注重物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新 凸顯實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能

摘 要：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要手段，也是對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的有效補(bǔ)充.本文利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具“電磁鐵磁性測量儀”，彌補(bǔ)教材方案的設(shè)計(jì)不足，將定性實(shí)驗(yàn)變?yōu)榘攵刻骄?，凸顯物理實(shí)驗(yàn)的“證據(jù)”功能，實(shí)現(xiàn)抽象物理概念的科學(xué)建構(gòu).

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;自制教具;電磁鐵磁性測量儀

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）14-0023-03

基金項(xiàng)目：江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十三期重點(diǎn)課題“初中物理教學(xué)中學(xué)生深度學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)業(yè)質(zhì)量提高的實(shí)證研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019jyktzd-11）;江蘇省連云港市中小學(xué)教研室第十三期重點(diǎn)課題“初中物理教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019LYGJY13-ZD35）.

作者簡介：胡世龍（1979-），男，江蘇連云港人，本科，中小學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理課堂教學(xué)策略、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究.

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》在“實(shí)施建議”欄目中明確指出：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)物理課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提倡通過各種途徑開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程資源，其中就包括利用身邊物品開展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng).其原因是物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能夠有效填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)資源不足，優(yōu)化教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，從而更好地服務(wù)于物理概念、規(guī)律的教學(xué)，從整體上提升物理教學(xué)的質(zhì)量和品位.筆者現(xiàn)以蘇科版義務(wù)教育物理教材九年級(jí)下冊第十六章 第二節(jié) “電流的磁場”一節(jié)中“電磁鐵及其應(yīng)用”有關(guān)內(nèi)容為例，對教材中實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，利用自制的電磁鐵磁性測量儀進(jìn)行探究教學(xué)實(shí)踐，將原來較為抽象的電磁鐵磁性概念進(jìn)行顯化處理，凸顯物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)的獨(dú)特功能.

1 對教材中設(shè)計(jì)方案的分析

筆者對當(dāng)前我國不同地區(qū)正在使用的義務(wù)教育物理教材進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：人教版、滬科版、魯科版和滬粵版等四種物理教材，在描述電磁鐵磁性強(qiáng)弱時(shí)都采用轉(zhuǎn)化法，主要是通過觀察電磁鐵吸引大頭針（或曲別針）數(shù)目多少來體現(xiàn)電磁鐵磁性強(qiáng)弱;教科版教材則是通過觀察懸掛小鐵塊的彈簧長度變化來體現(xiàn)電磁鐵磁性強(qiáng)弱;而蘇科版教材中以“讀一讀”形式呈現(xiàn)，通過簡要文字闡釋電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)多少、線圈中電流大小有關(guān)，沒有具體說明電磁鐵磁性強(qiáng)弱的體現(xiàn)方式.由此可見，教材中對于電磁鐵磁性強(qiáng)弱只是體現(xiàn)為定性的表述，缺乏定量的、直觀的“實(shí)驗(yàn)證據(jù)”，致使學(xué)生在電磁鐵磁性強(qiáng)弱的認(rèn)知上會(huì)產(chǎn)生弱化.

為了克服上述缺陷，突破知識(shí)建構(gòu)上的困境，筆者開發(fā)利用生活中常見的“自組物件”，就是教師或?qū)W生選擇利用身邊容易得到的材料、物品，不需要加工，只借用其某種物理屬性，組合起來進(jìn)行物理教學(xué)活動(dòng).筆者利用“自組物件”的方法自制電磁鐵磁性強(qiáng)弱測量儀.

2 本教具的制作過程、創(chuàng)新之處與主要用途

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置的制作過程

2.1.1 主要器材

微型電子臺(tái)秤、30cm×30cm軟塑料泡沫板一塊、紐扣式銣磁鐵一枚、直徑為1mm銅漆包線、一段長約13cm及直徑為1.5cmPVC電線管、一根長12cm及直徑為1cm的軟鐵棒、開關(guān)、3.8V小燈泡附有燈座、學(xué)生電源、30cm×25cm亞克力透明塑料板一塊、導(dǎo)線四根（其中二根導(dǎo)線一端帶有鱷魚夾）、短自滾絲若干、PVC自來水管塑料卡槽2只、熱熔膠槍、手電鉆、三角鐵等.

