡L1亮度明显增大，有助于学生认识家庭电路发生短路的危险性。需要注意的是，相对于直流电路，由于交流电路的电压为220 V，电压较高，在演示短路现象时，不能将导线不经过用电器直接与电源相连，以免发生危险。

（三）导体电阻与温度有关

大量实验表明，电阻的大小与导体的长度、横截面积及种类有关，即R=，这说明电阻是导

体本身的一种性质。通过学习，学生可以知道，导体电阻还与温度有关。

在L1和L2处放置灯泡，闭合开关S1，断开开关S2，敲碎L2处灯泡外壳，一段时间后观察L1处灯泡亮度，再对L2处灯丝吹气，使其降温，再观察L1处灯泡亮度。发现L2处灯丝温度降低时L1处灯泡更亮，说明导体温度越高电阻越大。

（四）电流的热效应

在导电性（绝缘性）的演示实验中提到，熄灭并移走酒精灯，L2处的芯柱继续保持红热状态。这个演示实验是在八年级的教学中做的，学生虽然看到了上述的实验现象，但教师未进行详细解释。而教师在讲解教材九年级下册《电热器  电流的热效应》这一节内容时，可以给学生讲解L2处的芯柱继续保持红热状态的原因（电流的热效应），有利于学生加深对于这部分内容的理解。

初中物理教材上的内容以简单直流电路为主，自制教具“电学综合演示仪”作为教材内容的重要补充，符合2022年版物理新课标所提出的素材可源于日常生活的建议，同时可以培养学生的动手能力、探究能力，提升学生的核心素养。

三、自制教具“电学综合演示仪”在初中物理教学中应用的优点

安全用电在日常生活中是一个常见的话题。初中生有着较强的好奇心和动手能力，安全意识相对成年人较淡薄，易发生用电事故。通过“电学综合演示仪”的演示，可以让学生清楚地观察到本来绝缘的物体在一定条件下是可以导电的，原本电路的断路变成了通路。课堂上的观察获得的直接经验有利于加强学生对于学校安全用电教育的理解。

相对于教材中的常见教具以及生活中常见的物理现象，自制教具更能吸引学生的课堂注意力，提升其听课效率，并能激发学生课后自己制作、自己探索的兴趣。这也符合2022年版物理新课标中注重科学探究，倡导教学方式多样化的课程理念。

初中教材中关于电学部分的内容以直流电路为主，涉及交流电路的内容只有《电能表与电功》《家庭电路与安全用电》这两节，其他内容主要在高中进行学习。教师通过自制教具，让初中的物理教学更贴近日常生活，有利于初中生了解家庭电路的组成，树立安全用电和节约用电的意识，做到从生活走向物理，让物理反馈生活。

“电学综合演示仪”选用的都是生活中常见的、学生容易找到的器材进行制作，制作成本较低。“电学综合演示仪”的制作可以培养学生的动手能力、探究能力，提升学生的核心素养。实验用特殊灯泡可以用家里坏掉的灯泡进行制作，在拆解灯泡时学生也可以弄清楚灯泡发光的原理以及坏灯泡不能正常发光的原因，符合2022年版物理新课标中的教学面向全体学生，培养学生核心素养的课程理念。

四、“电学综合演示仪”制作难点

（一）实验用特殊灯泡的制作

灯泡能正常发光是因为一侧的导丝有电流流出，经过中间的灯丝（通常为钨丝）再流入另一侧的导丝，和电路其他部分形成了闭合回路。在制作实验用特殊灯泡时，需要将白炽灯外面的玻璃灯罩敲碎，去除中间的灯丝（钨丝）和钼丝支架，并对芯柱进行加热，至红热状态时将两侧的导丝附着在芯柱上，再进行冷却。需要注意的是，两侧的导丝附着在芯柱上时不能直接相互接触，要做到两侧灯丝间相互绝缘，这是成功制作演示仪的关键。

（二）加热源的选取

能将芯柱烧至红热状态是演示实验成功的关键。笔者查阅相关资料发现，玻璃的导电温度在600摄氏度左右。笔者最先测试的加热源为蜡烛，虽然蜡烛的外焰温度能达到目标温度，但在实际操作时，发现蜡烛作为加热源成功率很低，原因有两点：一是蜡烛在燃烧过程中高度会发生变化，无法一直利用外焰加热；二是蜡烛在燃烧时会有黑烟冒出，无色透明芯柱变黑，影响实验效果。因此，蜡烛不能作为加热源。笔者测试酒精喷灯作为加热源时，其外焰温度最高可以达到1000摄氏度，芯柱由无色透明状态变成红热状态所需要的时间极短，灯泡L1逐渐变亮的过程几乎观察不到，而且长时间用酒精喷灯对芯柱加热甚至会让芯柱熔化，影响实验正常进行。因此，笔者最终选择酒精灯作为物质的物理属性——导电性（绝缘性）演示实验的加热源。

五、“电学综合演示仪”不足之处与改进

“电学综合演示仪”采用的是220 V交流电进行演示实验，学生在课后独立制作时会有一定的危险性，因此需要教师或其他专业技术人员进行指导。学生自制“电学综合演示仪”时，可以使用36 V的学生电源进行实验。学生电源满足本实验的交流电要求，也符合不高于36 V的人体安全电压要求。为了让学生深刻体会安全用电的重要性，可以在电路中加上熔丝（保险丝），当电路的电流超过一定限度，熔丝的温度达到熔点时，它便会熔断，自动切断电路，从而保证电路安全［3］。

教师可以进行再设计，在灯泡L1处并联一个灯泡和控制开关，并接入电流电压表，能进行交流电路串并联特点研究，从侧面验证欧姆定律不仅适用于直流电路，也同样适用于交流电路。

“电学综合演示仪”质量较大，不便于携带，教师可将其做成折叠式、可拆解式实验仪器，方便携带。

六、其他说明

1.灯泡的功率越大，加热所需要的時间越长。根据课堂时长，选择功率为40 W左右的灯泡较为合适。2.将灯泡外壳敲碎后，需对剩余部分仔细处理，以免实验过程中发生割伤事故。3.酒精灯需选择浓度较高的酒精，无水酒精或95%浓度的酒精比较合适。在选用酒精时，应尽量选用未开封的，以免因为开封时间过长导致酒精挥发，浓度降低，影响实验效果。4.在进行演示实验时，教师需要时刻提醒学生注意用电安全，培养学生严谨认真的求学态度。

结语

2022年版的《义务教育课程方案》的修订原则中指出，要坚持创新导向，强化课程综合性和实践性，推动育人方式变革，着力发展学生学科核心素养。凸显学生主体地位，关心学生个性化、多样化的学习和发展需求［4］。

教师要让学生从熟悉的生活现象中去探究并认识物理，让丰富多彩的物理世界成为学生生活的一部分，扩大学生的知识视野，激发学生的学习兴趣，并将学生引向一个更大的天地中去学习物理［5］。教师自制教具和演示实验可以激发并保持学生的学习兴趣，培养学生的探索精神，符合2022年版物理新课标中倡导教学方式多样化，灵活选用教学方式的要求。

［参考文献］

中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准：2022年版［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

庄德志.《全日制义务教育物理课程标准（修订版）》“内容达到的水平”的研读（下）［J］.黑龙江教育（中学），2012（12）：10-14.

田晓辉.宏观把握教材 突破“短路”难点［J］.物理之友，2014，30（1）：19-21.

中华人民共和国教育部.义务教育课程方案：2022年版［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

赵俊峰.“认识物质的物理属性”教学案例［J］.中小学电教（下），2012（4）：132.