基金項(xiàng)目：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”重點(diǎn)規(guī)劃課題“基于‘行知’物理課程基地提升學(xué)科育人品質(zhì)的實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：B-b/2020/02/176）的階段性研究成果。

摘" 要：本文從物理學(xué)科本質(zhì)出發(fā)，以自制教具為抓手，凸顯科學(xué)探究的過程，把理解多用電表操作步驟所關(guān)聯(lián)的原理作為課堂設(shè)計(jì)的脈絡(luò)，幫助學(xué)生從“記步驟”到“懂步驟”過渡，充分發(fā)揮物理課程對(duì)提高學(xué)生核心素養(yǎng)的作用。

關(guān)鍵詞：物理課程；自制教具；科學(xué)探究；實(shí)驗(yàn)原理

1" 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出高中物理課程注重體現(xiàn)物理學(xué)科的本質(zhì)，并從多方面提煉學(xué)科育人價(jià)值。［1］物理課堂是體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)的重要陣地，要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體會(huì)科學(xué)研究方法。在課堂上為學(xué)生提供參與體驗(yàn)的機(jī)會(huì)顯得尤為重要，其中物理實(shí)驗(yàn)是增加學(xué)生物理體驗(yàn)的重要手段，是其他任何方式都無法替代的學(xué)習(xí)方式。課堂上的演示實(shí)驗(yàn)可以使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，也可以使用改裝的儀器，但優(yōu)秀的自制教具效果更佳。

2" 以自制教具為抓手重構(gòu)物理課堂的實(shí)踐價(jià)值

2.1" 改變知識(shí)的呈現(xiàn)形式

高中物理比較抽象，學(xué)生難以理解。課堂上過多的理論推導(dǎo)或是物理規(guī)律的直接講授，會(huì)使課堂效率大打折扣，不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的提高。［1］自制教具是圍繞課堂知識(shí)以“凸顯教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)策略”為目標(biāo)而設(shè)計(jì)的實(shí)踐載體，能夠把課堂知識(shí)串聯(lián)在一起，將復(fù)雜抽象的物理規(guī)律以客觀現(xiàn)象呈現(xiàn)，改變了知識(shí)的表現(xiàn)形式，降低了學(xué)習(xí)難度。

2.2" 改變教學(xué)的傳統(tǒng)方式

2.2.1" 呈現(xiàn)自制教具，激發(fā)科學(xué)思維

對(duì)未知事物的好奇心，人皆有之，學(xué)生對(duì)陌生器材都想探探究竟。以教材知識(shí)點(diǎn)為設(shè)計(jì)原理的自制教具，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲望。從物理的視角去分析教具的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及相互關(guān)系，推理論證其原理，質(zhì)疑創(chuàng)新其設(shè)計(jì)方式。

2.2.2" 巧設(shè)疑問，引導(dǎo)科學(xué)探究

關(guān)聯(lián)學(xué)生已有認(rèn)知，為學(xué)生提供可操作、可體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器，再加上合理的問題指引探究方向，其教學(xué)效果可想而知。學(xué)生對(duì)自制教具所呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形成合理的猜想和假設(shè)，基于論證后得到結(jié)論并對(duì)其做出合理解釋。在探究的過程中，不僅達(dá)成了理解知識(shí)這一目標(biāo)，更提升了科學(xué)探究能力。這種形式替代了物理規(guī)律的機(jī)械記憶，能有效培養(yǎng)學(xué)生積極參與、樂于探究、善于實(shí)驗(yàn)、勤于思考的習(xí)慣。

2.2.3" 有效評(píng)價(jià)，提升綜合能力

一般情況下，課堂上呈現(xiàn)的自制教具學(xué)生從未見過，較易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，［2］聚焦學(xué)生的注意力，學(xué)生想探究；自制教具操作性好，現(xiàn)象明顯，探究可深入；自制教具的設(shè)計(jì)考慮到學(xué)情，會(huì)以較好的方式推動(dòng)新知學(xué)習(xí)和探究。高中物理課程重視以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，重視評(píng)價(jià)的診斷功能和激勵(lì)功能。學(xué)生在課堂上依托自制教具開展探究活動(dòng)的過程中，教師給予及時(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我，建立自信。［1］

3" 以自制教具為抓手重構(gòu)物理課堂的實(shí)踐案例

3.1" 設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)

