優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 突破難點(diǎn)

王春梅

? ? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)難點(diǎn)突破的方法之一。很多實(shí)驗(yàn)都源于課本，但是結(jié)合具體教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，并不是所有教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，都能在教學(xué)中很好地突破教學(xué)難點(diǎn)。秉承著教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的和意圖，本文通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，更有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，形成科學(xué)思維。從而真正實(shí)現(xiàn)提升物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。下面具體說(shuō)明如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，對(duì)“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究所做的教學(xué)嘗試。

一、教材的實(shí)驗(yàn)分析

1.實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

基于學(xué)生的學(xué)情和已有的認(rèn)知，教材中給出的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中圖1 和圖2都是學(xué)生初中接觸過(guò)的。這樣的設(shè)計(jì)，能夠幫助學(xué)生回憶初中學(xué)習(xí)過(guò)的電磁感應(yīng)的知識(shí)。而為了能夠使學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)上和思維上的進(jìn)階，又設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)3。使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)3的探究認(rèn)識(shí)到“產(chǎn)生感應(yīng)電流”的其他方法。

2.實(shí)踐的問(wèn)題

（1）電路過(guò)于復(fù)雜

圖3中的電路連接，對(duì)學(xué)生而言本身就是個(gè)難點(diǎn)，而且連接過(guò)程中，耗時(shí)也很多。并且這個(gè)實(shí)驗(yàn)中又涉及了兩個(gè)線圈的閉合回路，學(xué)生連接時(shí)很容易亂。

（2）不易于學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

利用圖3學(xué)生在操作過(guò)程中，只能觀察到有感應(yīng)電流產(chǎn)生，并且知道自己的哪些操作可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。但是由“電流變化”分析出“磁感應(yīng)強(qiáng)度變化”的結(jié)論，對(duì)學(xué)生而言既抽象，又容易混亂。同時(shí)教師在演示、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，也不利于學(xué)生科學(xué)思維的形成。

基于上述原因，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，在實(shí)踐過(guò)程中，很好的突破了學(xué)生進(jìn)階的障礙和教學(xué)中的難點(diǎn)。

3.儀器的改進(jìn)

將課本中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，利用洛倫茲力演示儀中的前、后的兩個(gè)勵(lì)磁線圈替換。如圖4所示。

（1）易于操作

利用洛倫茲力演示儀前、后的兩個(gè)勵(lì)磁線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，研究磁如何產(chǎn)生電。通過(guò)調(diào)節(jié)儀器旋鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)三（如圖3）的目的。但是該裝置比課本中的方案節(jié)約了很多時(shí)間，并且更易于分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得結(jié)論。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

經(jīng)過(guò)測(cè)量，洛倫茲力演示儀中，兩個(gè)勵(lì)磁線圈中間的磁場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。學(xué)生分析問(wèn)題，情景簡(jiǎn)單，更易于幫助學(xué)生構(gòu)建物理模型，并提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的難點(diǎn)突破

本節(jié)課的思維引導(dǎo)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，從尋找“變化量”開(kāi)始。并引導(dǎo)學(xué)生找到感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。針對(duì)這一教學(xué)難點(diǎn)，首先進(jìn)行了難點(diǎn)分解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到除導(dǎo)體切割磁感線外，其他產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式。然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析其他產(chǎn)生感應(yīng)電流方式的原因，即尋找一次變化量。再通過(guò)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到初中所學(xué)的“導(dǎo)體切割磁感線”，并不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的本質(zhì)。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)知再次發(fā)生沖突，從而歸納總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的變化量。具體設(shè)計(jì)如下：

1.巧用勵(lì)磁線圈中磁場(chǎng)，使學(xué)生與已有認(rèn)知產(chǎn)生沖突

（1）演示切割不產(chǎn)生感應(yīng)電流問(wèn)題

①場(chǎng)強(qiáng)分布不均勻

雖說(shuō)我們把兩個(gè)勵(lì)磁線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，其線圈內(nèi)部磁場(chǎng)呈現(xiàn)靠近圓心部分略強(qiáng)，遠(yuǎn)離圓心略弱的分布。

②豎直面移動(dòng)線圈操作困難

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次嘗試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閉合線圈在平行于前、后兩個(gè)勵(lì)磁線圈的具體操作過(guò)程中，不能保證閉合線圈的移動(dòng)始終在同一豎直面內(nèi)，并且很難實(shí)現(xiàn)磁通量不變。

基于上述兩點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化。（如圖4）在裝置的固定支架上豎直放置了一塊絕緣板，師閉合線圈緊貼豎直板，并以勵(lì)磁線圈的圓心為線框移動(dòng)的圓心（圖7、圖8）。在反復(fù)操作過(guò)程中，多次很好的得出了閉合回路的導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，可以不產(chǎn)生感應(yīng)電流這一結(jié)論。

利用該裝置，還可以讓學(xué)生對(duì)比觀察，閉合回路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)（閉合線圈進(jìn)入、移出磁場(chǎng)），與閉合回路導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)（閉合回路完全置于磁場(chǎng)中移動(dòng)）現(xiàn)象的不同，從而引發(fā)學(xué)生的進(jìn)一步思考—產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件到底是什么。學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到勵(lì)磁線圈中電流不變，其周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，

改變面積S，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。而當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和面積S都不變時(shí)，可以不產(chǎn)生感應(yīng)電流。

（2）演示閉合回路的導(dǎo)體不切割產(chǎn)生感應(yīng)電流

首先將閉合線圈固定于勵(lì)磁線圈內(nèi)部豎直放置的絕緣板上（圖9）。由于實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)潔、易觀察和操作，學(xué)生能夠提出可行的產(chǎn)生感應(yīng)電流的辦法，即調(diào)節(jié)前、后兩個(gè)勵(lì)磁線圈中的電流大小，通、斷電，以及同時(shí)改變兩個(gè)勵(lì)磁線圈中電流的方向。基于前面所構(gòu)建的兩個(gè)勵(lì)磁線圈內(nèi)部磁場(chǎng)的分布情況，學(xué)生能夠由“調(diào)節(jié)電流”進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到“其內(nèi)部磁場(chǎng)的變化”。由此學(xué)生能夠得出閉合回路面積S不變，當(dāng)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B時(shí)，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的反思

1.依據(jù)課本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

教材中的實(shí)驗(yàn)是否都需要進(jìn)行改進(jìn)，還要依據(jù)學(xué)情和教學(xué)實(shí)踐條件等具體問(wèn)題而定。我們不能盲目的，為了追求改變而改進(jìn)，而是應(yīng)該以學(xué)生為主體，從學(xué)生的角度出發(fā)，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)調(diào)整。

2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的價(jià)值

（1）改進(jìn)點(diǎn)的思考

從學(xué)生認(rèn)知，學(xué)生學(xué)習(xí)思維的障礙點(diǎn)，并結(jié)合教學(xué)難點(diǎn)，分析教材實(shí)驗(yàn)中的不足或是結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中的一些問(wèn)題，改進(jìn)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原則

力求簡(jiǎn)單、明了，且可操作性強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，將課本復(fù)雜的電路問(wèn)題，以及不利于學(xué)生思維發(fā)展的現(xiàn)象分析，通過(guò)簡(jiǎn)單、易于觀察和分析的情景呈現(xiàn)。同時(shí)也兼顧了學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（3）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的推廣

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)是廣大一線教師的實(shí)踐和嘗試，能否進(jìn)一步推廣或是廣泛應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，還要結(jié)合具體實(shí)際考慮。

總之，在教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程中，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更好的突破教學(xué)難點(diǎn)，筆者還將不斷思考、實(shí)踐和嘗試。