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用“积木化”自制教具培养学生物理核心素养

范文

龚曦曦+帅晓红

摘要：本文探讨利用“积木原理”将教具积木化，教学模块化。通过自制积木教具，引导学生在“积木”搭建的过程中激发学生的探索动机，发散学生的思维，培养学生科学探究的能力，促进学生形成物理核心素养中的“实验探究”能力。

关键词：探索；教具积木化；教学模块化；物理核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）7-0054-3

积木是每个学生童年的陪伴，是我们儿时熟悉的记忆。在“积木玩具”中，孩子们可以用不同形状和颜色的积木尝试用不同的方法探索并搭出自己想要的“作品”。将物理实验教具自制成“积木化教具”，它不仅可以唤起学生儿时的乐趣，还可以在课堂中激发学生探索的欲望和培养学生的思维能力。

学校中使用的实验教具是多种多样的。在教学中使用积木化自制教具有许多的优点，引导学生搭建实验仪器的过程中，有利于挖掘学生自身的创造力，有利于教师培养学生的科学探究能力，促进学生形成“实验探究”方面的物理核心素养。

1 教具积木化

如何在实验教学中用积木教具培养学生科学探究的能力是值得思考的。

1.1 由整化零，积木化教具

“積木原理”是模型化和类比化的典型应用，其原理是提供不同的部件，将这些部件用不同组合和拼凑方式重新搭建成新的模型。运用“积木原理”在搭建的过程中通过拆分、构建、移动等方法不仅可以形象直观地解决问题，还有助于开发智力，培养想象力和创造力。

在自制教具时，利用“积木原理”的思想，将教具积木化，即：完整的教具拆成各个零部件，这些“零件”相当于“积木”。教师在教学中用正确、合适的方式引导学生选择不同的“积木”搭建出与本节课教学相关的模型，搭建过程中不但能培养学生的实验探究能力，而且学生又习得了与课本相关的物理知识。由于学生经历了搭建“作品”的过程，就可以用其去解决生活中的实际问题，将知识加以应用，这样又可以达到学以致用的目的。此外，“积木化教具”在教师取器材和还器材的过程中也显得方便。

1.2 由零成整，模块化教学

笔者以人民教育出版社的九年级全一册《物理》教科书中的第二十章《电与磁》设计了积木化教具实验箱。图1是这个教具实验箱里面在这一章教学中使用的“积木”。在具体教学中教师根据不同的章节教学内容的需要，引导学生选取合适的“积木”，然后再一步一步地引导学生将其搭建组合成新的整体。学生要了解各部分“积木”的部件性质才可以成功地搭建出新的模型，在搭建的过程中学生不仅亲身经历了每个步骤，还可以清楚地理解这个新模型局部结构的功能和作用。所以，这样的教学就是一个由零成整的模块化教学。

例如：在第二十章第一节《磁现象磁场》的教学中教师可以引导学生选择铁粉与U型磁铁、小磁针与条形磁铁、铁粉与条形磁铁、小磁针与U型磁铁等不同的“积木”组合来探究磁场分布更利于学生理解磁场性质。在第三节《电磁铁电磁继电器》一节的教学中，教师可引导学生将电磁继电器的结构搭建出来。为了清楚展示搭建过程，课前需要准备如图2所示的竖直展示板，然后根据教学进度逐步引导学生选择合适的积木，搭建出它的结构模型（搭建过程见本文2.1）。在第四节所涉及的电动机的教学中，教师可引导学生选择自己喜欢的“积木”自制迷你电动机。学生可能会选择不同的磁铁完成电动机的制作，学生经历自制迷你电动机的搭建过程可掌握电动机的工作原理。

2 教学模块化

2.1 模块教学的步骤

笔者以第二十章第三节《电磁铁电磁继电器》中的“电磁继电器”这个知识点为例，阐述如何用积木化教具实验箱进行教学。搭建电磁继电器模型的步骤如下（注：搭建时均选择图1中的积木）：

步骤一：教师让学生回忆电磁铁的特性——“通电有磁性，断电无磁性”，学生能自主选择电源、开关、螺线管和铁芯构成电磁铁，将回路A搭建在竖直展示板上，如图3（1）所示。

步骤二：教师提出问题：“如何用回路A的通与断间接控制两个电路”。教师再结合讲解先让学生明白一个基本原理：回路A通电时（即电磁铁有磁性时）可以控制一个电路；回路A断电时（即电磁铁无磁性时）可以控制另一个电路。

步骤三：教师带领学生搭建回路A通电时控制第一条电路的情况。此时电磁铁有磁性，学生想到要选择一个可以被磁化的物体，此时学生会有多种选择：方形铁块、带孔的方形铁块、衔铁片、铁片。接着，教师讲解“衔铁”的性质很关键：衔铁易消磁也易被磁化。讲解后，学生对比以上物体的性质筛选出衔铁片。

