中學物理興趣探究課堂教學設計與研究

馬小花　沈宏君

摘? 要 實驗探究是物理教學中至關重要的環節，興趣教學是高效的教學策略，讓學生在基于興趣的基礎上經歷物理實驗探究過程，可以幫助學生高效學習。以制作“簡易的特斯拉線圈”為例，設計一節興趣探究課，并結合中學物理實際教學情況進行分析研究。

關鍵詞 特斯拉線圈;中學物理;實驗;教學設計

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）15-0120-03

1 前言

依據傳統的物理教學實際，學生主要是從課堂上教師的講授或者在課后通過參考教材等學習物理知識。學生如此學物理有悖于物理學科的發展規律，也會消磨掉學生的熱情，不利于學生的長遠發展。物理興趣探究課堂是建立于學生動手實踐之上的學習，可以有效調動學生的內在學習動機，激發其物理學習興趣，提高學習質量[1]。

2 研究意圖

物理課標要求分析? 依據物理課程標準要求，教學目標必須致力于學生的終身發展，激發并保持學生的內在學習動機，讓學生切身經歷和親身體驗物理探究的過程，讓每個學生的內在潛能都得到發展。在實際教學過程中，教師必須注重教學方式的多樣性，教學設計需結合當今社會科技的發展，讓學生跟隨時代的發展和進步學習物理，真正體驗到從生活走向物理，然后在學習物理知識的基礎上解決生活實際問題，通過實踐培養創新精神和動手實踐能力。

學情分析? 中學物理固定的教學模式讓很多教師只注重學生對于物理知識“表面”的掌握程度，要求學生的“紙上功夫”，離開“花式做題”技能的支撐，教學過程中就會出現一系列阻礙學生長久發展的問題。學生逐漸懶于思考，缺乏質疑問題事實的能力，物理學習方式被動單一，只注重書本知識的掌握，沒有辦法脫離書本來認識和學習物理。現在的中學生普遍存在動手實踐能力差，缺乏正確的科學思維方法，缺乏物理學習精神以及對學習物理存在枯燥、乏味、晦澀難懂的錯誤認知等一系列問題[2]。

方式單一刻板的教學模式讓中學物理教師和學生都忽略了物理本身的魅力，教師在沒有激發學生興趣的基礎上進行教學，學生將會處于被動的狀態接納這種傳統的知識的灌輸。學生學習物理并非是真正出于對物理的熱愛，而是源于社會要求，這些都讓學生在心理上產生對學習物理的負面情緒，在心理上處于抗拒的狀態。如此的學習是沒有實際意義的，可以說是扼殺了學生在物理方面的創造性。因此，對于學生來說，興趣學習尤為重要，基于興趣的學習才能真正調動他們對于學習物理的激情。一節興趣探究課是學生學習物理所必需的“敲門磚”，也是學生長久學習物理的“調味劑”，更是學生學習物理的“指路燈”。

3 探究實驗過程設計：制作簡易的特斯拉線圈

探究目標

1）知識與技能。學生通過本節以“制造簡易的特斯拉線圈”為核心的興趣探究課堂的體驗之后，首先會對尼古拉·特斯拉這位偉大的發明家、物理學家有一定的了解和認識，了解他的主要成就，并從中體會到尼古拉·特斯拉這位偉大的物理“達人”是怎樣影響現代世界的，以此來樹立學習榜樣，激發學習欲望。通過探究實驗，學生能理解特斯拉線圈實驗原理，會動手制作簡易特斯拉線圈。

2）過程與方法。學生首先通過觀看精彩的特斯拉線圈視頻，進行提問和猜想;然后通過教師的介紹，了解尼古拉·特斯拉的生平事跡，進行課堂討論;最后，全班學生分組動手完成小型特斯拉線圈的制作任務，制作完成之后，分組進行展示和分享。