學(xué)生在學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律的基礎(chǔ)上，對(duì)電流表和電壓表的改裝做了較深入的研究。學(xué)生從知識(shí)層面上理解電流表和電壓表的改裝原理，熟悉改裝過程，并能靈活應(yīng)用電流表和電壓表，故本節(jié)的重點(diǎn)放在歐姆表的原理學(xué)習(xí)和使用流程上。由于學(xué)生不清楚歐姆表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不明白其測量原理，容易在實(shí)際操作中混淆實(shí)驗(yàn)步驟或是遺漏操作環(huán)節(jié)。筆者為了改善這一狀況而做了一定調(diào)整，通過展示歐姆表內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方式幫助學(xué)生理解測量原理并達(dá)到熟練掌握歐姆表的使用的目的，整體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3.2" 教學(xué)過程

3.2.1" 理論提領(lǐng)

師：電阻在生活中應(yīng)用廣泛，在實(shí)驗(yàn)室也很常見，請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量某電阻的阻值。

生：應(yīng)用伏安法測電阻，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示。

圖3

師：為了實(shí)驗(yàn)操作方便，請(qǐng)學(xué)生簡化實(shí)驗(yàn)方案并要求只用一個(gè)電流表。（學(xué)生分小組討論并請(qǐng)代表總結(jié)發(fā)言）

生：設(shè)計(jì)電路如圖3所示。

由歐姆定律得

Rx＝EI1－Rg－r－R1。

教師提示：電源的電動(dòng)勢(shì)是已知的，電流的大小可以從電流表獲知。接下來只要能求得Rg、r和R1三者之和就可以。［3］

生：在教師的提示下，用導(dǎo)線代替待測電阻，即可求得Rg、r和R1三者之和。

師生共同總結(jié)歸納利用這種測量方式的步驟和注意事項(xiàng)：（1）電路中需要電源，而且是閉合回路，電流表才有示數(shù)；（2）測量前需要把待測電阻短接，以求得剩余電路電阻的大?。唬?）電流表示數(shù)與待測電阻阻值是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；（4）根據(jù)函數(shù)關(guān)系求待測電阻的阻值。

設(shè)計(jì)意圖：問題指引行動(dòng)，拋出一個(gè)合適的問題往往比解決問題更重要。通過問題導(dǎo)引學(xué)生回顧已學(xué)知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生分小組討論探究，凸顯學(xué)生的主體性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，用一個(gè)電流表測量待測電阻，為歐姆表的引出及其原理的探究埋下伏筆。教師通過提示，適當(dāng)幫助學(xué)生完成思路構(gòu)建，符合教育學(xué)上所提及的“最近發(fā)展區(qū)”。歸納環(huán)節(jié)是梳理與總結(jié)的過程，對(duì)后面歐姆表原理的講解以及使用方法的介紹起到鋪墊作用。

3.2.2" 自制教具

電流和電壓都可以用靈敏電流表改裝的電表直接測量，很便捷。教師受所學(xué)知識(shí)的啟發(fā)，自制了一個(gè)儀器，請(qǐng)大家研究。

師：觀察實(shí)驗(yàn)器材，表述器材特征（如圖4所示）。

圖4

生：①觀察到儀表盤，上面的單位是歐姆，是測量電阻的儀器；②儀表盤上的刻度很有特征，最右邊是零刻度線，而且刻度分布不均勻；③有兩個(gè)夾子，應(yīng)該是連接待測電阻的。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生明白這是測量電阻的儀器，但是其內(nèi)部電路是看不見的，留下懸念，提高學(xué)生的好奇感，讓課堂充滿求知的氣息。

3.2.3" 科學(xué)探究

活動(dòng)Ⅰ

師：實(shí)驗(yàn)操作使兩個(gè)“夾子”相接觸，請(qǐng)學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

生：①未接觸時(shí)指針在最左邊；②接觸后指針向右偏轉(zhuǎn)，但是發(fā)現(xiàn)未指向零刻度線。

師：兩個(gè)“夾子”直接相連，說明電路中沒有接入外部電阻，電表的指針理應(yīng)指向零刻度線。讓學(xué)生上臺(tái)嘗試調(diào)節(jié)，使指針歸零。