接着，教师提出问题：衔铁片被吸下来后怎么样利用它搭建一条电路呢？学生发现短衔铁片不易连接电路，于是想到要用长衔铁片搭在电磁铁上方，如图3（1）所示。

在图3（2）中，回路A闭合要让长衔铁片从水平位置1吸下到水平位置2，学生想到必须要将衔铁片一端固定。学生可以选择固定其左端或右端（本文以固定左端为例）。要固定左端就需要借助其他积木，教师引导学生选择带卡槽的有孔方形铁块将衔铁片加长，再用带孔木块固定，如图3（3）所示。图3（4）中便是回路A闭合后长衔铁片被电磁铁吸下的情景。（注：长衔铁片被吸下后是倾斜的，不再是图3（2）的水平位置2。）

步骤四：教师继续引导学生怎么利用图3（4）中倾斜的长衔铁片去搭建第一条电路。要想接通电路，学生想到选择一个金属导体固定在小孔3处作为一端，长衔铁片作为另一端便可接通第一个电路了，如图4（1）所示。教师提出问题：图4（1）中的O处接触面积较小不利于电路良好接触。怎样解决这个问题呢？教师引导：两个圆形的物体能良好接触。学生能想到在O处添加半圆形的铁块，如图4（2）的B处所示。教师讲解：在图4（2）中，当回路A闭合，衔铁片被吸下利用导线1和导线2便可接通回路C。

步骤五：教师继续带领学生搭建回路A断开时控制第二条电路的情况。此时衔铁片磁性消失，怎样才能让它由图4（1）中倾斜的位置又回到水平位置1呢？教师用杠杆原理引导学生需要给其左端施加一个外力，学生尝试从不同弹簧筛选出一个劲度合适的弹簧加在左端，这就可将衔铁片拉回水平位置1（如图5）。

步骤六：教师引导学生还可在长衔铁片的上面搭建另一个回路。学生经历了步骤四后，可仿照其方法自主继续搭建第二条电路。（如图6中的回路D）。

搭建成的图5这个结构就是电磁继电器的结构模型，图6为其结构模型的实物效果图。当回路A闭合时，接通回路C；当回路A断开时，接通回路D，回路C断开。这样就实现了用回路A的通断去交替控制两个回路。

2.2 模块教学的应用

学生是知识的探索者和发现者，用积木化教具，学生可经历选择积木解决问题的搭建过程。由教师引导，学生自主探索后掌握电磁继电器的结构和工作原理，也体现了学生的主体地位。生活中有关电磁铁继电器的应用非常广泛，比如：自动检测水位、低压控制高压电路、温度控制器、电铃等。学生掌握了电磁继电器的工作原理，自主设计出这样的设备装置有一定的难度。结合新课程标准的要求，学生能够由原理图说明其中的工作原理即可。这样的教学方式，能让学生从其结构缘由知识的角度去解释设备的工作原理。

2.3 模块教学的评价

教师不仅要对学习的结果进行评价，还要对学习的过程进行评价。教师通过由零成整的模块化教学力图发现学生的思维方式和知识方面的不足，在教学中可以及时有针对性地解决学生学习中的问题，并将学生的知识漏洞当堂弥补。

3 总结

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。用积木教具，教师引导学生探索搭建“电磁继电器”的结构模型，以及学生尝试用不同组合的“积木”探究磁场分布，都有利于培养学生敢于探索发现的能力；此外，学生在积木教具中选择不同的磁铁制作不同样式的迷你电动机，有利于提高学生科学发明的创新能力，从而能促进物理核心素養中“实验探究”素养的养成。

在课堂中，学生带着乐趣像儿时玩积木方块一样去搭建积木教具学习物理知识，体现了“快乐探索，高效学习”的理念。此外，学生也可通过积木化教具明白如何用搭建的“作品”去解决生活中的实际问题，“作品”便拉近了物理与生活的距离，教具还可以利用废弃材料做成，这也体现了“科学-技术-社会-环境”（即：STSE）的教育理念。

随着社会进步和科技的发展，模块化的方案在桥梁工程、建筑工程、微电子工程、家具行业等应用广泛。用自制积木化教具进行搭建模型教学时，能促进“模块化”元素渐渐在学生脑海中沉淀。学生带着这种理念将来从事各个行业的研究，更有可能应用“积木化”思想解决实际问题，推动社会进步，就能实现从物理知识走向社会应用。

参考文献：

[1]林钦，陈峰，宋静.基于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法，2015（12）：90-94.

[2]雷萍.积木原理在健身舞蹈课中培养学生自学能力的研究[J].赤峰学院学报（自然科学版），2015（2）：237-238.

[3]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心.义务教育教科书物理九年级全一册[M].北京：人民教育出版社，2012：118-138.

（栏目编辑王柏庐）

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