摘 要：物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科.通過實(shí)驗(yàn)，能夠提高學(xué)生觀察問題、分析問題、解決問題的能力.本文以筆者執(zhí)教的“變阻器”一節(jié)為例，重點(diǎn)闡述如何巧借創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)落實(shí)核心知識(shí)，提高課堂品質(zhì).

關(guān)鍵詞：初中物理;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);高效課堂

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）02-0048-04

基金項(xiàng)目：廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020 年度“強(qiáng)師工程”項(xiàng)目“基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2020YQJK161）.

作者簡介：符方陽（1980-），男，海南文昌人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：實(shí)驗(yàn)教學(xué).

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理概念的建立、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開實(shí)驗(yàn).對(duì)初中學(xué)生來講，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中重要的教學(xué)手段，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成起著尤其重要的作用.2019年10月，筆者應(yīng)邀在廣東省初中物理省級(jí)骨干教師高端研修班教研活動(dòng)中執(zhí)教了“變阻器”一課，筆者通過自制的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教具，利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)高效地完成了本節(jié)課的教學(xué).本文結(jié)合教學(xué)片段，重點(diǎn)闡述如何通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提升課堂品質(zhì).

1 自主創(chuàng)新教具，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

物理學(xué)家愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師.”激發(fā)興趣是學(xué)生有效學(xué)習(xí)的前提條件，只有產(chǎn)生了興趣，學(xué)生才會(huì)去主動(dòng)地學(xué)習(xí)，才能學(xué)好.因此，教師要利用新奇有趣的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使學(xué)生在一種輕松有趣的氛圍中學(xué)習(xí)，確保教學(xué)活動(dòng)順利有序地開展.

教學(xué)片段1

師：同學(xué)們，今天老師給大家?guī)砹艘晃恍屡笥选┲雮b（展示道具盒，盒子前面畫著蜘蛛俠圖案，如圖1所示）.

師：蜘蛛俠今天心情很好，特意吐出兩條蜘蛛絲，如果拉動(dòng)蜘蛛絲，它會(huì)以一種特別的方式跟大家打招呼.哪兩位同學(xué)愿意上來體驗(yàn)下？

……（兩位學(xué)生上來，一人一邊拉動(dòng)蜘蛛絲，實(shí)驗(yàn)情境如圖2所示）

師：同學(xué)們看到蜘蛛俠以怎樣的方式跟大家打招呼？

生：蜘蛛俠以“?！毖劬Φ姆绞礁覀兇蛘泻裟?

師：其實(shí)，老師事先已經(jīng)在蜘蛛俠兩只眼睛里分別安裝了燈泡，并把它們接入到電路中.拉動(dòng)蜘蛛絲時(shí)，眼睛里面的燈泡亮度發(fā)生了變化，給人“?！毖劬Φ母杏X.那么，為什么燈泡的亮度會(huì)發(fā)生變化呢？

生：是因?yàn)橥ㄟ^燈泡的電流發(fā)生了變化.

師：同學(xué)們想知道通過燈泡的電流發(fā)生變化的原因嗎？讓我們一起來學(xué)習(xí)“變阻器”一課.

設(shè)計(jì)意圖：一節(jié)好課首先要抓住學(xué)生的眼球，吸引學(xué)生的注意力.在本節(jié)課的引入環(huán)節(jié)，教師通過自制教具——會(huì)“眨眼睛”的蜘蛛俠，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新奇的物理情境，刺激學(xué)生的感官，讓學(xué)生在體驗(yàn)的過程中引發(fā)認(rèn)知需求——為什么通過燈泡的電流會(huì)發(fā)生變化？不僅活躍了課堂氣氛，而且使學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望，為后面的探究活動(dòng)做好準(zhǔn)備.

2 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，突破教學(xué)重點(diǎn)

滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)及原理是本節(jié)課的重點(diǎn)，在傳統(tǒng)初中物理教學(xué)中，教師往往采取的教學(xué)方式就是向?qū)W生展示滑動(dòng)變阻器，試圖用直觀的方式給學(xué)生留下深刻的印象，但這種方式的收益往往不高，學(xué)生對(duì)滑動(dòng)變阻器的原理仍然比較模糊，不會(huì)因此產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣.因此，教師需要在教學(xué)方式上進(jìn)行優(yōu)化和改善，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)空間，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)，提高課堂教學(xué)效果.

教學(xué)片段2

師：首先，老師給大家布置第一個(gè)任務(wù)：請(qǐng)利用電池、導(dǎo)線、開關(guān)、燈泡、鉛筆芯，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來改變小燈泡亮度.