3）情感態度與價值觀。首先從學生學習心理的角度出發，讓學生觀看神奇的特斯拉線圈實驗視頻，以此調動學生的好奇心和興趣，讓學生對于尼古拉·特斯拉這位杰出的物理學家生出欽佩之情。通過引課，會讓學生對特斯拉線圈實驗產生濃厚的興趣，學生心里產生疑惑，從內心產生自己也想動手制作這樣的特斯拉線圈的欲望，在整節課的體驗過程中認識偉大的科學精神，建立學習物理堅韌不移的信念，體會到學習物理所應具備的態度，懂得與同學合作才能事半功倍，培養努力不懈的學習精神，在心里認可自己，為自己的成果而感到驕傲。

課前實驗儀器準備

1）準備一截直徑為2.6 cm、長度為12 cm的PVC管，一塊長方形木板，一卷規格為0.25 mm的漆包線，一段1.2 mm

的銅線，一個2N2222A三極管，一節22 k?的電阻，五節9 V

電池，一個開關，一個乒乓球，一卷錫紙，三個規格分別為5 W、9 W、15 W的節能燈。

2）準備記錄卡片，將所遇到的問題和發現記錄下來。

探究過程

1）閱讀材料。

尼古拉·特斯拉1856年出生于克羅地亞戈斯皮奇。起初，他在卡爾洛瓦次縣上的一所普通學校讀書，在這之后的13年，他憑借優異的成績考上了格拉茨理工大學。他對物理學、數學和機械學十分感興趣，他的專業研究方向也由此確定。由于社會局勢的變化，他失去了助學金，因為沒有辦法負擔巨額的學費，迫于無奈選擇退學。實際上特斯拉在格拉茨理工大學只完成了一學年的課程。

雖然大學的門在他面前已經關上，但是他并沒有放棄自己的學習。再后來的幾年，即便承受著生活的壓力，他也沒有放棄自己的研究。直到1884年的秋天，已經28歲的尼古拉·特斯拉迎來了轉機，他加入了愛迪生的分公司，職務是一名工程師。基于多年的苦學研究，他發明了世界上第一臺感應電機模型。

過了將近兩年的時間，他決定前往美國，正式和愛迪生一起從事研究。起初他所負責的工作只是設計一些簡單的電器，因為非常努力，所以進步很快，沒過多長時間，他就成為實驗室不可多得的人才。他在工作期間一直堅持不懈，努力也最終有了成果，在實驗室工作期間，實驗室直流電機的設計由他全盤負責。

幾年之后，他有了創立自己的公司的能力，他的公司的主要業務是他自己發明創造的弧光照明系統。以此為引，后來他發明了發電機的電力系統整流器，這也是他第一次為自己的發明申請專利。令人振奮的特斯拉線圈在1891年問世，他對于科學發明有著自己所堅持的熱愛和珍惜。隨著自己的不斷拼搏和努力，1892年，特斯拉擔任了美國電力工程師協會的副主席，任職兩年。1893年，在交流電照明發展歷程中發生了一件大事，在芝加哥舉行的哥倫比亞世界博覽會上，西屋公司取得了用交流電照明的工程，也正因為這次難得的機會，讓人們真正認識了交流電，知道了它的可靠性和安全性。

19世紀80年代，尼古拉·特斯拉在“電流之戰”中取得令人矚目的輝煌成就，他用自己的發明讓世界認可了這個一直對科學對物理堅持不懈的人。1894年，尼古拉·特斯拉的短波無線通信實驗成功，也因此讓全世界認識了他，成為當時最具有影響力的電氣工程師之一。1891年，尼古拉·特斯拉的無線能量傳輸實驗取得圓滿成功，最后成為商業化的無線傳輸。

尼古拉·特斯拉是一個見證了物理“美學”的發明家、物理學家，他打開了現代世界的大門，讓物理與現代世界接軌。他的一生充滿傳奇色彩，他讓物理這門學科有了特別的色彩，也因此有了沃登克里弗塔的存在。

