運用“延遲判斷”策略 重演規律發生過程

摘要：本文例舉“互感和自感”教學實錄中的幾個精彩片段，嘗試運用“延遲判斷”的教學策略，重演規律的發生過程，引導學生積極參與物理規律的發現和推理過程，使探索真正成為物理教學的生命線。

關鍵詞：延遲判斷；互感；自感

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-6148（2013）4（S）-0038-4

深化課程改革倡導教師創造性地使用教材，教師被賦予了自主整合、開發教材的權利。而現行教材中“互感和自感”一課。敘述過于直白，造成大多數老師用配置的成套器材做實驗。很難讓學生深入了解實驗中的發生過程。為了讓學生經歷必要的認知過程。本文嘗試利用“延遲判斷”的探究教學策略。重演規律發生過程。對教材進行二次開發，適當改進演示實驗，變陳述性問題為設計性問題，讓學生積極參與物理規律的發現和推理過程。主要的特色體現在以下幾個方面：

1 對于“互感”的教學，采用“電磁爐”和“MP4”兩個實驗從能量和信息兩個角度引出互感及其應用，充分激發學生探索規律的積極性。

2 對于“自感”的教學。采用“積木式”的結構。在教學過程中隨著問題的展開。逐步“裝備”其實驗裝置，讓學生在質疑、猜測和不斷探究中加深對知識的理解。具體教學實錄如下：

教學片斷1 互感現象

【引出互感】——創設情境 引出互感

實驗：將一個與小燈泡連接的自制線圈放到一塊絕緣毛巾上（內有電磁爐），如圖1，發現小燈泡發光了。

問題：兩個線圈沒有直接用導線相連，為什么當電磁爐中大線圈電流變化時，與小線圈相連的小燈泡會亮？

【應用互感】——活躍氣氛 深化知識

問題：不直接用導線與MP4連接，能否利用互感知識讓音箱響起MP4中動聽的歌曲呢？你覺得還需要什么器材？怎么做？有沒有辦法讓聲音變響（變輕）？

實驗：將MP4與一個線圈相連。音箱與另一線圈相連，如圖2，音箱果然傳出了好聽的歌曲，當手持MP4回路靠近和遠離音箱回路時。聲音會變響（變輕）。

小結：互感的應用傳遞能量和信息。

教學片斷2 通電自感、斷電自感現象

為了讓實驗電路的結構及實驗中所發生的物理過程展示清楚。從互感中拆除一個線圈后的原始電路談起，從通電和斷電兩個角度分別來探究是否存在電磁感應，電路的各部分是隨著問題的展開逐步組合而成的。整個教學過程為了體現用實驗來檢驗科學理論的思想。設計問題和實驗，用已知的理論對物理現象作出預測。而對應的物理現象是否能夠發生，是否能被觀察到，都還有自己特定的條件。從學生的認知沖突中通過改變實驗的條件，把所研究的物理現象各方面的特征逐步揭露出來，從而最終認識物理現象的本質這樣一種科學思想和方法，整個教學流程如圖3所示。

1 通電自感

理論分析 預測現象

師：互感現象中有一個共同的特點是4線圈中電流的變化引起B線圈中產生電磁感應現象，如果拿掉其中一個線圈，那么另一個線圈自身還會有電磁感應現象嗎？

生：會！

師：你是根據什么得出“會”的結論？

生：自身電流變化-線圈自身內部磁場變化-線圈自身內部磁通量變化，根據所學的知識應該會有電磁感應現象發生。

師：那么我們能否用實驗的方法來驗證我們的猜想呢？我們該如何設計實驗電路讓我們能觀察到這個線圈的電磁感應現象呢？選擇什么測量器材更便于我們觀測？

生：接入電壓表或電流表。

師：很好，電磁感應產生的標志是有無感應電動勢（電流），但是磁電式電表有點缺陷，由于表的指針在轉動過程中有慣性，在反應變化電流時有缺陷，需要接入一個更直觀反映電流變化的器件一小燈泡，根據它的亮度變化來反映電流的變化。

