基于教材創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三種方式——以“互感和自感”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

譚慶仁

（江蘇省鎮(zhèn)江市教育局教研室，江蘇 鎮(zhèn)江 212008）

1 問(wèn)題的提出

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科.人類通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索物質(zhì)世界的奧秘和自然規(guī)律.就中學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一條幫助學(xué)生建立和理解概念、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效途徑，無(wú)論是理論探究后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還是實(shí)驗(yàn)探究后的理論推導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)均扮演著不可替代的角色.因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)理應(yīng)成為物理課堂教學(xué)中傳授知識(shí)的重要路徑.但是，物理課堂是不僅僅需要實(shí)驗(yàn)，更重要的是實(shí)驗(yàn)的效果.下面，筆者就以人教版選修3-2“互感和自感”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，談?wù)劵诮滩膭?chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的3種方式.

2 基于教材創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的3種方式

2.1 基于教材，情景再現(xiàn)

由于教材描述的簡(jiǎn)潔性，在舉例時(shí)只是以圖片的方式來(lái)呈現(xiàn).但是，對(duì)于一些沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)的場(chǎng)景，學(xué)生還是感到陌生和難以理解.如果通過(guò)情景再現(xiàn)的方式，把教材中所描述的場(chǎng)景通過(guò)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)出來(lái)，會(huì)促進(jìn)和加深學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的理解和掌握.

案例1.教材中在介紹互感知識(shí)點(diǎn)時(shí)，將收音機(jī)里的“磁性天線”以圖片的方式，來(lái)說(shuō)明它是利用互感現(xiàn)象接收廣播電臺(tái)的電磁波信號(hào)的.現(xiàn)在的學(xué)生很少使用收音機(jī)，更談不上了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu).

情景再現(xiàn)：如圖1所示，將從計(jì)算機(jī)里拉出的音頻線與大線圈相連，將一個(gè)有源音箱通過(guò)靈敏電流表與一個(gè)小線圈構(gòu)成閉合回路.在計(jì)算機(jī)里播放音樂(lè)時(shí)，如圖2所示，當(dāng)把小線圈插入大線圈中時(shí)，會(huì)從音箱中播放出與計(jì)算機(jī)中一樣的音樂(lè)，以此來(lái)說(shuō)明計(jì)算機(jī)輸出的聲音電流信號(hào)通過(guò)互感轉(zhuǎn)換到小線圈里并通過(guò)音箱發(fā)出聲音，此時(shí)再介紹收音機(jī)接收和轉(zhuǎn)換電磁波信號(hào)的原理與此相似.學(xué)生也就不難理解了.這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)引起了學(xué)生很大的興趣，也加深了對(duì)互感知識(shí)的認(rèn)識(shí).

圖2

案例2.教材應(yīng)用了“開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花”來(lái)說(shuō)明自感的危害.由于缺乏相應(yīng)的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于這一知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生仍然只會(huì)停留在“知道層面”，達(dá)不到“認(rèn)識(shí)層面”.

情景再現(xiàn)：如圖3所示，將一個(gè)自感系數(shù)較大的線圈與一個(gè)白熾燈泡、開(kāi)關(guān)相連后接在家庭電路中.閉合開(kāi)關(guān)S，燈泡發(fā)光，若此時(shí)將線圈接線柱A處的導(dǎo)線松開(kāi)后，再不斷地試觸接線柱，會(huì)發(fā)現(xiàn)此處會(huì)有電火花產(chǎn)生，以說(shuō)明在斷電時(shí)線圈中會(huì)產(chǎn)生較大的電動(dòng)勢(shì).為進(jìn)一步說(shuō)明所產(chǎn)生電火花的危害，如圖4所示，在試觸時(shí)，把蘸有酒精的棉花團(tuán)放在所產(chǎn)生的電火花附近處，棉花團(tuán)會(huì)燃燒起來(lái)，現(xiàn)象非常直觀.有效地激發(fā)和加深了學(xué)生對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí).

