对化学仪器教学的思索
——谈化学仪器构造式教学
摘要：在化学仪器教学中，好多班主任只重视讲解仪器的使用，忽略仪器的制做过程，没有根据实际需求举办教学，仪器的原理和所含的数学思想常常被淡化，以至于中学生不能真正把握仪器的本质。高中化学实验仪器的“构造式”教学法，根据仪器的核心原理和技术须要，把仪器的结构部件逐渐“构造”出来。这样的教学设计，符合中学生的认知规律，发散中学生的思维，培养中学生的创新能力，提高中学生的科学素质。
关键词：仪器构造，思维发散，能力培养
一、问题的提出——仪器构造式教学
随着随着科技的进步，先进的教学仪器不断涌现，如湿度计、天平、测力计等传统器材，已被红外湿度计、电子称、传感器等先进仪器取代，新一代教学仪器具有操作简单，灵敏度高等特性。所以，大多数班主任觉得传统教学仪器，不在具有使用价值，教学中不应再使用一些“过时”的仪器，与时代发展不同步。笔者觉得，好多班主任把数学仪器教学的价值只是定位在知识学习和实验技能培养上，而忽略了创新能力和思想方式的培养。事实上传统仪器，仍具有不可取代的作用，它是培养中学生创新能力的重要途径，也是施行科学方式教育的重要载体。所以，我们应重新思索化学仪器教学的价值和功能，着力落实化学仪器奇特的育人功能。因此，笔者结合新课标育人理念，立足教学实际，提出了化学仪器构造教学法的教学主张。
仪器构造式教学，是在数学仪器教学中，根据仪器的核心原理和核心技术，把仪器的结构部件逐渐“构造”出来，进行融合教学的一套程序技巧。其基本理念是，化学实验仪器的教学是一个有意义的理解建构过程和实践应用过程，主张把仪器拆开，从雏型到完形，循序渐进，逐渐建立，构造出仪器的整体。把仪器的原理、结构、功能、用法、规则，彼此联系、融为一体。
仪器构造法的基本要求是，在全程中贯串问题解决，仍然以问题挑战中学生思维，引导中学生思索，不断探索解决方案；借助微探究，渗透思想方式，引导中学生解决实际需求问题，因而把握仪器的本质原理。仪器构造式教学遵守知识产生的过程，循序渐进，逐渐构造建立，把仪器的发明创造过程重演一遍，启迪中学生进行发明创造。同时感悟仪器部件的功能和用法，并在仪器的实践应用中，培养中学生的操作技能和实践能力[1]。
二、开展仪器构造式教学的途径
在仪器教学中，充分运用“启发式教学原则”与“发现式教学方式”，借助微探究，让中学生发觉仪器涉及的关键规律如何求未知电阻，领会仪器的原理本质，具体做法如下。
1.创设情景，问题推动
首先要创设问题情境，迸发兴趣欲望，启发中学生思索，从认知上引入探究的问题。逐渐构造建立的方式，重演仪器的发明创造过程，启迪中学生进行“创造创新”，同时领会仪器部件的功能和用法。如在学习《滑动变阻器》一节中，让中学生经历仪器创造的过程。
在引课环节，首先用小灯泡模拟调光吊灯，取一根1米的内阻丝，逐步降低内阻丝的宽度，小灯泡逐步变暗。这时班主任问：“若需得到更大的阻值，怎样办”？中学生自然会想到继续降低内阻丝的宽度，班主任接着出示一根2米左右的阻值丝，此时操作很不便捷，引导中学生思索把内阻丝绕上去使用。根据以上思路，把内阻丝紧密绕上去，接在电路中，发觉改变线圈在电路中的宽度，灯泡的色温变化并不显著，这是哪些缘由呢？让中学生观察并思索，中学生发觉内阻丝是导体，绕成线圈后互相接触，成为一个电阻较小的大线圈，改变线圈的厚度并不能有效的改变阻值大小。
怎么解决各匝内阻丝之间漏电问题呢？中学生自然会想到给内阻丝“穿上”绝缘外衣（如图所示1）。之后把具有绝缘层的线圈接入电路中，发觉灯泡的色温很暗，也不能调节照度。这是由于线圈完全封闭绝缘，改变阻值丝的厚度，并不能接有效改变阻值大小。于是引导中学生，在线圈中描画一条以便接触的凹槽，如图2所示，便可解决以上问题。依据需求，改变阻值丝的阻值，即可改变阻值的大小，这时还须要一个能联接内阻丝的滑片和金属杆。这样一个滑动变阻器的雏型就构造下来了。
