巧借创新实验提高初中物理课堂品质

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  摘 要:物理学是一门以实验为基础的学科.通过实验,能够提高学生观察问题、分析问题、解决问题的能力.本文以笔者执教的“变阻器”一节为例,重点阐述如何巧借创新实验落实核心知识,提高课堂品质.
  关键词:初中物理;创新实验;高效课堂
  中图分类号:G633.7 文献标识码:B 文章编号:1008-4134(2021)02-0048-04
  基金项目:广东省教育科学“十三五”规划2020 年度“强师工程”项目“基于创新实验发展学生物理学科核心素养的实践研究”(项目编号:2020YQJK161).
  作者简介:符方阳(1980-),男,海南文昌人,本科,中学一级教师,研究方向:实验教学.
  物理学是一门以实验为基础的学科,物理概念的建立、物理规律的发现离不开实验.对初中学生来讲,实验是物理教学中重要的教学手段,对学生学习兴趣的提高和物理学科核心素养的养成起着尤其重要的作用.2019年10月,笔者应邀在广东省初中物理省级骨干教师高端研修班教研活动中执教了“变阻器”一课,笔者通过自制的创新型实验教具,利用创新实验高效地完成了本节课的教学.本文结合教学片段,重点阐述如何通过创新实验提升课堂品质.
  1 自主创新教具,激发学习兴趣
  物理学家爱因斯坦曾经说过:“兴趣是最好的老师.”激发兴趣是学生有效学习的前提条件,只有产生了兴趣,学生才会去主动地学习,才能学好.因此,教师要利用新奇有趣的实验,激发学生的探究欲望,使学生在一种轻松有趣的氛围中学习,确保教学活动顺利有序地开展.
  教学片段1
  师:同学们,今天老师给大家带来了一位新朋友——蜘蛛侠(展示道具盒,盒子前面画着蜘蛛侠图案,如图1所示).
  师:蜘蛛侠今天心情很好,特意吐出两条蜘蛛丝,如果拉动蜘蛛丝,它会以一种特别的方式跟大家打招呼.哪两位同学愿意上来体验下?
  ……(两位学生上来,一人一边拉动蜘蛛丝,实验情境如图2所示)
  师:同学们看到蜘蛛侠以怎样的方式跟大家打招呼?
  生:蜘蛛侠以“眨”眼睛的方式跟我们打招呼呢.
  师:其实,老师事先已经在蜘蛛侠两只眼睛里分别安装了灯泡,并把它们接入到电路中.拉动蜘蛛丝时,眼睛里面的灯泡亮度发生了變化,给人“眨”眼睛的感觉.那么,为什么灯泡的亮度会发生变化呢?
  生:是因为通过灯泡的电流发生了变化.
  师:同学们想知道通过灯泡的电流发生变化的原因吗?让我们一起来学习“变阻器”一课.
  设计意图:一节好课首先要抓住学生的眼球,吸引学生的注意力.在本节课的引入环节,教师通过自制教具——会“眨眼睛”的蜘蛛侠,为学生创设新奇的物理情境,刺激学生的感官,让学生在体验的过程中引发认知需求——为什么通过灯泡的电流会发生变化?不仅活跃了课堂气氛,而且使学生产生了浓厚的学习兴趣,激发学生强烈的探究欲望,为后面的探究活动做好准备.
  2 构建实验模型,突破教学重点
  滑动变阻器的结构及原理是本节课的重点,在传统初中物理教学中,教师往往采取的教学方式就是向学生展示滑动变阻器,试图用直观的方式给学生留下深刻的印象,但这种方式的收益往往不高,学生对滑动变阻器的原理仍然比较模糊,不会因此产生学习兴趣.因此,教师需要在教学方式上进行优化和改善,给学生创设自主、合作、探究的学习空间,鼓励学生动脑、动手,最大限度地调动学生积极参与教学活动,提高课堂教学效果.
  教学片段2
  师:首先,老师给大家布置第一个任务:请利用电池、导线、开关、灯泡、铅笔芯,设计实验来改变小灯泡亮度.
  ……(学生操作实验)
  师:同学们实验成功了吗?
  生:成功了.
  师:哪位同学能分享一下实验现象?
  生:当铅笔芯连入电路中的长度变长时,灯泡变暗;当铅笔芯连入电路中的长度变短时,灯泡变亮.
  师:谁能总结下,本实验中,你是通过改变了铅笔芯接入电路中的哪个因素来改变电阻大小?
  生:通过改变了铅笔芯接入电路中的长度来改变电阻大小.
  师:通过刚才的学习探究,同学们已经利用铅笔芯设计出了一种能改变电阻的元件——变阻器,它的原理是:通过改变导体接入电路中的长度来改变电阻的大小.老师刚才也发现,有些小组在做实验时,不小心把铅笔芯折断了,导致实验中断.针对该实验中铅笔芯容易断的问题,我们能如何改进呢?
  生:可以用电阻丝替代铅笔芯.
  师:用长度相同的电阻丝代替铅笔芯进行实验,请仔细观察灯泡亮度.