師：要讓電流變化我想不是很難。比方說將開關閉合（方便且變化明顯），你能預測一下通電瞬間時可能觀察到的實驗現象？小燈泡的亮度如何變化？是瞬間變亮還是逐漸變亮呢？

生：小燈泡會逐漸變亮。

師：你做出這種預測的依據是什么？

生：閉合瞬間，電流（從無到有）增大，磁通量增大，根據楞次定律，要阻礙這種增加，也就是小燈泡變亮會出現延遲。

電路設計 實驗驗證

改變實驗的呈現方法。變陳述性問題為設計性問題。探究的味更濃，對方法和過程的指導更重視。精心設計接近學生思維發展區的問題，基本流程是：提出問題-提出解決問題的方案-碰到新問題-完善原方案-解決新問題，一步步引導學生在解決問題中獲得新知識，做到實驗、知識與思維的同步發展，層層推進，一氣呵成。下面斷電自感的教學也是采用這樣的方法。

演示：開關閉合的瞬間，小燈泡瞬間變亮。

師：看到延遲現象了嗎？為什么？大家談談自己的看法。

討論：（1）線圈中到底有沒有電磁感應現象？是不是我們的理論分析有問題。還是其它原因？（2）當我們相信理論分析沒問題時，那是不是延遲的時間太短，我們肉眼觀察不出來呢？應該怎么辦呢？那么你覺得應該通過什么辦法來改進實驗？

師：其實在生活中也有類似的情景。比方說有兩位同學都說自己跑得都很快，那到底誰跑得快，最簡單的方法就是讓他們一起跑。比較一下。的確，比較法是物理中常用的研究方法之一，大家能否借用這種方法對電路進行改進呢？

生：并聯一個相同的小燈泡B（這一支路不接線圈）。考慮到線圈本身的電阻，想到與B燈串聯一個可以調節的電阻（滑動變阻器），如圖4，

演示：B燈瞬間變亮，A燈逐漸變亮。最后兩燈一樣亮！

師：A燈延遲變亮的原因是什么？

討論：開關閉合瞬間：通過線圈的電流增大-線圈激發的磁場增加-線圈自身的磁通量增大-根據楞次定律（增反）線圈產生了感應電動勢（左正右負）阻礙電流增大-阻礙A燈的電流的增加-燈泡A延遲變亮。于是我們看到與滑動變阻器相連的B燈瞬間變亮。與線圈相連的A燈延遲變亮。說明線圈此時相當于一個電源，正是線圈的這種阻礙作用，延遲A燈變亮的時間。

2 斷電自感

由通電自感的分析后自然地預測斷電自感現象。并隨之加以實驗的檢驗，卻發現結果與自己的判斷并不相符時。學生的思維得以被充分激發，這不僅是教學的藝術。更是一種提高教學有效性的策略。這一部分的課堂氣氛一波三折，充滿了機智，也為下面自感系數的教學埋下伏筆。

現象預測 檢驗相悖

師：上述實驗中，線圈中電流增大時。會產生自感電動勢，那么線圈中電流減小時，又會怎么樣呢？我想答案是肯定的。是否也能用實驗的方法得到證實呢？要到達電流減小的目的。只需要斷開開關，此時從電路結構上看，A、B兩燈組成一個回路，當電流減小時，如果線圈會產生自感電動勢。根據楞次定律勢必將阻礙電流的減小。你能預測一下斷電瞬間可能觀察到的實驗現象？兩燈是一起瞬間熄滅還是一起延遲熄滅呢？（A、B兩燈會一起延遲熄滅。）

演示：把開關斷開。結果觀察兩燈一起瞬間熄滅！

電路改進 再探究竟

師：我們沒有觀察到預期的實驗現象。小燈泡熄滅真的沒有出現延遲嗎？是不是我們觀察的方法有缺陷，如何改進實驗電路讓我們能觀察到更明顯的實驗現象？

討論：我們一起來分析剛才的實驗電路。開關斷開時，A、B兩燈構成一個回路，電流變化相同，所以沒有觀察到明顯的延遲熄滅。而且實際上真正要比較的是開關斷開與燈泡熄滅有無先后，因此，B燈這條支路已經失去比較的意義。把這條支路去掉，回歸到最原始的電路。我們發現開關斷開時不管線圈有沒有自感電動勢產生。燈A肯定會瞬間熄滅（沒有構成回路）。但如果這條支路只有一條導線的話。開關閉合時與電源短接，不安全。綜合考慮（構成回路又安全）想到將A燈移到導線回路。與線圈一起并聯在電源兩端，如圖5。