最后班主任总结，这样制做的滑动变阻器，导线的绝缘层相对较粗，易导致线路接触不良，因而常用漆包线（所谓漆包线是在内阻丝上镀一层绝缘漆）取代。为降低滑片与线圈接触的稳定性，还需用横杆和支架固定滑片，用接线柱固定导线接头，这样就制做成实验用的滑动变阻器了[2]。本设计创设了一个个问题情景，用问题不断引导中学生的思维，直至问题解决。
2.实践尝试，逐渐建立
在仪器教学的全过程中，一直以问题挑战中学生的思维，为找寻问题解决的方案，需在实践中不断尝试，逐渐建立方案，能够构造出精致的仪器。如在学习《直流电动机》一节时，不断让中学生找寻线圈持续转动的方案，突破换向器这一难点，经历了直流电动机发明的全过程。
引课环节，首先受奥斯特实验的启发，根据逆向思维，提出问题“磁也应对电压有力的作用”。为探究这一问题，于是把通电直导线置于磁场中，可得“通浊度线在磁场中受力而运动”。按照通这一原理，把直导线变型，制做成线框状，因为线框两条边中电流方向相反，遭到的磁场力方向也相反，线圈应当在两个相反力的作用下发生转动。之后让中学生用直导线弯成线框形，进行模拟，发觉线框若转动会发生绕线问题，不能持续的转动。之后，引导中学生观察受通电直导线在滑轨运动的场景，导线在滑轨上既能运动，又能通电。能够把滑轨变型做的短一些，再把线圈置于滑轨上，是否能解决线圈绕线问题。
中学生解决了绕线问题后，借助细铜线（漆包线）、铝硼吸铁石、电池、支架、砂纸等器材，让中学生分组实验，让线圈转上去。并按以右图3所示进行操作。把铜线绕成线圈，并把线圈两端的绝缘漆死掉，置于支架上通电，发觉线圈只能左右摆动，并不能持续转动。为何不能持续转动呢？为突破这一难点，借助动漫或模型进行剖析，让中学生晓得，开始转动时，线圈两个边受力相反，都是动力。在后半周，线圈两个边所受的力方向虽没变，但弄成为了阻力，所以线圈不能持续转动。若果让线圈持续的转动，应当怎样办呢？引导中学生思索，可以把后半周的阻力去除。具体做法是：把线圈的一端的连接线切掉一部份，重新加工，只剪掉连接线半周的漆包线（如图4所示）。线圈转动时，前半周通电，后半周断电，线圈前半周靠动力转动，后半周靠惯性转动，即可实现持续转动。
经历了自制电动机的过程后，再学习电动机模型和实际的电动机，了解电动的构造，并用动漫介绍换向器的工作原理，并举例说明直流电动机在生活中的应用[3]。
3.重视技巧，实践检验
在仪器构造中，为让中学生感受仪器涉及的关键规律，因而感悟仪器的原理本质，需重视科学方式教育，渗透化学思想，并在实践中检验仪器的可行性。如《欧姆表》是一个重要的数学仪器，学习欧姆表不仅仅是把握其检测原理、注意事项等问题，更要让中学生经历水表的加装过程，培养中学生的创新能力，解决问题的能力，感受转换法的巧妙。
按照“伏安法”测内阻的知识，借助公式R=U/I求出未知内阻，这些检测属于间接检测，相对复杂。能够找到一种简单的检测方式？中学生自然会想到，只要用电压表测出电压，再用公式I=E/(R0+r+Rg),进行求解，就可以求出待测内阻。借助估算的方法求未知内阻，会愈加繁杂。在图5所示的电路中，调节阻值R0，接入未知内阻Rx,电压表的示数为I1，为了确定内阻Rx的大小，可用内阻箱取代Rx,调节阻值箱也使电路中的电压示数为I1。这时RX的内阻就等于内阻箱的联接的内阻大小。根据这个思路，在电路中接入不同的内阻（已知），电路中都会有不同的电压，当电路中接入未知内阻时，按照电压表所指示数，就可以确定未知内阻的大小。基于以上思路，在图5所示的电路中接入内阻箱，改变阻值箱的电阻，分别读出电压表的示数，并在对应的电压表的示数标出阻值值，依次联接内阻的刻度线，都会产生如图6所示的一个内阻的刻度盘，此刻度盘与电压的示数一一对应。这些经历调节阻值，读电压示数，画出刻度线的系列操作，能让中学生深刻体验加装欧姆表的过程，欧姆表的表盘是怎样描画下来的，因而理解整个加装过程。