  ……(演示实验)
  师:改变电阻丝接入电路中长度的过程中,灯泡的亮度变化明显吗?
  生:不明显.
  师:想让灯泡变得更暗些,怎么办?
  生:可以换用一根更长的电阻丝.
  师:换用更长的电阻丝,实验时需要的空间较大,操作不方便,怎么办?
  生:可以把电阻丝紧密缠绕在一段塑料管上(如图3所示).
  师:电阻丝紧密缠绕后接入电路中,一端用导线夹子固定,另一端的夹子在电阻丝表面移动,请仔细观察灯泡亮度.
  ……(演示实验)
  师:灯泡的亮度变化明显吗?
  生:不明显.
  师:为什么?请说出理由.
  生:电阻丝紧密缠绕后,相邻的两圈电阻丝之间是连通的,电流直接从电阻丝表面的一端流到另外一端,即使一端的夹子在电阻丝表面移动,电流流过电阻丝的长度变化也较小,所以灯泡的亮度变化不明显.
  师:分析得很有道理.如果要想使电流一圈一圈地流过整条电阻丝,怎么办?
  生:可以在电阻丝的表面涂上一层绝缘层,使相邻的两圈电阻丝之间彼此是绝缘的,让电流从电阻丝一端流入,流过整条电阻丝后再从另一端流出.   师:回答得很好.老师按照同学们的想法,用表面涂绝缘层的电阻丝紧密缠绕在瓷筒上,把电阻丝的两端连在A、B两个接线柱上(如图4所示).如果A接线柱接电源正极,把电阻丝接入电路中,能不能改变电阻丝接入电路中的电阻大小?
  生:電流从A端流入,会流过整条电阻丝,从B端流出,不能改变电阻丝接入电路中的电阻大小.
  师:假设电阻丝上有一个位置C(如图5所示),如果我只是想让电流流过AC这部分电阻丝,该怎么办?
  生:可以把电阻丝位置C表面的绝缘层刮掉,把位置C端接入电路.
  师:回答得很好.假设电阻丝上还有一个位置D(如图5所示),如果我只是想让电流流过AD这部分电阻丝,又该怎么办?
  生:可以把电阻丝位置D表面的绝缘层刮掉,把位置D端接入电路.
  师:如果我想让电流从电阻丝上任意位置流出,又该怎么办呢?
  生:可以用金属滑片把电阻丝表面的绝缘层刮开一条线,使金属滑片能够与它所滑到位置的电阻丝接触.
  师:为了方便操作,把滑片套在金属杆和接线柱CD上,滑片移到不同位置时,A、C(或A、D)两接线柱间的电阻丝的长度不一样,这样就可以改变接入电路中电阻的大小,我们把这个装置叫作滑动变阻器.老师根据同学们的设想,手工制作了一个超大型的滑动变阻器模型.
  ……(展示自制变阻器模型,如图6所示)
  师:今天,老师也给大家准备了学生实验中常用的滑动变阻器,请同学们观察滑动变阻器的结构.
  设计意图:以铅笔芯变阻器为突破口,针对铅笔芯容易断、阻值变化范围小等缺点,通过巧妙设问、合理引导,让学生经历了从一根铅笔芯逐步演变成滑动变阻器模型的探究过程.实验器材来源于生活中随手可得的物品,较好地体现了从生活走向物理、从物理走向社会的新课程理念.问题设计逐步深入,让学生有机会经历一次科学家那样的创造思维过程,学生在这个过程中既有思考的意愿,也有学习的动机,不但在潜移默化中提高了发现问题和分析问题的能力,更在师生的互动过程中掌握了核心知识.
  3 可视实验过程,落实核心知识
  滑动变阻器的使用方法和有效电阻的判断是本节课的教学难点,要掌握滑动变阻器的正确使用方法,必须对滑动变阻器结构有准确而深刻的理解.同时,由于学生对有效电阻的理解往往只停留在想象阶段,因此要想准确判断出滑片移动时变阻器有效阻值的变化情况,就必须借助自制教具,给学生视觉上的冲击,使学生彻底理解滑动变阻器的有效电阻.
  教学片段3
  师:通过刚才的观察,同学们已经了解了滑动变阻器的结构,下面,老师给大家第二个任务:请利用电池、导线、开关、灯泡、滑动变阻器,设计实验来改变小灯泡亮度,并将实验现象记录在表格中.
  ……(学生操作实验)
  师:同学们实验成功了吗?
  生:成功了.
  师:谁能分享下实验现象?
  ……(手机投屏分享3组学生记录的表格)
  师:要使滑动变阻器和用电器中的电流相同,滑动变阻器应该与用电器怎样连接?
  生:串联.
  师:当滑动变阻器同时接到上接线柱或下接线柱时,能改变接入电路中电阻吗?
  生:不能.
  师:要想改变接入电路中电阻,应该怎样连接?
  生:上下各接一个接线柱.
  师:你能画出电流流过的路径吗?