圖3

圖4

2.2 基于教材，增強(qiáng)體驗(yàn)

最大化的激起學(xué)生的認(rèn)知共鳴是演示實(shí)驗(yàn)的重要目標(biāo).現(xiàn)象顯著、效果震撼和感同身受都是對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的高度評(píng)價(jià).如果在演示實(shí)驗(yàn)中，能讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中去，甚至成為實(shí)驗(yàn)儀器中的一員，那對(duì)學(xué)生造成的印象是非常深刻的，學(xué)習(xí)的效果也可想而知.

案例3.教材中在演示斷電自感時(shí)，通過(guò)小燈泡慢慢熄滅來(lái)說(shuō)明斷電時(shí)線圈中會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì).這個(gè)現(xiàn)象應(yīng)該說(shuō)非常明顯.

增強(qiáng)體驗(yàn)：如圖5所示，用手拉手的十幾位學(xué)生替換教材中含有小燈泡的支路，通電時(shí)學(xué)生沒(méi)有任何感覺(jué)，但是在斷電時(shí)，十幾位學(xué)生都因?yàn)檩p微的“電擊”一起尖叫起來(lái)，此時(shí)再引導(dǎo)學(xué)生思考“為什么斷電后仍然會(huì)有電流通過(guò)人體呢？”，會(huì)使學(xué)生終身難忘.在這個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，十幾位學(xué)生成為了實(shí)驗(yàn)儀器，親身參與了體驗(yàn).

圖5

2.3 基于教材，理實(shí)相補(bǔ)

物理探究包括理論探究和實(shí)驗(yàn)探究，兩者在教學(xué)中均應(yīng)同等重視，理論探究為實(shí)驗(yàn)探究鋪墊，實(shí)驗(yàn)探究同時(shí)也為理論探究佐證，可謂理論探究與實(shí)驗(yàn)探究互相補(bǔ)充.

案例4.教材在描述自感現(xiàn)象時(shí)安排了思考與討論：（1）開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，通過(guò)燈泡的電流與原來(lái)通過(guò)它的電流方向是否一致？（2）開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，通過(guò)燈泡的感應(yīng)電流是否有可能比原來(lái)的電流更大？為了使實(shí)驗(yàn)的效果更為明顯，對(duì)線圈L應(yīng)該有什么要求？教材作這樣安排的意圖是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自感現(xiàn)象分析自感電路.

理實(shí)相補(bǔ)：在引導(dǎo)學(xué)生理論分析后，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)可將實(shí)驗(yàn)裝置作如下的改進(jìn)：如圖6所示，在通電時(shí)可以看到燈泡L1立即亮起來(lái)，燈泡L2慢慢亮起來(lái)，斷電時(shí)燈泡L1、L2均過(guò)一會(huì)才熄滅.那么通電時(shí)與斷電時(shí)流過(guò)兩只燈泡的電流方向如何呢？可以將圖6改成圖7所示，用2只并聯(lián)的發(fā)光二極管代替燈泡L1，可以發(fā)現(xiàn)，通電時(shí)，二極管D2亮，表示通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流是自右向左的；斷電時(shí)，二極管D1亮，表示通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流是自左向右的，從而驗(yàn)證了斷電時(shí)通過(guò)燈泡的電流與原來(lái)通過(guò)它的電流方向不一致的結(jié)論.同時(shí)如圖8所示，將數(shù)據(jù)采集器接于電阻R的支路中，采集開(kāi)關(guān)閉合前一小段時(shí)間、閉合后一小段時(shí)間和斷電后通過(guò)電阻R的電流如圖9所示，從而得出斷電瞬間通過(guò)電阻R的電流是可以比原來(lái)電流大的結(jié)論，再引導(dǎo)學(xué)生此時(shí)線圈L應(yīng)該滿足什么樣的條件.

圖6

圖7

圖8

圖9 電流圖

因此，在教學(xué)中，我們要善于運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的功能，會(huì)給我們的物理課堂和學(xué)生帶來(lái)不一樣的感受.