借助加装的欧姆表，分别检测已知内阻的大小（覆盖电阻标记），如20Ω、150Ω、1000Ω的内阻。当把这种内阻接到加装的水表中时，接20Ω内阻时，表针在表盘的右端，接1000Ω内阻时表针在表盘的上端，发觉这两个内阻的示数与真实值差异较大；当接50Ω内阻时，表针在刻度盘的中间如何求未知电阻，与真实值相差较小。由此可见，测内阻时，应使表针在表盘的中间位置，便于减少偏差。怎样使不同电阻的表针都能呈现在刻度盘的中间位置，因而提升检测的精确度？此时，班主任可以让中学生观察图6并思索：表针指在刻度盘的中间位置代表哪些？换用不同的阻值，表针指示相同又说明哪些？引导学生理解电路中接入不同阻值，调节滑动变阻器R0能使电压保持不变，因而理解每次检测不同阻值，都须要调零，能够提升了检测的确切度。
最后进行总结，因为电压表和电流表的加装过程及原理已在上面学习，所以剖析完欧姆表的加装后，可以进行全面回顾，以上各表都是由电压表加装而成，为便捷测，可以把电压表、电压表、欧姆表进行整合，借助切换的方法进行转换。在以上基础上，在介绍万用表的读数、使用及注意事项等问题。
4.梳理规则，实践应用
在仪器构造的过程中，在针对仪器的重点、难点内容进行突破时，中学生把握了仪器的原理、结构部件、功能用法后，之后进行操作练习，引导中学生提炼梳理仪器操作流程。如在《天平》一节的学习中，针对天平调节平衡、游码读数等问题进行了有效突破，并梳理总结天平的使用规则。
天平是一个比较精密的仪器，要让中学生真正认识天平的原理，须要从简单位问题开始。展示玩跷跷板的情景，可用一个木板、圆柱形支架、两个瓶子模拟跷跷板的转动过程，让中学生比较那个瓶子质量大。中学生按照下沉和上翘判定木板的平衡情况，最后可得木板水平平衡时，两端的瓶子质量相等。以上设计能比较出两个物体的质量大小关系，但不能得出物体具体的质量。如何能够测出物体具体的质量呢？可用图7进行引导，小兔子和一个50g的石块，木板刚好平衡，你觉得兔子的质量应当是多少？在玩跷跷板的基础上，中学生自然能得到兔子的质量也是50g。借助这些方式，把不同的物体放到木板的上端，在木板的右端放质量已知的石块，木板水平平衡时，物体的质量就等于石块的质量。为易于检测不同物体质量，可以多制做一些标准质量的石块，如100g、50g、20g、10g、5g、1g等，为便捷的检测物体的质量，须要有一定质量标准的石块——系列砝码。通过上述问题引导，中学生能够认识砝码的作用和价值。
基于以上剖析，都会发觉一个现实问题：当物体的质量和砝码的质量不相等时，怎样检测呢？如果图7中右端放50g砝码时，木板上端下沉，放50+1g砝码时，木板板右端下沉。这些情况下，跷跷板不在水平方向平衡，此时并测不出小兔子的质量，如何解决这个问题呢？以上情况说明兔子的质量应在50-51g之间，此时砝码测不出物体的确切质量。如果有大于1g的砝码，即可解决以上问题，我们可以在横梁上用一个小石块（游码）进行调节平衡，如图8所示，最后物体的质量的就应是砝码质量和游码示数之和。通过以上过程一架天平就构造下来了，之后让中学生共同梳理，天平的使用规则。这样除了把握了天平的使用规则，更懂得的检测原理和本质[4]。
其实，仪器构造式教学法的切实点应充分体如今“培养探究能力与创造精神上”，而不局限于知识与技能。要把仪器教学的各环节与各要素看作一个完整的系统,充分发挥整体小于部份之和的效益。另外，在教学过程中，要有多媒体或动漫资源的支持，或则有可分解可拆卸的演示教具支持。构造的过程，要富于创意，不能生搬硬套，但是注意不断反馈调整，不断改进建立，能够使教学疗效最大化。
（本文发表在《物理教学》2018年第10期）