……（學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)）

師：同學(xué)們實(shí)驗(yàn)成功了嗎？

生：成功了.

師：哪位同學(xué)能分享一下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

生：當(dāng)鉛筆芯連入電路中的長度變長時(shí)，燈泡變暗;當(dāng)鉛筆芯連入電路中的長度變短時(shí)，燈泡變亮.

師：誰能總結(jié)下，本實(shí)驗(yàn)中，你是通過改變了鉛筆芯接入電路中的哪個(gè)因素來改變電阻大?。?/p>

生：通過改變了鉛筆芯接入電路中的長度來改變電阻大小.

師：通過剛才的學(xué)習(xí)探究，同學(xué)們已經(jīng)利用鉛筆芯設(shè)計(jì)出了一種能改變電阻的元件——變阻器，它的原理是：通過改變導(dǎo)體接入電路中的長度來改變電阻的大小.老師剛才也發(fā)現(xiàn)，有些小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不小心把鉛筆芯折斷了，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中斷.針對(duì)該實(shí)驗(yàn)中鉛筆芯容易斷的問題，我們能如何改進(jìn)呢？

生：可以用電阻絲替代鉛筆芯.

師：用長度相同的電阻絲代替鉛筆芯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)仔細(xì)觀察燈泡亮度.

……（演示實(shí)驗(yàn)）

師：改變電阻絲接入電路中長度的過程中，燈泡的亮度變化明顯嗎？

生：不明顯.

師：想讓燈泡變得更暗些，怎么辦？

生：可以換用一根更長的電阻絲.

師：換用更長的電阻絲，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要的空間較大，操作不方便，怎么辦？

生：可以把電阻絲緊密纏繞在一段塑料管上（如圖3所示）.

師：電阻絲緊密纏繞后接入電路中，一端用導(dǎo)線夾子固定，另一端的夾子在電阻絲表面移動(dòng)，請(qǐng)仔細(xì)觀察燈泡亮度.

……（演示實(shí)驗(yàn)）

師：燈泡的亮度變化明顯嗎？

生：不明顯.

師：為什么？請(qǐng)說出理由.

生：電阻絲緊密纏繞后，相鄰的兩圈電阻絲之間是連通的，電流直接從電阻絲表面的一端流到另外一端，即使一端的夾子在電阻絲表面移動(dòng)，電流流過電阻絲的長度變化也較小，所以燈泡的亮度變化不明顯.

師：分析得很有道理.如果要想使電流一圈一圈地流過整條電阻絲，怎么辦？

生：可以在電阻絲的表面涂上一層絕緣層，使相鄰的兩圈電阻絲之間彼此是絕緣的，讓電流從電阻絲一端流入，流過整條電阻絲后再從另一端流出.

師：回答得很好.老師按照同學(xué)們的想法，用表面涂絕緣層的電阻絲緊密纏繞在瓷筒上，把電阻絲的兩端連在A、B兩個(gè)接線柱上（如圖4所示）.如果A接線柱接電源正極，把電阻絲接入電路中，能不能改變電阻絲接入電路中的電阻大?。?/p>

生：電流從A端流入，會(huì)流過整條電阻絲，從B端流出，不能改變電阻絲接入電路中的電阻大小.

師：假設(shè)電阻絲上有一個(gè)位置C（如圖5所示），如果我只是想讓電流流過AC這部分電阻絲，該怎么辦？

生：可以把電阻絲位置C表面的絕緣層刮掉，把位置C端接入電路.

師：回答得很好.假設(shè)電阻絲上還有一個(gè)位置D（如圖5所示），如果我只是想讓電流流過AD這部分電阻絲，又該怎么辦？

生：可以把電阻絲位置D表面的絕緣層刮掉，把位置D端接入電路.

師：如果我想讓電流從電阻絲上任意位置流出，又該怎么辦呢？

生：可以用金屬滑片把電阻絲表面的絕緣層刮開一條線，使金屬滑片能夠與它所滑到位置的電阻絲接觸.

師：為了方便操作，把滑片套在金屬桿和接線柱CD上，滑片移到不同位置時(shí)，A、C（或A、D）兩接線柱間的電阻絲的長度不一樣，這樣就可以改變接入電路中電阻的大小，我們把這個(gè)裝置叫作滑動(dòng)變阻器.老師根據(jù)同學(xué)們的設(shè)想，手工制作了一個(gè)超大型的滑動(dòng)變阻器模型.

……（展示自制變阻器模型，如圖6所示）

師：今天，老師也給大家準(zhǔn)備了學(xué)生實(shí)驗(yàn)中常用的滑動(dòng)變阻器，請(qǐng)同學(xué)們觀察滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu).