  ……(学生画图)
  师:接入电路中的电阻丝是哪部分?你能总结出寻找有效电阻的方法吗?
  生:有效电阻由下接线柱与滑片之间的电阻丝决定.
  师:回答得很好.为了使大家能够“观察”到有效电阻,老师用LED灯带缠绕在刚才的自制滑动变阻器模型上,模拟电阻丝,做成一个滑动变阻器有效电阻显示仪(如图7所示)通电后,请同学们仔细观察现象(如图8所示).
  设计意图:采取让学生动手做探究性实验的方法,使学生探究出滑动变阻器的正确使用方法,得出结论,符合“让学生做科学”的理念.滑动变阻器的有效电阻是本节课的教学难点,常规教学中,学生对有效电阻的理解只能停留在想象阶段.本节课采用LED灯带模拟电阻丝缠绕在自制的滑动变阻器模型上,通电后显示电流路径,使学生能够直观地观察到滑动变阻器在电路中的有效电阻.同时,移动滑片,学生还能观察到有效电阻长度随滑片的移动而改变,可视化效果好,能够对学生的视觉起到强烈的冲击作用,从而达到帮助学生深刻理解滑动变阻器有效电阻的目的.
  4 重视原理应用,提升迁移能力
  在学生对滑动变阻器有了一定的了解后,还要创造让学生了解到更多滑动变阻器应用的条件,培养学生的实际应用能力.在培养学生实际应用能力的过程中,教师应本着实事求是的态度,在学生力所能及的范围内,正确地引导学生将所学的物理知识应用于实践中.提高学生的创新能力和思维能力,举一反三,培养学生的实践能力.
  教学片段4
  师:刚上课时,同学们体验了蜘蛛侠“眨”眼睛的实验.其奥妙是老师在蜘蛛侠后面藏着一个滑动变阻器,通过导线把滑动变阻器与两个小灯泡串联在电路中,绳子绑在滑片上(如图9所示).哪位同学能解释下为什么通过灯泡的电流会发生变化?
  生:拉动绳子时,相当于移动了滑片,滑动变阻器接入电路中的电阻也随着发生改变,所以通过灯泡的电流会发生变化.
  师:刚才这位同学解释得很好.
  师:这是一个用电流表改装成的简易压力计,当托盘受到的压力逐渐增大时,请同学们仔细观察指针的变化.
  ……(演示实验,如图10所示)
  师:哪位同学说说观察到的现象?
  生:当压力逐渐增大时,电流表指针逐渐向右偏转.
  师:观察得很仔细,为什么会这样呢?其实老师在压力计后面安装了一个滑动变阻器,通过导线把滑动变阻器与电流表和保护电阻串联在电路中,通过一根小木棍把滑片与托盘连接起来(如图11所示),其等效电路图如图12所示(PPT展示电路图).哪位同学能解释为什么电流表指针向右偏转的角度会随压力的增大而增大?
  (学生上讲台对着电路图分析,如图12所示)
  生:当压力增大时,滑片向下移动,滑动变阻器接入电路中的阻值减小,所以,通过电流表的电流变大,指针向右偏转角度也随着增大.
  设计意图:学以致用,联系实际是物理学习的归宿.通过应用变阻器的实例,将学生的视野扩展到实际的生产生活中,引导学生学以致用,培养学生运用所学知识解释、解决实际问题的意识,还可以向学生渗透物理源于生活、服务于社会的理念,使学生体会到物理是有用的.做到联系实际,放眼未来,进行潜移默化的情感渗透,落实三维目标.
  本节课的教学指导思想按照学生的认知规律,创设与教学内容接近的物理情景,让学生有身临其境之感.以问题为纽带,从感性到理性、从形象到抽象,给学生留出了进一步思考、改进的空间,让学生在体验过程中发现问题,并提出解决问题的方案.这一过程对学生学科核心素养的形成具有潜移默化的作用,达到学以致用的目的.教师通过优化学生的创新环境,让学生自己想、自己说,培养其思考能力和表达能力;通过各种演示实验,培养学生的观察能力;通过对实验结果进行分析并得出结论的过程培养学生的分析、归纳能力.最重要的是通过可视化变阻器模型把本节课的学习带入了一个高潮,使学生在疑惑中感受认知和情感的共鸣,这样的设计会让学生兴趣盎然,终生难忘,使本节的核心知识得到落实,课堂品质大大提升.
  参考文献:
  [1]江耀基,陈艳燕.巧用创新实验撬动物理课堂的教学策略——以“流体压强与流速关系”教学为例[J].中学物理,2020,38(02):50-53.
  [2]迟鸿贞.做好“演示实验” 培养学生能力[J].中学物理,2020,38(06):30-32.
  [3]石秀堂.基于核心素养的教学设计——以“变阻器”教学为例[J].中学物理教学参考,2019,48(16):62-63.
  [4]郇兆鹏,朱翠芹.自制变阻器模型 实现教学做合一——例谈全国青年教师优课大赛一等奖“变阻器”教学[J].物理教师,2017,38(08):32-34.
  (收稿日期:2020-09-21)
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