初中物理自制教具在实验教学中的应用探讨——以“变阻器”教学为例

第３３卷中小学实验与装备２０２３年第３期２９
㊀实验教学
初中物理自制教具在实验教学中的应用探讨
以 变阻器 教学为例
湖北省武穴市龙坪镇中学(４３５４００)㊀胡剑章
湖北省武穴市教育技术装备办公室(４３５４００)㊀翟晓军
湖北省武穴市龙坪镇中心学校(４３５４００)㊀吴宝华
摘㊀要:笔者在 变阻器 教学中ꎬ引导学生参与教学过程中教具的制作ꎬ优化学生自制教具实现变阻器电流的可视性ꎬ取得较好的教学效果ꎮ
关键词:自制教具ꎻ变阻器ꎻ电流可视性ꎻ初中物理
㊀㊀物理学科是一门实用性极强的学科ꎬ通常需要在生活中学物理ꎬ在物理中悟生活ꎮ现阶段ꎬ大部分学生缺乏对生活的体验ꎬ不能将物理知识与生活中的现象联系起来ꎬ导致初中物理难教难学现象愈发明显ꎮ为了破解这一难题ꎬ提高学生对物理学科的学习兴趣ꎬ教师应多采用生活中的物理现象激发学生兴趣ꎬ鼓励学生大胆质疑ꎬ引导学生设计实验ꎬ进而用实验推动课堂教学ꎬ促使学生从生活中体验物理现象ꎬ在实验探究中寻找物理规律ꎬ在总结归纳中感悟物理的逻辑性和严密性ꎬ最终能用所学到的物理知识解决生活中的实际问题ꎬ从而体会到学习物理的乐趣ꎬ唤醒学习内驱力ꎮ
笔者所在的农村中学ꎬ部分演示教具存在实验现象不明显ꎬ实验数据误差较大等问题ꎬ这就需要教师自制演示教具或学生自制实验教具来提高教学效果ꎮ在自制教具的过程中ꎬ学生需要将理论知识即物理观念应用于具体实践中ꎬ根据问题来设计教具㊁初步定型㊁操作论证㊁反思并改进教具ꎮ学生的具体探究过程ꎬ是科学思维形成和科学探究能力养成的重要阶段ꎮ自制教具让师生更注重物理学科的实践性ꎮ物理教具的制作应取材于生活并服务于生活ꎬ让学生带着新奇感㊁熟知感充分发挥创造力ꎬ从而提高学习成就感ꎮ如何发挥自制教具在教学中的作用ꎬ是我们身在农村教学的一线教师应着重探讨和研究的方向ꎮ因此ꎬ笔者以人教版９年级物理全册 变阻器 一课为例ꎬ就如何自制教具进行以下探索ꎮ
变阻器是初中物理教学中很重要的教学电器元件ꎬ但它不同于一般的电器元件ꎬ学生在学习并使用滑动变阻器时存在很多困难ꎮ原因是在传统教学中ꎬ教师对变阻器的讲解多采用讲解和演示的方法ꎬ而变阻器结构复杂ꎬ接线柱多ꎬ变阻器中电阻式电流路径不可见ꎬ变阻器圈数过于紧密导致接入长度难以判断ꎮ种种原因导致学生对变阻器的原理不清楚ꎬ这就要求教师改进传统物理实验器材创新实验教学ꎬ改进过程要以学生为中心ꎬ让学生在提出问题㊁研发构造㊁优化方案㊁解决问题的过程中掌握滑动变阻器的原理ꎬ从而培养学生不畏艰难的探索精神和创新精神ꎮ
１㊀开发实验教具ꎬ注重学生探究能力的培养
初中生正处于由形象思维向逻辑思维过渡时期ꎬ抽象思维和逻辑推理能力还不够成熟ꎬ当滑片移动时ꎬ无法对滑动变阻器是哪一部分电阻接入电路做出正确判断ꎬ若在授课过程中让学生自制简易变阻器ꎬ学生能更理解变阻器的构造ꎬ在体验中感受物理实验的乐趣ꎮ变阻器教学中ꎬ因为变阻器中的电流路径不可视ꎬ学生对其理解有一定困难ꎬ教学效果不佳ꎮ若利用ＰＶＣ管㊁亚克力板㊁二极管㊁金属丝等生活中易得的材料自制变阻器模型[１]ꎬ以二极管的亮灭来判断电流的流向ꎬ则可突破本节课的教学难点ꎮ
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２㊀问题层层递进ꎬ注重学生解决问题能力的培养
