開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源 實(shí)施探究式教學(xué)①

谷春生

(首都師范大學(xué)附屬麗澤中學(xué),北京 100071)

1 引言

基于核心素養(yǎng)的導(dǎo)向，開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源，開展探究式教學(xué)，是落實(shí)課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。開發(fā)和利用物理實(shí)驗(yàn)資源，有利于提高物理教育質(zhì)量和全面實(shí)現(xiàn)物理課程目標(biāo)，這就迫切要求中學(xué)教師善于吸收教育科學(xué)及所教學(xué)科的最新成果，拓寬自己的知識(shí)面，挖掘教材所蘊(yùn)含的探究性因素，精心設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究性課題，開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)資源，把學(xué)生置于開放、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，確立學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，啟迪其創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。下面把筆者開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)施探究教學(xué)的幾個(gè)案例介紹給大家，以期拋磚引玉。

2 法拉第電磁感應(yīng)演示儀

圖1

2.1 制作

如圖1所示，取一個(gè)螺線管接出兩根導(dǎo)線，把它們直接接在兩端反向并聯(lián)的紅綠兩個(gè)二極管上，取一個(gè)圓柱形強(qiáng)磁鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 操作

圖2

在探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件時(shí)，筆者改進(jìn)了課本上的探究實(shí)驗(yàn)，在螺線管的兩端點(diǎn)上用導(dǎo)線連接兩組紅綠發(fā)光二極管，取代了課本上接入的靈敏電流計(jì)，電路圖如圖2所示。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生把條形磁體插入或拔出螺線管時(shí)，對(duì)感應(yīng)電流方向的判定一目了然，當(dāng)紅色發(fā)光二極管亮?xí)r，說明該二極管正向?qū)?，產(chǎn)生如圖2所示方向的電流；當(dāng)綠色發(fā)光二極管亮?xí)r，說明產(chǎn)生了反方向的電流。該實(shí)驗(yàn)可做演示實(shí)驗(yàn)，也可以做學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

2.3 點(diǎn)評(píng)

通過改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)效果特別明顯，學(xué)生興趣大增，激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和求知欲。通過對(duì)問題的自主探究，可以使學(xué)生感受探究的樂趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的熱愛，有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的提高。

3 電磁阻尼二極管演示儀

3.1 制作

圖3

用細(xì)銅絲纏繞成線圈，并用透明膠帶捆扎好，把兩端的導(dǎo)線接入紅黃兩色的多組二極管并聯(lián)的電路板接線柱上，每組二極管的連接電路圖如圖2所示，把電路板整體掛在豎立的木架上。再取相同的柱形銣磁鐵用結(jié)實(shí)的透明塑料布捆扎好，其兩端與兩個(gè)相同的粗彈簧緊緊相連，這樣便制作好了一組彈簧振子，然后整體穿過線圈，并把上下端點(diǎn)固定在木架子上。用同樣方法制作另一組彈簧振子，把兩組彈簧振子對(duì)稱地固定在木架上。最后把線圈用透明膠帶固定在右側(cè)的木立柱上，剛好在銣磁鐵下方，確保銣磁鐵能上下運(yùn)動(dòng)自如(如圖3)。

3.2 操作

把兩組彈簧振子同時(shí)向上撥離平衡位置，在彈簧彈力的作用下，彈簧振子便上下振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)右側(cè)的振子穿過銅線圈時(shí)，紅黃二極管交替發(fā)光。對(duì)比左右兩側(cè)的彈簧振子還發(fā)現(xiàn)：右側(cè)的比左側(cè)的先停下來。

這簡直太神奇了，學(xué)生陷入了困惑：這到底是為什么呢？通過這種方式引課，能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望。

3.3 物理原理

以上現(xiàn)象涉及電磁阻尼，當(dāng)柱形銣磁鐵插入或拔出線圈時(shí)，對(duì)感應(yīng)電流方向的判定一目了然，當(dāng)紅色發(fā)光二極管亮?xí)r，說明該紅色二極管正向?qū)ǎa(chǎn)生圖2所示方向的電流；當(dāng)綠色發(fā)光二極管亮?xí)r，說明銅線圈中產(chǎn)生了反方向的電流。根據(jù)楞次定律，銅線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)柱形銣磁鐵有力的作用，“來拒去留”，產(chǎn)生了阻礙銣磁鐵和銅線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)的效果。

