優(yōu)化實驗設計 突破難點

王春梅

? ? 實驗教學是物理教學難點突破的方法之一。很多實驗都源于課本，但是結合具體教學實踐過程，并不是所有教材中的實驗設計，都能在教學中很好地突破教學難點。秉承著教材中實驗設計的目的和意圖，本文通過對實驗設計進行改進，更有利于學生對實驗現(xiàn)象進行分析，形成科學思維。從而真正實現(xiàn)提升物理學科的核心素養(yǎng)。下面具體說明如何通過實驗改進，對“探究感應電流的產(chǎn)生條件”一節(jié)的實驗探究所做的教學嘗試。

一、教材的實驗分析

1.實驗的設計

基于學生的學情和已有的認知，教材中給出的三個實驗，其中圖1 和圖2都是學生初中接觸過的。這樣的設計，能夠幫助學生回憶初中學習過的電磁感應的知識。而為了能夠使學生實現(xiàn)知識上和思維上的進階，又設計了實驗3。使學生通過實驗3的探究認識到“產(chǎn)生感應電流”的其他方法。

2.實踐的問題

（1）電路過于復雜

圖3中的電路連接，對學生而言本身就是個難點，而且連接過程中，耗時也很多。并且這個實驗中又涉及了兩個線圈的閉合回路，學生連接時很容易亂。

（2）不易于學生分析實驗現(xiàn)象

利用圖3學生在操作過程中，只能觀察到有感應電流產(chǎn)生，并且知道自己的哪些操作可以產(chǎn)生感應電流。但是由“電流變化”分析出“磁感應強度變化”的結論，對學生而言既抽象，又容易混亂。同時教師在演示、分析實驗現(xiàn)象時，也不利于學生科學思維的形成。

基于上述原因，通過改進實驗儀器，在實踐過程中，很好的突破了學生進階的障礙和教學中的難點。

3.儀器的改進

將課本中的三個實驗裝置，利用洛倫茲力演示儀中的前、后的兩個勵磁線圈替換。如圖4所示。

（1）易于操作

利用洛倫茲力演示儀前、后的兩個勵磁線圈中電流產(chǎn)生的磁場，研究磁如何產(chǎn)生電。通過調(diào)節(jié)儀器旋鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)教材中的實驗三（如圖3）的目的。但是該裝置比課本中的方案節(jié)約了很多時間，并且更易于分析實驗現(xiàn)象，得結論。

（2）結構簡單

經(jīng)過測量，洛倫茲力演示儀中，兩個勵磁線圈中間的磁場可看作是勻強磁場。學生分析問題，情景簡單，更易于幫助學生構建物理模型，并提高學生分析問題的能力。

二、實驗教學過程中的難點突破

本節(jié)課的思維引導通過實驗探究，從尋找“變化量”開始。并引導學生找到感應電流的產(chǎn)生條件。針對這一教學難點，首先進行了難點分解。通過實驗，讓學生認識到除導體切割磁感線外，其他產(chǎn)生感應電流的方式。然后通過實驗，分析其他產(chǎn)生感應電流方式的原因，即尋找一次變化量。再通過實驗，讓學生認識到初中所學的“導體切割磁感線”，并不是產(chǎn)生感應電流的本質(zhì)。最后，通過實驗，使學生認知再次發(fā)生沖突，從而歸納總結出產(chǎn)生感應電流的變化量。具體設計如下：

1.巧用勵磁線圈中磁場，使學生與已有認知產(chǎn)生沖突

（1）演示切割不產(chǎn)生感應電流問題

①場強分布不均勻

雖說我們把兩個勵磁線圈內(nèi)部的磁場可看作是勻強磁場，但是在實驗過程中，其線圈內(nèi)部磁場呈現(xiàn)靠近圓心部分略強，遠離圓心略弱的分布。

②豎直面移動線圈操作困難

在實驗過程中，經(jīng)過多次嘗試發(fā)現(xiàn)，當閉合線圈在平行于前、后兩個勵磁線圈的具體操作過程中，不能保證閉合線圈的移動始終在同一豎直面內(nèi)，并且很難實現(xiàn)磁通量不變。

基于上述兩點，對實驗裝置進行了優(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，并以勵磁線圈的圓心為線框移動的圓心（圖7、圖8）。在反復操作過程中，多次很好的得出了閉合回路的導體做切割磁感線運動，可以不產(chǎn)生感應電流這一結論。

利用該裝置，還可以讓學生對比觀察，閉合回路的部分導體做切割磁感線運動（閉合線圈進入、移出磁場），與閉合回路導體做切割磁感線運動（閉合回路完全置于磁場中移動）現(xiàn)象的不同，從而引發(fā)學生的進一步思考—產(chǎn)生感應電流的條件到底是什么。學生能夠認識到勵磁線圈中電流不變，其周圍磁感應強度B不變，

改變面積S，可以產(chǎn)生感應電流。而當磁感應強度B和面積S都不變時，可以不產(chǎn)生感應電流。

（2）演示閉合回路的導體不切割產(chǎn)生感應電流

首先將閉合線圈固定于勵磁線圈內(nèi)部豎直放置的絕緣板上（圖9）。由于實驗裝置簡潔、易觀察和操作，學生能夠提出可行的產(chǎn)生感應電流的辦法，即調(diào)節(jié)前、后兩個勵磁線圈中的電流大小，通、斷電，以及同時改變兩個勵磁線圈中電流的方向。基于前面所構建的兩個勵磁線圈內(nèi)部磁場的分布情況，學生能夠由“調(diào)節(jié)電流”進一步認識到“其內(nèi)部磁場的變化”。由此學生能夠得出閉合回路面積S不變，當改變磁感應強度B時，可以產(chǎn)生感應電流。

三、實驗改進的反思

1.依據(jù)課本進行實驗改進

教材中的實驗是否都需要進行改進，還要依據(jù)學情和教學實踐條件等具體問題而定。我們不能盲目的，為了追求改變而改進，而是應該以學生為主體，從學生的角度出發(fā)，依據(jù)教學內(nèi)容和課程標準，進行適當?shù)慕虒W調(diào)整。

2.實驗改進的價值

（1）改進點的思考

從學生認知，學生學習思維的障礙點，并結合教學難點，分析教材實驗中的不足或是結合實踐經(jīng)驗中的一些問題，改進并設計實驗。

（2）實驗改進的原則

力求簡單、明了，且可操作性強。本實驗中進行的實驗改進，將課本復雜的電路問題，以及不利于學生思維發(fā)展的現(xiàn)象分析，通過簡單、易于觀察和分析的情景呈現(xiàn)。同時也兼顧了學生已有的認知結構。

（3）改進實驗的推廣

實驗改進是廣大一線教師的實踐和嘗試，能否進一步推廣或是廣泛應用于教學實踐中，還要結合具體實際考慮。

總之，在教學實踐的過程中，如何通過實驗教學更好的突破教學難點，筆者還將不斷思考、實踐和嘗試。