演示：A燈延遲熄滅，而且出現閃亮一下然后熄滅（有一種回光返照的感覺）。

實驗深入 引向新知

師：A燈出現了“閃亮”說明什么？

生：“閃亮”說明斷電瞬間通過A燈的電流比原先要大。

師：既然與開關已經斷開，為什么通過A燈的電流比原先還要亮呢？到底誰在起作用呢？

生：線圈！

師：是的，此時線圈相當于一個電源，阻礙電流的減小，起到讓A燈延遲熄滅的作用。閃亮恰好說明延遲。那誰能否用物理語言解釋這一現象的產生原因？

生：開關閉合瞬間：通過線圈的電流減小（電流從有到無）-線圈激發的磁場減小-線圈本身的磁通量減小（楞次定律“減同”）-線圈產生了感應電動勢（右正左負）阻礙電流減小-阻礙4燈的電流的減小-燈泡4逐漸熄滅。

師：既然與電源已經斷絕關系。但我們還是能夠看到燈泡出現閃亮，延遲熄滅，那么這個能量從哪里來呢？

討論：線圈中有電流，有電流就有磁場。說明能量很可能儲存于磁場中（磁場能），開關斷開時，線圈中的電流從有到無，其中的磁場也是從有到無。此時線圈充當電源。阻礙電流減少。把磁場中的能量轉化成電能。當然這僅僅是一個合理的假設，通過后面的學習我們會有更加深刻的認識。

教學片斷3 用傳感器研究自感現象——直觀演示 化解難點

師：前面的實驗我們都是通過燈泡亮度的變化定性地來研究自感現象，但是不能準確地反映這一短暫過程中的電流大小如何變化、電流的方向有沒有變化。隨著信息技術的發展，我們可以借助準確直觀地反映電流大小和方向變化的規律。現在用兩個電流傳感器來代替兩個小燈泡，把采集的信息通過數據采集器傳遞給電腦，并以i-t（縱坐標電流i，橫坐標為時間t）圖像的形式呈現，如圖6。為了方便比較，將流過電阻和線圈的電流變化圖象顯示到同一幅i-t圖中，閉合開關。穩定。斷開開關。叫同學來分析一下圖像反映的物理信息。板書：i-t圖討論：分析i-t圖像，紅色和藍色分別代表流過哪一條支路的電流？（比較通電時電流大小的變化情況）。中間那段表示什么？（穩定后），開關斷開時比較斷電時電流大小和方向變化特點，并作出相應的解釋。改變滑動變阻器的阻值，穩定后電流大小不同。觀察開關斷開瞬間圖像的特征（解釋閃亮），可以看到借助傳感器我們可以將斷電時沒有明顯觀察到的自感現象非常直觀地呈現出來。

教學片斷4 體驗自感——全班參與 加深印象

自感現象在生活中并不少見，下面我們通過實驗來一起來體驗一下。實驗名稱：擦出電火花，給你的實驗器材（很簡單）：干電池一節、小線圈一只、導線若干（裸露的長線頭）。實驗要求：①構建電路，能看到電火花的閃現；②能體會到輕微的電擊感。指導交流巡視，發現典型性問題，請學生展示過程，如圖7：手握導線絕緣部分快速接通斷開，擦出電火花；手握導線的裸露的部分快速接通斷開，體驗到很爽快的電擊感！為什么快速接通斷開裸導線能擦出電火花、體驗到爽快的電擊感？大家想想這樣的現象在生活中有什么應用？（煤氣灶的電子點火器，日光燈中的鎮流器，油浸開關，雙線繞法）這樣設計鞏固本節課的教學重點，學生動手率和成功率高，起到畫龍點睛的作用。

（欄目編輯 羅琬華）