設(shè)計(jì)意圖：以鉛筆芯變阻器為突破口，針對(duì)鉛筆芯容易斷、阻值變化范圍小等缺點(diǎn)，通過巧妙設(shè)問、合理引導(dǎo)，讓學(xué)生經(jīng)歷了從一根鉛筆芯逐步演變成滑動(dòng)變阻器模型的探究過程.實(shí)驗(yàn)器材來源于生活中隨手可得的物品，較好地體現(xiàn)了從生活走向物理、從物理走向社會(huì)的新課程理念.問題設(shè)計(jì)逐步深入，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)經(jīng)歷一次科學(xué)家那樣的創(chuàng)造思維過程，學(xué)生在這個(gè)過程中既有思考的意愿，也有學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，不但在潛移默化中提高了發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力，更在師生的互動(dòng)過程中掌握了核心知識(shí).

3 可視實(shí)驗(yàn)過程，落實(shí)核心知識(shí)

滑動(dòng)變阻器的使用方法和有效電阻的判斷是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)，要掌握滑動(dòng)變阻器的正確使用方法，必須對(duì)滑動(dòng)變阻器結(jié)構(gòu)有準(zhǔn)確而深刻的理解.同時(shí)，由于學(xué)生對(duì)有效電阻的理解往往只停留在想象階段，因此要想準(zhǔn)確判斷出滑片移動(dòng)時(shí)變阻器有效阻值的變化情況，就必須借助自制教具，給學(xué)生視覺上的沖擊，使學(xué)生徹底理解滑動(dòng)變阻器的有效電阻.

教學(xué)片段3

師：通過剛才的觀察，同學(xué)們已經(jīng)了解了滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)，下面，老師給大家第二個(gè)任務(wù)：請(qǐng)利用電池、導(dǎo)線、開關(guān)、燈泡、滑動(dòng)變阻器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來改變小燈泡亮度，并將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄在表格中.

……（學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)）

師：同學(xué)們實(shí)驗(yàn)成功了嗎？

生：成功了.

師：誰能分享下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

……（手機(jī)投屏分享3組學(xué)生記錄的表格）

師：要使滑動(dòng)變阻器和用電器中的電流相同，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該與用電器怎樣連接？

生：串聯(lián).

師：當(dāng)滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到上接線柱或下接線柱時(shí)，能改變接入電路中電阻嗎？

生：不能.

師：要想改變接入電路中電阻，應(yīng)該怎樣連接？

生：上下各接一個(gè)接線柱.

師：你能畫出電流流過的路徑嗎？

……（學(xué)生畫圖）

師：接入電路中的電阻絲是哪部分？你能總結(jié)出尋找有效電阻的方法嗎？

生：有效電阻由下接線柱與滑片之間的電阻絲決定.

師：回答得很好.為了使大家能夠“觀察”到有效電阻，老師用LED燈帶纏繞在剛才的自制滑動(dòng)變阻器模型上，模擬電阻絲，做成一個(gè)滑動(dòng)變阻器有效電阻顯示儀（如圖7所示）通電后，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察現(xiàn)象（如圖8所示）.

設(shè)計(jì)意圖：采取讓學(xué)生動(dòng)手做探究性實(shí)驗(yàn)的方法，使學(xué)生探究出滑動(dòng)變阻器的正確使用方法，得出結(jié)論，符合“讓學(xué)生做科學(xué)”的理念.滑動(dòng)變阻器的有效電阻是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)，常規(guī)教學(xué)中，學(xué)生對(duì)有效電阻的理解只能停留在想象階段.本節(jié)課采用LED燈帶模擬電阻絲纏繞在自制的滑動(dòng)變阻器模型上，通電后顯示電流路徑，使學(xué)生能夠直觀地觀察到滑動(dòng)變阻器在電路中的有效電阻.同時(shí)，移動(dòng)滑片，學(xué)生還能觀察到有效電阻長度隨滑片的移動(dòng)而改變，可視化效果好，能夠?qū)W(xué)生的視覺起到強(qiáng)烈的沖擊作用，從而達(dá)到幫助學(xué)生深刻理解滑動(dòng)變阻器有效電阻的目的.

4 重視原理應(yīng)用，提升遷移能力

在學(xué)生對(duì)滑動(dòng)變阻器有了一定的了解后，還要?jiǎng)?chuàng)造讓學(xué)生了解到更多滑動(dòng)變阻器應(yīng)用的條件，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力.在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的過程中，教師應(yīng)本著實(shí)事求是的態(tài)度，在學(xué)生力所能及的范圍內(nèi)，正確地引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中.提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維能力，舉一反三，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力.