由于变阻器有４个接线柱ꎬ接线复杂ꎬ使用时变阻器接入电阻长度又处于变化中ꎬ导致学生难以理解变阻器的电阻变化ꎮ因此ꎬ教师提出的问题应由浅入深㊁环环相扣ꎬ引导学生猜测㊁设计实验㊁比较归纳㊁讨论交流ꎬ在实验体验中加深对知识的理解ꎬ在动手操作中体验科学探究的艰辛和乐趣ꎮ
３㊀教学创新设计ꎬ注重科学研究和逻辑思维的培养
３.１㊀核心素养目标(１)物质观念:了解滑动变阻器的构造和工作原理ꎮ
(２)科学探究:探究滑动变阻器的使用方法ꎮ(３)科学思维:推理建模和归纳ꎮ(４)科学态度与责任:了解变阻器㊁电位器在
生产生活中的应用ꎮ
３.２㊀教学重难点重点:滑动变阻器的作用㊁工作原理ꎮ难点:变阻器的使用方法ꎮ３.３㊀教学方法比较法㊁实验法㊁讨论法等ꎮ
３.４㊀教学设备电源㊁导线㊁开关㊁铅笔芯㊁金属电阻丝㊁自制变阻器ꎮ
３.５㊀教学过程
３.５.１㊀导入新课
师:请同学们欣赏广州市七一主题灯光秀ꎬ可
以看到里面的灯有明暗变化ꎮ想一想:如何能让灯亮度暗一些ꎬ怎么办呢?
生:增减电池个数ꎮ
师:想让灯的亮度连续变化ꎬ该怎么办呢?生:改变接入电路中电阻阻值大小ꎮ
引导学生复习回顾影响电阻大小的因素[２]:长
度㊁粗细㊁材料㊁温度ꎬ充分讨论最后得出结论:改变电阻长度最方便ꎮ
３.５.２㊀新课教学探究变阻器的构造实验演示:调节灯的亮度
(如图１)ꎮ用铅笔芯作为接入电路中的电阻ꎮ存在的问题:铅笔芯容易断裂且小灯泡亮度变化不明显ꎮ从成本和操作方便等角度得出若想改变接入电路中电阻阻值ꎬ改变电阻丝的长度较便捷ꎮ
问题１:怎样让电阻调节的范围更大?
图１㊀演示电路
改进１:用合金丝ꎬ实际操作中学生发现操作不方便ꎬ电阻丝长度过长ꎬ需要进行简化ꎮ
改进２:把合金丝绕成线圈ꎮ学生们提出很多方案ꎬ可以利用硬木棒等物体把电阻丝一圈一圈绕上去ꎮ实际操作中会出现以下情况:有的同学制成的线圈较松散导致灯的亮度虽然变化明显ꎬ但变化是断断续续的ꎬ这是因为电阻丝之间有间隔ꎬ鳄鱼夹在移动过程中有脱离接触电阻丝的情况ꎻ有的同学制成的线圈较紧密导致灯的亮度变化不明显ꎬ电流有捷径可走ꎬ电阻丝有效长度缩短了ꎬ横截面积变大了ꎬ阻值范围变小了ꎮ
问题２:怎样解决线圈短路问题?
可以给电阻丝加绝缘外皮ꎮ但这又会导致鳄鱼夹不能与电阻丝接触ꎬ需要刮掉一部分绝缘皮使鳄鱼夹接触到电阻丝ꎮ这样操作不是很方便ꎬ我们可以涂绝缘漆ꎬ并通过实验探究刷漆㊁绕线对阻值的影响ꎮ现象及问题:涂绝缘漆ꎬ鳄鱼夹无法与里面的电阻丝接触ꎬ可以通过刮漆的方法解决ꎮ学生自制的线圈(如图２)ꎬ可以帮助学生更好地理解变阻器的构造ꎬ在这一阶段ꎬ学生能够理解电流的路径是跟着导线一圈一圈的流ꎬ但在实际操作中又会出现鳄鱼夹不方便移动㊁电流具体流动方向不可视等问题ꎮ
图２㊀学生自制线圈
问题３:怎样便捷地移动鳄鱼夹?
学生自制的线圈能满足改变电阻丝长度的需求ꎬ但鳄鱼夹移动不方便ꎬ可以加根导线杆使鳄鱼夹便捷滑动ꎮ
问题４:每次只接２根接线柱ꎬ变阻器有几种接法?
学生尝试用自制教具连线ꎬ接法结果如图３ꎮ
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㊀
图３㊀滑动变阻器的接法
问题５:电流流经了变阻器哪一段?