2）實驗裝置圖如圖1所示。

3）實驗原理如圖2所示。特斯拉線圈本質是利用兩個回路進行線圈耦合，實驗中首先讓9 V電池對其中的一個回路進行充電，然后通過三極管將回路中的電流放大，當回路中的電壓上升到一定程度，變壓器初級線圈的通路形成，能量將會在初級線圈和次級線圈之間持續震蕩，并通過耦合傳遞到次級線圈。次級線圈的構成相當于一個電感，因此會產生LC震蕩。當振蕩頻率達到一個閾值時，電源的能量就會被傳遞到次級線圈，尖端就會放電[3]。

4 教學過程

【教學環節一】教師利用多媒體等設備播放各種精彩的特斯拉線圈實驗視頻，學生進行觀看。

【教學建議】學生觀看視頻后，教師提出問題，適當引導學生說出自己觀察到的現象，并讓學生做出猜想。教師需要巧妙利用特斯拉線圈實驗視頻做引導，為接下來的尼古拉·特斯拉生平事跡及特斯拉線圈的介紹做好鋪墊。

【教學環節二】教師向學生介紹尼古拉·特斯拉的生平事跡以及特斯拉線圈的發明。

【教學建議】

1）教師可以讓學生觀看有關尼古拉·特斯拉的影片。

2）教師可以向學生簡要介紹尼古拉·特斯拉的人生經歷和偉大發明，并介紹他的偉大發明是如何推動和影響現代社會發展的，以及他的發明運用到了生活中的哪些方面，讓學生在認識尼古拉·特斯拉的同時體驗到物理和生活是息息相關、密不可分的。

3）引出本節課的研究對象——特斯拉線圈

【教學環節三】小組完成探究實驗“制作小型特斯拉線圈”，方法步驟如下。

1）首先將規格為0.25 mm漆包線均勻地纏繞在PVC管上（不要壓線），兩端各預留出一段。

2）將乒乓球用錫紙包裹，并將線圈上端的細線與錫紙相接，最后用熱熔膠將其固定在線圈上端。再用熱熔膠將開關、PVC管固定在木板上。

3）用膠帶固定三極管位置，將電阻和三極管焊在一起，把1.2 mm的銅絲在PVC管外纏繞兩圈，將PVC管底部銅絲和電阻焊接在一起。

4）把規格為1.2 mm的銅絲的一端和三極管焊接在一起，把1.2 mm的銅絲的另外一端和電阻焊接在一起。

5）將電阻和開關用導線連接起來，把9 V電池連接件分別和三極管與開關連接在一起。

6）安裝電池，進行測試。

【教學環節四】學生分組展示自己的特斯拉線圈，并和老師、同學分享收獲和經驗。

5 結語

通過對高中生制作“簡易的特斯拉線圈”這個案例進行課堂實踐和研究之后，能夠發現這類探究興趣課的優勢所在。首先，興趣探究課上注重的是學生的動手實踐，重在學生參與和體驗實驗的過程，而且這類課堂的研究成果往往更加傾向于學生的所得所感。本文案例中，教學設計第一環節就是通過精彩絕倫的實驗現象來抓住學生眼球，讓學生對本節課產生濃厚的興趣，再通過層層遞進的方法，讓學生走進課堂、沉浸在課堂中，最后再走出課堂。

本文的研究初衷是通過一節興趣探究課設計案例來凸顯當前中學教育在學生興趣培養方面的欠缺。興趣是學生學習物理不可或缺的條件，教師可以通過探究性興趣課堂來觀察和分析學生的物理實驗探究能力，也可以把探究興趣課堂的優勢與日常教學相結合，為日常的物理教學設計提供參考。

參考文獻

[1]葉麗.構建以實驗探究為核心的物理興趣課堂[J].中學課程資源，2017（3）：12-13，40.

[2]李小丹.營造興趣課堂，提高物理教學有效性[J].學周刊，2015（19）：148.

[3]龔軍龍，盧榮德.特斯拉線圈演示儀的制作與應用[J].大學物理，2019，38（1）：58-61，66.