2.1.2 制作的基本方法

（1）截取一塊30cm×25cm亞克力透明塑料板，根據(jù)三角鐵上的孔距用手電鉆打孔，先用自滾絲將彎折成90°三角鐵固定在亞克力板上，再用自滾絲將其固定在泡沫塑料板上，如圖1所示.

（2）截一段長約13cm電線管，用直徑1mm銅漆包線在上面來回密繞二層后中間留一接頭，再繼續(xù)密繞二層到另一端留一接線頭，再用熱熔膠將電線管兩端固定，防止漆包線松散脫落，如圖2所示.

（3）取一長約12cm、直徑為1cm軟鐵棒，將一端安裝一帶有塑料螺母的長螺絲，便于實(shí)驗(yàn)操作使用，如圖3所示.

（4）將繞制好螺線管安裝在PVC水管夾上，并用導(dǎo)線將學(xué)生電源、開關(guān)、小燈泡和電磁鐵連接好.

（5）在電磁鐵下端的軟泡沫底座上放一微型電子臺(tái)秤，并在電磁鐵下端正對著電子秤盤位置放置一枚銣磁體，提前標(biāo)出它的N、S極.再把軟鐵棒插入螺線管中，調(diào)節(jié)塑料螺母至合適位置，即軟鐵棒恰好不能把銣磁體吸起來的位置.

2.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

整套裝置由泡沫塑料底座、透明亞克力板支架、銣磁鐵、微型電子臺(tái)秤、螺線管、軟鐵棒、小燈泡、學(xué)生電源、開關(guān)及導(dǎo)線等元件組合而成，如圖4所示.

2.2 本教具的主要?jiǎng)?chuàng)新之處

（1）利用電子臺(tái)秤的“清零”功能，可直接將小磁體對托盤壓力設(shè)置為零.

（2）電磁鐵與銣磁體之間相互作用力表現(xiàn)為引力還是斥力，可以通過電子臺(tái)秤示數(shù)的正負(fù)號(hào)直接體現(xiàn).若電子臺(tái)秤示數(shù)顯示為正數(shù)，說明銣磁體對電子臺(tái)秤的秤盤壓力增大，即銣磁體受到電磁鐵的排斥作用.反之，若電子臺(tái)秤示數(shù)顯示為負(fù)數(shù)，說明銣磁體對電子臺(tái)秤秤盤壓力減小，即銣磁體受到電磁鐵的吸引作用.

（3）電磁鐵磁性的強(qiáng)弱可通過電子臺(tái)秤示數(shù)大小直接體現(xiàn).當(dāng)銣磁體受到電磁鐵排斥時(shí)，銣磁體對電子臺(tái)秤壓力增大，電子臺(tái)秤示數(shù)也隨之增大.當(dāng)銣磁體受到電磁鐵吸引時(shí)，銣磁體對電子臺(tái)秤壓力減小，電子臺(tái)秤示數(shù)也隨之減小.

（4）電磁鐵兩端的極性可以通過電子臺(tái)秤示數(shù)之間的正負(fù)號(hào)直接判別.根據(jù)事先銣磁體標(biāo)注的N、S極以及磁極間的相互作用規(guī)律，若電子臺(tái)秤顯示示數(shù)為正數(shù)，說明電磁鐵與銣磁體靠近那一端極性同名;若電子臺(tái)秤顯示示數(shù)為負(fù)數(shù)，說明電磁鐵與銣磁體靠近那一端極性異名.

（5）便于探究線圈匝數(shù)多少對電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響關(guān)系.在控制電源電壓不變的情況下，改變接入電路中電磁鐵線圈的匝數(shù)，可以通過電子臺(tái)秤示數(shù)變化大小直接判斷電磁鐵磁性強(qiáng)弱的變化情況.

