基于创客思维下初中物理“非常规”实验课堂的探索

    刘蕊清 黄葛鸿

    

    

    

    摘   要：创客教育应回归育人的本质，高科技的引入是为了让创意更好的实现。“非常规”实验教学在实验器材和方法上不同于教材的实验教学，能够培养学生的思维能力，调动多学科知识。二者的目标包含学生的创造性思维能力的培养。现阶段的课堂教学中，两种课堂独立进行，较少的学科融合显得局限性。根据人教版“测量小灯泡的电功率”在教材的位置和学生能力养成的特点，尝试将创客思维与实验课堂相互融合，培养学生的高阶思维——创新思维，探索初中物理课堂与创客思维相融合。

    关键词：创客教育;创客思维;“非常规”实验;电功率;实验教学

    创客运动起源于美国，在全球也最具规模与影响力。我国中小学创客教育从现有的创客活动看，形势较为单一，效果有限[ 1 ]。北京师范大学中国教育创新研究院院长刘坚认为，创客教育就是把人的创意变成现实，高科技产品只是一个工具，帮助创意更好实现而已。创意是创客教育的前提，创客教育一定要跟3D打印、机器人等各种高大上的设备挂钩，其实这是个很大的误区。 “非常规”物理实验具有“广泛性”和“生活性”的特点，是学生发挥主动性、自主性和创造性的基础平台[ 2 ]。在课堂的探究过程中，基于学生生活的场景开发出满足学科教学要求的探究，能够培养学生的思维能力和学习能力，培养学生的多学科知识综合分析能力[ 3 ]。“测量小灯泡的电功率” 一节课具有较强的综合性和实用性。将探究方向定为“LED灯与小灯泡的实用性对比”，定位为物理“非常规”实验课堂与创客教育的思维初步融合。从学生的生活场景出发，在实验课堂中，将创客思维结合至“非常规”实验教学中，以期在“非常规”实验教学中潜移默化培养学生的创新思维，提升学生素养。

    1  创设课前认知冲突，吸引学生注意力

    师：将2.5 V的小灯泡和3V的LED分别接在2.5 V的电路中，你认为哪个的照明效果更好？

    生猜想：①LED ;②小灯泡。

    师：选择LED的人很多。为比较两种材料的照明效果，我们来看这个实验。

    演示实验一：闭合亮度对比演示板开关（如图1），数字电压表上分别显示用电器两端电压。旋转电位器的旋钮，调节两端电压均为2.5V。

    师：大家比比看谁更亮？

    生：小灯泡。

    师：发光二极管既节能、亮度又高。但此时，为什么会出现这种现象呢？

    生：LED的两端实际电压小于其额定电压，并没有正常发光，所以亮度较暗。小灯泡两端实际电压为2.5V等于额定电压，小灯泡正常发光。发光二极管想更亮些，应该把电压调节至3V，使其正常发光。

    教师操作：旋转电位器旋钮使LED两端的电压为3V，LED正常发光。

    生观察：LED灯变更亮了。

    分析：设计发光二极管的亮度比小灯泡的暗，实验事实与生活经验的冲突，激发学生的求知欲和吸引学生的注意力，培养学生实事求是的态度。实验环节加深学生对额定功率和实际功率的理解，学会将用电器正常工作的观念应用到生活中。同时课堂从学生的生活经验为出发点，从生活场景走向物理课堂，引导学生从生活走向物理。