教學(xué)片段4

師：剛上課時(shí)，同學(xué)們體驗(yàn)了蜘蛛俠“?！毖劬Φ膶?shí)驗(yàn).其奧妙是老師在蜘蛛俠后面藏著一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過導(dǎo)線把滑動(dòng)變阻器與兩個(gè)小燈泡串聯(lián)在電路中，繩子綁在滑片上（如圖9所示）.哪位同學(xué)能解釋下為什么通過燈泡的電流會(huì)發(fā)生變化？

生：拉動(dòng)繩子時(shí)，相當(dāng)于移動(dòng)了滑片，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻也隨著發(fā)生改變，所以通過燈泡的電流會(huì)發(fā)生變化.

師：剛才這位同學(xué)解釋得很好.

師：這是一個(gè)用電流表改裝成的簡易壓力計(jì)，當(dāng)托盤受到的壓力逐漸增大時(shí)，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察指針的變化.

……（演示實(shí)驗(yàn)，如圖10所示）

師：哪位同學(xué)說說觀察到的現(xiàn)象？

生：當(dāng)壓力逐漸增大時(shí)，電流表指針逐漸向右偏轉(zhuǎn).

師：觀察得很仔細(xì)，為什么會(huì)這樣呢？其實(shí)老師在壓力計(jì)后面安裝了一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過導(dǎo)線把滑動(dòng)變阻器與電流表和保護(hù)電阻串聯(lián)在電路中，通過一根小木棍把滑片與托盤連接起來（如圖11所示），其等效電路圖如圖12所示（PPT展示電路圖）.哪位同學(xué)能解釋為什么電流表指針向右偏轉(zhuǎn)的角度會(huì)隨壓力的增大而增大？

（學(xué)生上講臺(tái)對(duì)著電路圖分析，如圖12所示）

生：當(dāng)壓力增大時(shí)，滑片向下移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值減小，所以，通過電流表的電流變大，指針向右偏轉(zhuǎn)角度也隨著增大.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)以致用，聯(lián)系實(shí)際是物理學(xué)習(xí)的歸宿.通過應(yīng)用變阻器的實(shí)例，將學(xué)生的視野擴(kuò)展到實(shí)際的生產(chǎn)生活中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋、解決實(shí)際問題的意識(shí)，還可以向?qū)W生滲透物理源于生活、服務(wù)于社會(huì)的理念，使學(xué)生體會(huì)到物理是有用的.做到聯(lián)系實(shí)際，放眼未來，進(jìn)行潛移默化的情感滲透，落實(shí)三維目標(biāo).

本節(jié)課的教學(xué)指導(dǎo)思想按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容接近的物理情景，讓學(xué)生有身臨其境之感.以問題為紐帶，從感性到理性、從形象到抽象，給學(xué)生留出了進(jìn)一步思考、改進(jìn)的空間，讓學(xué)生在體驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題，并提出解決問題的方案.這一過程對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成具有潛移默化的作用，達(dá)到學(xué)以致用的目的.教師通過優(yōu)化學(xué)生的創(chuàng)新環(huán)境，讓學(xué)生自己想、自己說，培養(yǎng)其思考能力和表達(dá)能力;通過各種演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力;通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析并得出結(jié)論的過程培養(yǎng)學(xué)生的分析、歸納能力.最重要的是通過可視化變阻器模型把本節(jié)課的學(xué)習(xí)帶入了一個(gè)高潮，使學(xué)生在疑惑中感受認(rèn)知和情感的共鳴，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)讓學(xué)生興趣盎然，終生難忘，使本節(jié)的核心知識(shí)得到落實(shí)，課堂品質(zhì)大大提升.

參考文獻(xiàn)：

[1]江耀基，陳艷燕.巧用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)撬動(dòng)物理課堂的教學(xué)策略——以“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理，2020，38（02）：50-53.

[2]遲鴻貞.做好“演示實(shí)驗(yàn)” 培養(yǎng)學(xué)生能力[J].中學(xué)物理，2020，38（06）：30-32.

[3]石秀堂.基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“變阻器”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（16）：62-63.

[4]郇兆鵬，朱翠芹.自制變阻器模型 實(shí)現(xiàn)教學(xué)做合一——例談全國青年教師優(yōu)課大賽一等獎(jiǎng)“變阻器”教學(xué)[J].物理教師，2017，38（08）：32-34.

（收稿日期：2020-09-21）