龔曦曦+帥曉紅

摘 要：本文探討利用“積木原理”將教具積木化，教學(xué)模塊化。通過自制積木教具，引導(dǎo)學(xué)生在“積木”搭建的過程中激發(fā)學(xué)生的探索動機(jī)，發(fā)散學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，促進(jìn)學(xué)生形成物理核心素養(yǎng)中的“實(shí)驗(yàn)探究”能力。

關(guān)鍵詞：探索；教具積木化；教學(xué)模塊化；物理核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）7-0054-3

積木是每個學(xué)生童年的陪伴，是我們兒時熟悉的記憶。在“積木玩具”中，孩子們可以用不同形狀和顏色的積木嘗試用不同的方法探索并搭出自己想要的“作品”。將物理實(shí)驗(yàn)教具自制成“積木化教具”，它不僅可以喚起學(xué)生兒時的樂趣，還可以在課堂中激發(fā)學(xué)生探索的欲望和培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

學(xué)校中使用的實(shí)驗(yàn)教具是多種多樣的。在教學(xué)中使用積木化自制教具有許多的優(yōu)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)儀器的過程中，有利于挖掘?qū)W生自身的創(chuàng)造力，有利于教師培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，促進(jìn)學(xué)生形成“實(shí)驗(yàn)探究”方面的物理核心素養(yǎng)。

1 教具積木化

如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用積木教具培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力是值得思考的。

1.1 由整化零，積木化教具

“積木原理”是模型化和類比化的典型應(yīng)用，其原理是提供不同的部件，將這些部件用不同組合和拼湊方式重新搭建成新的模型。運(yùn)用“積木原理”在搭建的過程中通過拆分、構(gòu)建、移動等方法不僅可以形象直觀地解決問題，還有助于開發(fā)智力，培養(yǎng)想象力和創(chuàng)造力。

在自制教具時，利用“積木原理”的思想，將教具積木化，即：完整的教具拆成各個零部件，這些“零件”相當(dāng)于“積木”。教師在教學(xué)中用正確、合適的方式引導(dǎo)學(xué)生選擇不同的“積木”搭建出與本節(jié)課教學(xué)相關(guān)的模型，搭建過程中不但能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，而且學(xué)生又習(xí)得了與課本相關(guān)的物理知識。由于學(xué)生經(jīng)歷了搭建“作品”的過程，就可以用其去解決生活中的實(shí)際問題，將知識加以應(yīng)用，這樣又可以達(dá)到學(xué)以致用的目的。此外，“積木化教具”在教師取器材和還器材的過程中也顯得方便。

1.2 由零成整，模塊化教學(xué)

筆者以人民教育出版社的九年級全一冊《物理》教科書中的第二十章《電與磁》設(shè)計(jì)了積木化教具實(shí)驗(yàn)箱。圖1是這個教具實(shí)驗(yàn)箱里面在這一章教學(xué)中使用的“積木”。在具體教學(xué)中教師根據(jù)不同的章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的需要，引導(dǎo)學(xué)生選取合適的“積木”，然后再一步一步地引導(dǎo)學(xué)生將其搭建組合成新的整體。學(xué)生要了解各部分“積木”的部件性質(zhì)才可以成功地搭建出新的模型，在搭建的過程中學(xué)生不僅親身經(jīng)歷了每個步驟，還可以清楚地理解這個新模型局部結(jié)構(gòu)的功能和作用。所以，這樣的教學(xué)就是一個由零成整的模塊化教學(xué)。