3.4 點(diǎn)評(píng)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常有趣，可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力。使學(xué)生在濃厚興趣的驅(qū)動(dòng)下自主探究，親身體驗(yàn)，可以提高學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

4 牛頓管演示教具

4.1 制作

如圖4所示，制作一個(gè)大型金屬鋼管架子，在水平橫梁上用細(xì)鐵絲固定金屬環(huán)扣，為了防止金屬環(huán)扣損傷牛頓管玻璃管壁，首先在玻璃管壁上用雙面膠連續(xù)纏繞三圈，再輕輕扣上金屬環(huán)扣，然后把一個(gè)長方形薄木板跨接在兩個(gè)牛頓管頂上，用水準(zhǔn)儀平放在薄木板上進(jìn)行測(cè)試，確保牛頓管的頂部等高。在金屬架的下部安裝一個(gè)水平木條以固定牛頓管的下端，最后在整個(gè)裝置的后面固定一個(gè)黃色襯板，以便于觀察白色羽毛和金屬片的下落情況。

圖4

4.2 演示操作

教師介紹：兩個(gè)牛頓管平行豎立便于進(jìn)行對(duì)比觀察，頂部等高，頂上的小磁鐵吸住了鐵片，同時(shí)鐵片壓住了羽毛。

用抽氣機(jī)抽氣三分鐘，然后關(guān)閉牛頓管下端的閥門，確保右側(cè)管抽成近似真空，雙手同時(shí)迅速移去頂部的磁鐵，確保兩管中羽毛和鐵片同時(shí)釋放，找一位學(xué)生用手機(jī)錄制視頻。實(shí)驗(yàn)后使手機(jī)與顯示屏同步，當(dāng)堂回放視頻，右側(cè)管抽成近似真空，管中的白色羽毛和鐵片沒有分離，一起下落；左側(cè)空氣管中的鐵片在下，羽毛在上，已經(jīng)分離了，而且右側(cè)管中的羽毛和鐵片整體下落得快一些，通過回放，便于觀察到實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。

4.3 點(diǎn)評(píng)

利用改進(jìn)的牛頓管演示儀做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過視頻回放，效果明顯，現(xiàn)象一目了然。學(xué)生觀察時(shí)屏氣凝神，興趣倍增，達(dá)到了較好的演示效果。

5 利用手機(jī)測(cè)重力加速度

5.1 演示操作

智能手機(jī)內(nèi)置了多個(gè)傳感器，下載“PhyPhox”App，便可以完成相關(guān)測(cè)試。首先完成手機(jī)與電腦同步，可以直接通過液晶屏展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到了現(xiàn)場直播的演示效果。

運(yùn)行“PhyPhox”軟件，配合手機(jī)內(nèi)置傳感器，能測(cè)定直角坐標(biāo)系x、y、z軸方向的加速度，我們可以讓手機(jī)只顯示z軸方向的加速度，顯示的效果如圖5所示，略去前端的信號(hào)，當(dāng)手機(jī)做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度恒定，穩(wěn)定在-9.80m/s2這一數(shù)值(取豎直向上為正方向)。

圖5

5.2 點(diǎn)評(píng)

這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析綜合能力。如果有條件，可讓學(xué)生回家動(dòng)手自主探究，在做中學(xué)，在愉快中感悟，提升興趣，親身體驗(yàn)，從而提高學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

6 結(jié)語

基于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的導(dǎo)向，開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)資源，開展探究式教學(xué)實(shí)踐研究，在全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)方面具有廣闊的前景，所以教師在教學(xué)過程中要深挖教材中的探究性因素，精心設(shè)計(jì)或啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)新的探究方案，盡最大可能給學(xué)生提供科學(xué)探究機(jī)會(huì)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)探究過程的艱辛和樂趣，發(fā)展科學(xué)探究能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。科學(xué)因探究而美麗，探究因創(chuàng)新而精彩，教育改革呼喚更多具有創(chuàng)新能力的教師，以更好地激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱情，增強(qiáng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。