    2  创客思维引导，培养学生的创造性

    师：由于小灯泡和LED的色温不同，其亮度不好分辨。为了亮度比较更加客观，能否用仪器比较其亮度？

    生：可以使用测光仪，可是我们现在这边没有。

    师：是否能设计一款仪器进行亮度的初步比较呢？

    师：既然要对比亮度。我们需要寻找一种材料，能灵敏感受到不同的光照强度。例如温敏电阻阻值受温度的影响。大家知道有什么材料会受光照强度的影响吗？

    生：光敏电阻。

    师：有何特性？

    生：光照强度变化时，其电阻的阻值会发生变化。

    师：这是一个光敏电阻，查阅资料可知其电阻大小随光照强度的变大而变小。光敏电阻阻值的变化如何观察？

    生1：根据公式R=U/I可计算得出。

    生2：在电压一定时，根据电流表的大小，可直接比较光照强度。光强越大，电阻越小，电流越大。

    师：将光照强度，转化为电流的大小，属于哪种科学的研究方法呢？

    生：转换法。

    师：只有光敏电阻、电流表就可以了吗？还需要其他什么器材？

    生：电源、开关、导线。

    师：光敏电阻、电源、电流表、开关、导线直接组合就可以制成一款仪器了吗？

    生：还需要进行参数的查阅和调整。

    师：很好，经过查阅和调整，老师采用1节干电池、一个量程为10 mA的电流表、5506光敏电阻，设计了这么一款“简易光强计”（如图2），大家每张桌子上都有一台。请找到电池盒上的光敏电阻，并闭合电池盒盖上的开关，观察毫安表指针的位置，观察光强变化时毫安表读数的变化情况。

    分析：用电流表的示数大小进行电阻阻值大小的判断，渗透实验数据采集的转换思想，链接生活。通过讨论简易光强计功能需要、原理设计和制造过程，渗透创客的基本环节和思路，经历产品得出的思维过程。学生得出“简易光强计”的实物后，养成良好的科学思维习惯，激发其对科学创新的兴趣，逐步形成不断创新的意识。

    3  升华“非常规”实验课堂，提高实验探究能力

    （1）测量小灯泡的电功率

    ① 学生根据实验原理设计电路图并连接实物图。

    ② 在实验基本环节中增加将简易光强计探头放在小灯泡上方并记录光强计电流示数。

    ③ 实验中控制简易光强计的感光探头距离小灯泡的高度相同。

    ④ 测3组实验数据，并将实验数据记录到表1中的①②③栏，用平板将学生实验数据用希沃助手传屏至白板上。

    （2）测量发光二极管的额定电功率

    ① 将小灯泡替换成发光二极管，滑动变阻器换成1KΩ电位器。电源电压为3V。

    ② 连接好电路调节电位器，测量1组实验数据，并将实验数据记录到表1中的④一栏。根据实验数据得出结论：两者正常发光时，发光二极管亮度高，额定电功率小，即亮度高又节能。

    分析：通过测量和对比小灯泡及发光二极管的额定电功率及亮度，掌握实验器材的选择并设计电路图，提高实验设计能力。通过测量额定电功率，观察小灯泡和LED亮度，学会比较光强计电流大小，掌握毫安表的读数，进行光照强度的对比。经历基于实验的探究和数据的分析可得出发光二极管既节能、亮度又高，体现物理服务于生活的理念。渗透控制变量的思想，了解新材料新技术对生活的影响，培养学生的节约能源意识。

    4  结语

    创客教育与物理课堂的最终目标是提升学生的创新能力[ 4 ]，二者的融合实现初中物理课堂实验教学方式创新。本节课将生活引入课堂，采用“非常规”的实验课堂教学结合创客理念围绕LED灯与小灯泡的实用性对比，分析了二者的亮度与耗电程度（电功率）。与“非常规”实验课堂的区别在于启发学生思考和创新、学会设计教具的思路，体验设计教具所带来的成就感，提升学生的创新能力。利用自制教具引入新课，通过比较亮度，让学生加深理解实际电功率和额定电功率，明确用电器正常工作的重要性。全程渗透节能环保意識，以及新材料新技术带来的科技影响力，让学生感受物理的魅力。在课后，学生向我问及了LED的一些知识，提出了手机的感光元件，并尝试用手机APP去探究两灯的亮暗程度，培养学生主动应用身边的事物解决具体问题的态度。

    参考文献：

    [1] 罗诚，肖安庆.中小学创客教育的发展现状、内涵与构建策略[J]. 中小学教师培训，2016.（11）66-68.

    [2] 张伟，郭玉英.论“非常规”物理实验的教学地位[J].课程·教材·教法，2007，27（12）：51-55.

    [3] 何鹏.steam课程作为传统初中物理教学有益补充的实践与思考[J].物理教学，2019，41（1）：51-54，65.

    [4] 田爽，刘茂军.中学物理探究实验中融入创客教育的可行性研究[J].教学与管理，2019（3）：104-106.