例如：在第二十章第一節(jié)《磁現(xiàn)象 磁場》的教學(xué)中教師可以引導(dǎo)學(xué)生選擇鐵粉與U型磁鐵、小磁針與條形磁鐵、鐵粉與條形磁鐵、小磁針與U型磁鐵等不同的“積木”組合來探究磁場分布更利于學(xué)生理解磁場性質(zhì)。在第三節(jié)《電磁鐵 電磁繼電器》一節(jié)的教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生將電磁繼電器的結(jié)構(gòu)搭建出來。為了清楚展示搭建過程，課前需要準(zhǔn)備如圖2所示的豎直展示板，然后根據(jù)教學(xué)進(jìn)度逐步引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的積木，搭建出它的結(jié)構(gòu)模型（搭建過程見本文2.1）。在第四節(jié)所涉及的電動機(jī)的教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生選擇自己喜歡的“積木”自制迷你電動機(jī)。學(xué)生可能會選擇不同的磁鐵完成電動機(jī)的制作，學(xué)生經(jīng)歷自制迷你電動機(jī)的搭建過程可掌握電動機(jī)的工作原理。

2 教學(xué)模塊化

2.1 模塊教學(xué)的步驟

筆者以第二十章第三節(jié)《電磁鐵 電磁繼電器》中的“電磁繼電器”這個知識點(diǎn)為例，闡述如何用積木化教具實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行教學(xué)。搭建電磁繼電器模型的步驟如下（注：搭建時均選擇圖1中的積木）：

步驟一：教師讓學(xué)生回憶電磁鐵的特性——“通電有磁性，斷電無磁性”，學(xué)生能自主選擇電源、開關(guān)、螺線管和鐵芯構(gòu)成電磁鐵，將回路A搭建在豎直展示板上，如圖3（1）所示。

步驟二：教師提出問題：“如何用回路A的通與斷間接控制兩個電路”。教師再結(jié)合講解先讓學(xué)生明白一個基本原理：回路A通電時（即電磁鐵有磁性時）可以控制一個電路；回路A斷電時（即電磁鐵無磁性時）可以控制另一個電路。

步驟三：教師帶領(lǐng)學(xué)生搭建回路A通電時控制第一條電路的情況。此時電磁鐵有磁性，學(xué)生想到要選擇一個可以被磁化的物體，此時學(xué)生會有多種選擇：方形鐵塊、帶孔的方形鐵塊、銜鐵片、鐵片。接著，教師講解“銜鐵”的性質(zhì)很關(guān)鍵：銜鐵易消磁也易被磁化。講解后，學(xué)生對比以上物體的性質(zhì)篩選出銜鐵片。

接著，教師提出問題：銜鐵片被吸下來后怎么樣利用它搭建一條電路呢？學(xué)生發(fā)現(xiàn)短銜鐵片不易連接電路，于是想到要用長銜鐵片搭在電磁鐵上方，如圖3（1）所示。

在圖3（2）中，回路A閉合要讓長銜鐵片從水平位置1吸下到水平位置2，學(xué)生想到必須要將銜鐵片一端固定。學(xué)生可以選擇固定其左端或右端（本文以固定左端為例）。要固定左端就需要借助其他積木，教師引導(dǎo)學(xué)生選擇帶卡槽的有孔方形鐵塊將銜鐵片加長，再用帶孔木塊固定，如圖3（3）所示。圖3（4）中便是回路A閉合后長銜鐵片被電磁鐵吸下的情景。（注：長銜鐵片被吸下后是傾斜的，不再是圖3（2）的水平位置2。）

步驟四：教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生怎么利用圖3（4）中傾斜的長銜鐵片去搭建第一條電路。要想接通電路，學(xué)生想到選擇一個金屬導(dǎo)體固定在小孔3處作為一端，長銜鐵片作為另一端便可接通第一個電路了，如圖4（1）所示。教師提出問題：圖4（1）中的O處接觸面積較小不利于電路良好接觸。怎樣解決這個問題呢？教師引導(dǎo)：兩個圓形的物體能良好接觸。學(xué)生能想到在O處添加半圓形的鐵塊，如圖4（2）的B處所示。教師講解：在圖4（2）中，當(dāng)回路A閉合，銜鐵片被吸下利用導(dǎo)線1和導(dǎo)線2便可接通回路C。