（6）便于探究線圈中電流大小對電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響關(guān)系.在控制接入電路中線圈匝數(shù)多少不變的情況下，改變學(xué)生電源的電壓高低，可以通過電子臺(tái)秤示數(shù)變化大小直接判斷電磁鐵磁性強(qiáng)弱的變化情況.

2.3 本教具的主要用途

2.3.1 探究電磁鐵磁性的強(qiáng)弱

將實(shí)驗(yàn)裝置組裝好，將學(xué)生電源電壓調(diào)至4.5V位置處，先按電子臺(tái)秤開關(guān)按鈕使其啟動(dòng)，再按“清零”按鈕使電子秤示數(shù)為零.檢查無誤后閉合開關(guān)，觀察電子臺(tái)秤是否有示數(shù).若電子臺(tái)秤有示數(shù)顯示，說明電磁鐵周圍產(chǎn)生磁場，電子秤所顯示的示數(shù)越大，表示電磁鐵的磁性也越強(qiáng).

2.3.2 探究電磁鐵磁極的方向

將實(shí)驗(yàn)裝置組裝好，將電子臺(tái)秤示數(shù)清零后，檢查無誤后觀察電子秤所顯示的示數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù).若電子秤所顯示的示數(shù)是正數(shù)，表示電磁鐵與銣磁體上表面靠近那端是一對同名磁極，即電磁鐵下端為N極;若電子秤所顯示的示數(shù)是負(fù)數(shù)，表示電磁鐵與銣磁體上表面靠近那端是一對異名磁極，即電磁體下端為S極.

2.3.3 探究電流大小對電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響

將實(shí)驗(yàn)裝置組裝好，將電子臺(tái)秤示數(shù)清零后，檢查無誤后閉合開關(guān)，觀察電子臺(tái)秤是否有示數(shù).若電子臺(tái)秤有示數(shù)顯示，說明電路是通路.現(xiàn)將電源電壓逐漸調(diào)低使電磁鐵線圈中電流減小，可以觀察到電子秤的示數(shù)逐漸變小，說明電磁鐵磁性在逐漸減弱.再將電源電壓逐漸調(diào)高使電磁鐵線圈中電流增大，可以觀察到電子臺(tái)秤的示數(shù)也逐漸變大，說明電磁鐵磁性也在逐漸增強(qiáng)（注意，此處電源電壓不能調(diào)太高，防止燒壞電路中的小燈泡）.

2.3.4 探究線圈匝數(shù)對電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響

將實(shí)驗(yàn)裝置組裝好，先將電子臺(tái)秤示數(shù)清零后，將線圈中間接頭、其中一端接入電路，檢查無誤后閉合開關(guān)，觀察電子臺(tái)秤的示數(shù)大小.再斷開開關(guān)，將電磁鐵線圈的兩端接線頭接入電路，可以觀察到電子臺(tái)秤的示數(shù)明顯增大，說明電磁鐵線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強(qiáng).

2.3.5 探究電流方向?qū)﹄姶盆F磁極的影響

將實(shí)驗(yàn)裝置組裝好，將電子臺(tái)秤示數(shù)清零后，檢查無誤后閉合開關(guān)，觀察并記錄下此時(shí)電子臺(tái)秤所顯示的示數(shù)，此時(shí)需要注意觀察電子臺(tái)秤示數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù).再將接在學(xué)生電源正負(fù)接線柱兩根導(dǎo)線對調(diào)以改變線圈中電流方向，觀察到此時(shí)電子臺(tái)秤所顯示的示數(shù)大小沒有發(fā)生改變，但電子臺(tái)秤所顯示示數(shù)正負(fù)值發(fā)生了改變，直觀地說明電磁鐵磁極方向與線圈中電流方向有關(guān).

綜上所述，巧借生活中易得物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，不僅能夠拉近物理實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的生活距離，推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)生活化的應(yīng)用，也契合教育心理學(xué)中建構(gòu)主義理論，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)的有效建構(gòu)，不斷提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng).

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（收稿日期：2021-03-12）