生：學(xué)生通過不斷地實(shí)驗(yàn)探索，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)器材上有個(gè)旋鈕，可以調(diào)節(jié)旋鈕，使指針歸零。

活動(dòng)Ⅱ

師：拿出兩個(gè)已知阻值分別為80Ω、10000Ω的電阻，請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)檢驗(yàn)自制儀器的準(zhǔn)確性。

生：學(xué)生上臺(tái)演示，并用投影裝置把上臺(tái)學(xué)生的操作展示給全體學(xué)生。

設(shè)計(jì)意圖：通過讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不僅培養(yǎng)學(xué)生對(duì)未知事物的觀察能力，還與“歐姆調(diào)零”相呼應(yīng)。讓學(xué)生自己上臺(tái)測量已知電阻，其一，可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力；其二，能展示每一步操作，全體同學(xué)能夠及時(shí)討論該操作是否合適；其三，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)待測電阻是10000Ω，但是儀表盤上顯示的是“10”，當(dāng)接入80Ω電阻時(shí)發(fā)現(xiàn)指針在零刻度線附近，需要學(xué)生更換插口，并且在教師進(jìn)行歐姆調(diào)零后發(fā)現(xiàn)指針對(duì)準(zhǔn)的是儀表盤上“8”的位置。這不是偶然，其內(nèi)部電路肯定有“奧秘”，這樣給學(xué)生一種快要看到勝利曙光的感覺和迫切想知道儀器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的沖動(dòng)。

3.2.4" 謎底揭開

為滿足學(xué)生的好奇心，教師把掩蓋的白紙拿開。

圖5

師：認(rèn)真觀察圖5，請(qǐng)思考：①你看到了哪些電學(xué)元件？②電路有什么特點(diǎn)？③解釋儀表盤的特點(diǎn)。

學(xué)生小組探究得到結(jié)論：①電學(xué)元件有電池，可變電阻，儀表等；②電路分為兩個(gè)可調(diào)電路，分別對(duì)應(yīng)不同的倍率；③根據(jù)儀表盤的分布情況，學(xué)生可以猜測電路中的儀表應(yīng)該是電流表，與之前的理論推導(dǎo)正好對(duì)應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與已知理論相融合，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、大膽測量的品質(zhì)。教師把儀表盤上的貼紙拿開，學(xué)生發(fā)現(xiàn)其真的是靈敏電流表，學(xué)生豁然開朗，一節(jié)課的疑問終于解開。學(xué)生露出了釋疑后的笑容，課堂也“活”起來了。

思考提升：教師向?qū)W生展示多用電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（如圖6所示），讓學(xué)生進(jìn)行觀察與思考。學(xué)生根據(jù)電流表、電壓表以及歐姆表的工作原理分析電路，對(duì)多用電表的工作原理有更深的理解。

圖6

3.2.5" 原理關(guān)照下的使用步驟

教師：①歸納使用歐姆表測量電阻的流程。②根據(jù)歐姆表、電壓表與電流表的工作原理，歸納使用多用電表時(shí)的注意事項(xiàng)。

師生共同歸納：①測量電阻時(shí)需斷開外電源——選擇歐姆擋后，其內(nèi)部有電源。②兩表筆短接調(diào)零——外接電阻為零時(shí)，電流應(yīng)該最大，即指針指向表盤零刻度線。③測量電阻時(shí)根據(jù)原理，嚴(yán)格按照電流與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇合適的倍率以保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性。④更換倍率后應(yīng)重新歐姆調(diào)零——換擋后歐姆表內(nèi)阻發(fā)生了變化。⑤電流“紅進(jìn)黑出”——電流從正接線柱流入多用電表。

4" 結(jié)語

以自制教具為抓手重構(gòu)物理課堂，以“提高學(xué)生核心素養(yǎng)”這一目標(biāo)為引領(lǐng)，課堂教學(xué)以自制教具為載體，重視科學(xué)探究的過程，重在提升學(xué)生的思維品質(zhì)。課堂教學(xué)擺脫了對(duì)儀器使用步驟的簡單化處理方式，優(yōu)化了教學(xué)方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的課程核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：1-6.

［2］黃玉雅.自制實(shí)驗(yàn)教具 增添課堂活力——以“顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡”教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2022（9）：63-65.

［3］人民教育出版社" 課程教材研究所" 物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書" 物理" 必修" 第三冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2019：89-92.