步驟五：教師繼續(xù)帶領(lǐng)學(xué)生搭建回路A斷開時控制第二條電路的情況。此時銜鐵片磁性消失，怎樣才能讓它由圖4（1）中傾斜的位置又回到水平位置1呢？教師用杠桿原理引導(dǎo)學(xué)生需要給其左端施加一個外力，學(xué)生嘗試從不同彈簧篩選出一個勁度合適的彈簧加在左端，這就可將銜鐵片拉回水平位置1（如圖5）。

步驟六：教師引導(dǎo)學(xué)生還可在長銜鐵片的上面搭建另一個回路。學(xué)生經(jīng)歷了步驟四后，可仿照其方法自主繼續(xù)搭建第二條電路。（如圖6中的回路D）。

搭建成的圖5這個結(jié)構(gòu)就是電磁繼電器的結(jié)構(gòu)模型，圖6為其結(jié)構(gòu)模型的實(shí)物效果圖。當(dāng)回路A閉合時，接通回路C；當(dāng)回路A斷開時，接通回路D，回路C斷開。這樣就實(shí)現(xiàn)了用回路A的通斷去交替控制兩個回路。

2.2 模塊教學(xué)的應(yīng)用

學(xué)生是知識的探索者和發(fā)現(xiàn)者，用積木化教具，學(xué)生可經(jīng)歷選擇積木解決問題的搭建過程。由教師引導(dǎo)，學(xué)生自主探索后掌握電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理，也體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位。生活中有關(guān)電磁鐵繼電器的應(yīng)用非常廣泛，比如：自動檢測水位、低壓控制高壓電路、溫度控制器、電鈴等。學(xué)生掌握了電磁繼電器的工作原理，自主設(shè)計(jì)出這樣的設(shè)備裝置有一定的難度。結(jié)合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，學(xué)生能夠由原理圖說明其中的工作原理即可。這樣的教學(xué)方式，能讓學(xué)生從其結(jié)構(gòu)緣由知識的角度去解釋設(shè)備的工作原理。

2.3 模塊教學(xué)的評價

教師不僅要對學(xué)習(xí)的結(jié)果進(jìn)行評價，還要對學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行評價。教師通過由零成整的模塊化教學(xué)力圖發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維方式和知識方面的不足，在教學(xué)中可以及時有針對性地解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題，并將學(xué)生的知識漏洞當(dāng)堂彌補(bǔ)。

3 總 結(jié)

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。用積木教具，教師引導(dǎo)學(xué)生探索搭建“電磁繼電器”的結(jié)構(gòu)模型，以及學(xué)生嘗試用不同組合的“積木”探究磁場分布，都有利于培養(yǎng)學(xué)生敢于探索發(fā)現(xiàn)的能力；此外，學(xué)生在積木教具中選擇不同的磁鐵制作不同樣式的迷你電動機(jī)，有利于提高學(xué)生科學(xué)發(fā)明的創(chuàng)新能力，從而能促進(jìn)物理核心素養(yǎng)中“實(shí)驗(yàn)探究”素養(yǎng)的養(yǎng)成。

在課堂中，學(xué)生帶著樂趣像兒時玩積木方塊一樣去搭建積木教具學(xué)習(xí)物理知識，體現(xiàn)了“快樂探索，高效學(xué)習(xí)”的理念。此外，學(xué)生也可通過積木化教具明白如何用搭建的“作品”去解決生活中的實(shí)際問題，“作品”便拉近了物理與生活的距離，教具還可以利用廢棄材料做成，這也體現(xiàn)了“科學(xué)-技術(shù)-社會-環(huán)境”（即：STSE）的教育理念。

隨著社會進(jìn)步和科技的發(fā)展，模塊化的方案在橋梁工程、建筑工程、微電子工程、家具行業(yè)等應(yīng)用廣泛。用自制積木化教具進(jìn)行搭建模型教學(xué)時，能促進(jìn)“模塊化”元素漸漸在學(xué)生腦海中沉淀。學(xué)生帶著這種理念將來從事各個行業(yè)的研究，更有可能應(yīng)用“積木化”思想解決實(shí)際問題，推動社會進(jìn)步，就能實(shí)現(xiàn)從物理知識走向社會應(yīng)用。

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（欄目編輯 王柏廬）