因为变阻器中电流路径不可视ꎬ学生对这个问
题的理解有一定困难ꎬ教学效果不佳ꎬ教师应制作
适合的变阻器模型帮助学生理解ꎮ
实现电流路径可视化的设计思路是利用灯代
替电阻丝ꎬ哪一匝串入的灯发光ꎬ就代表着那一匝
有电流通过ꎬ根据灯发光的情况直观显示电流的路
径ꎮ现有的模型ꎬ要么工作量很大ꎬ制作过程复杂ꎬ
要么与真实滑动变阻器模型外观差别大ꎬ不利于学
生建立直接联系ꎮ可以采用身边易得的二极管㊁铜
线㊁ＰＶＣ管等ꎬ自制滑动变阻器模型(如图４)ꎮ教
师用变阻器演示仪探究６种接法中电流流经哪一
段ꎬ通过发光二极管所处的位置判断电流的流向ꎻ
通过二极管的亮暗程度判断电阻阻值大小ꎮ
图４㊀自制滑动变阻器
分析实验数据(见表１)ꎬ学生易得出结论:滑
动变阻器接线应采用 一上一下 接法ꎬ可以通过
移动滑片来改变接入电路中电阻线长度ꎬ从而改变
电流和用电器两端电压ꎮ在 一上一下 接法中ꎬ
上接线柱不影响电阻丝接入电路部分ꎬ关键看下接
线柱ꎮ下接左接线柱ꎬ滑动变阻器左移电阻变小ꎬ
右移电阻变大ꎮ下接右线柱ꎬ滑动变阻器左移电阻
变大ꎬ右移电阻变小ꎮ
４㊀总结与思考
４.１㊀充分认识自制教具的意义
物理教学应当加强实验教学ꎬ应当就地取材ꎬ
师生一起动手自制教具ꎬ让学生在探究中获得新
知ꎮ在课堂教学中融入自制教具的设计制作ꎬ能真
正实现 学中做ꎬ做中学 ꎬ促进物理深度学习[３]ꎮ
表１㊀实验数据分析
让学生参与教具的制作ꎬ更容易激发学生探究新知
识的欲望ꎬ更容易让学生理解变阻器的构造ꎮ学生
在参与过程中ꎬ更能明白自制教具中发光二极管的
作用ꎬ能更清楚了解电流在不同接法中流经变阻器
的哪一段ꎮ这样的教学活动ꎬ不但能让学生深入理
解滑动变阻器的结构及工作原理[３]ꎬ还能使学生体
验到科学探究的艰辛ꎻ通过克服探究过程中种种问
题ꎬ培养学生不畏艰难㊁敢于攻坚的科学精神ꎮ
４.２㊀实验创新的目的和意义
从实践角度来看ꎬ创新优化实验设计ꎬ是为了
能够让实验现象更加明显㊁实验过程更有逻辑性ꎮ
明显的现象更能激发学生的兴趣ꎻ严谨的实验过
程ꎬ能让学生体会物理推理的逻辑性ꎮ教具的设计
创新应遵循实验目的ꎬ有的创新是为了让实验现象
对学生有更好的视觉冲击效果ꎻ有的创新是改进实
验过程帮助学生更好地理解实验原理ꎮ新课标下
的物理课堂ꎬ应以学生为主体ꎬ让学生参与到实验
的创新过程中ꎬ培养学生分析问题㊁解决问题的
能力ꎮ
物理实验的创新不能为了创新而创新ꎬ现在有
很多实验创新在实际操作中存在自制难度大㊁不易
携带㊁材料昂贵或环境要求苛刻等问题ꎬ不利于教
师开展实验教学ꎮ笔者认为实验创新在于帮助学
生更好地理解其中的物理原理ꎬ帮助教师更简便更
直观地教学ꎮ因此ꎬ选材方面应就地取材ꎬ用生活
中廉价易得的材料制成直观的教具ꎮ
参考文献
[１]梅增高.浅谈 自制滑动变阻器 教具之改进[Ｊ].数理
天地(初中版)ꎬ２０２３(０４):６８￣７０.
[２]苏炳超.初中物理实验创新教学探讨:以 变阻器 教
学为例[Ｊ].物理之友ꎬ２０１９ꎬ３５(４):２.
[３]王登建ꎬ许广菊.一种滑动变阻器模型的创新设计制作
[Ｊ].物理教学ꎬ２０２２ꎬ４４(０５):２０￣２２.
收稿日期:２０２３－０３－３０。