開發創新實驗資源 實施探究式教學①

谷春生

(首都師范大學附屬麗澤中學,北京 100071)

1 引言

基于核心素養的導向，開發創新實驗資源，開展探究式教學，是落實課程目標、全面提高學生核心素養的重要途徑。開發和利用物理實驗資源，有利于提高物理教育質量和全面實現物理課程目標，這就迫切要求中學教師善于吸收教育科學及所教學科的最新成果，拓寬自己的知識面，挖掘教材所蘊含的探究性因素，精心設計相應的探究性課題，開發創新性實驗資源，把學生置于開放、多元的學習環境中，確立學生在學習中的主體地位，啟迪其創新思維，培養學生的科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神。下面把筆者開發創新實驗資源、實施探究教學的幾個案例介紹給大家，以期拋磚引玉。

2 法拉第電磁感應演示儀

圖1

2.1 制作

如圖1所示，取一個螺線管接出兩根導線，把它們直接接在兩端反向并聯的紅綠兩個二極管上，取一個圓柱形強磁鐵進行實驗。

2.2 操作

圖2

在探究感應電流的產生條件時，筆者改進了課本上的探究實驗，在螺線管的兩端點上用導線連接兩組紅綠發光二極管，取代了課本上接入的靈敏電流計，電路圖如圖2所示。在實驗中學生把條形磁體插入或拔出螺線管時，對感應電流方向的判定一目了然，當紅色發光二極管亮時，說明該二極管正向導通，產生如圖2所示方向的電流；當綠色發光二極管亮時，說明產生了反方向的電流。該實驗可做演示實驗，也可以做學生分組實驗。

2.3 點評

通過改進，實驗效果特別明顯，學生興趣大增，激發了學生強烈的好奇心和求知欲。通過對問題的自主探究，可以使學生感受探究的樂趣，激發學生對物理學的熱愛，有利于學生核心素養的提高。

3 電磁阻尼二極管演示儀

3.1 制作

圖3

用細銅絲纏繞成線圈，并用透明膠帶捆扎好，把兩端的導線接入紅黃兩色的多組二極管并聯的電路板接線柱上，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實的透明塑料布捆扎好，其兩端與兩個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，把兩組彈簧振子對稱地固定在木架上。最后把線圈用透明膠帶固定在右側的木立柱上，剛好在銣磁鐵下方，確保銣磁鐵能上下運動自如(如圖3)。

3.2 操作

把兩組彈簧振子同時向上撥離平衡位置，在彈簧彈力的作用下，彈簧振子便上下振動，發現當右側的振子穿過銅線圈時，紅黃二極管交替發光。對比左右兩側的彈簧振子還發現：右側的比左側的先停下來。

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

3.3 物理原理

以上現象涉及電磁阻尼，當柱形銣磁鐵插入或拔出線圈時，對感應電流方向的判定一目了然，當紅色發光二極管亮時，說明該紅色二極管正向導通，產生圖2所示方向的電流；當綠色發光二極管亮時，說明銅線圈中產生了反方向的電流。根據楞次定律，銅線圈中產生的感應電流對柱形銣磁鐵有力的作用，“來拒去留”，產生了阻礙銣磁鐵和銅線圈相對運動的效果。

3.4 點評

這個實驗非常有趣，可以培養學生的觀察能力、分析能力。使學生在濃厚興趣的驅動下自主探究，親身體驗，可以提高學生的科學思維和創新能力。

4 牛頓管演示教具

4.1 制作

如圖4所示，制作一個大型金屬鋼管架子，在水平橫梁上用細鐵絲固定金屬環扣，為了防止金屬環扣損傷牛頓管玻璃管壁，首先在玻璃管壁上用雙面膠連續纏繞三圈，再輕輕扣上金屬環扣，然后把一個長方形薄木板跨接在兩個牛頓管頂上，用水準儀平放在薄木板上進行測試，確保牛頓管的頂部等高。在金屬架的下部安裝一個水平木條以固定牛頓管的下端，最后在整個裝置的后面固定一個黃色襯板，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：兩個牛頓管平行豎立便于進行對比觀察，頂部等高，頂上的小磁鐵吸住了鐵片，同時鐵片壓住了羽毛。

用抽氣機抽氣三分鐘，然后關閉牛頓管下端的閥門，確保右側管抽成近似真空，雙手同時迅速移去頂部的磁鐵，確保兩管中羽毛和鐵片同時釋放，找一位學生用手機錄制視頻。實驗后使手機與顯示屏同步，當堂回放視頻，右側管抽成近似真空，管中的白色羽毛和鐵片沒有分離，一起下落；左側空氣管中的鐵片在下，羽毛在上，已經分離了，而且右側管中的羽毛和鐵片整體下落得快一些，通過回放，便于觀察到實驗細節。

4.3 點評

利用改進的牛頓管演示儀做對比實驗，通過視頻回放，效果明顯，現象一目了然。學生觀察時屏氣凝神，興趣倍增，達到了較好的演示效果。

5 利用手機測重力加速度

5.1 演示操作

智能手機內置了多個傳感器，下載“PhyPhox”App，便可以完成相關測試。首先完成手機與電腦同步，可以直接通過液晶屏展示實驗結果，達到了現場直播的演示效果。

運行“PhyPhox”軟件，配合手機內置傳感器，能測定直角坐標系x、y、z軸方向的加速度，我們可以讓手機只顯示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，當手機做自由落體運動時，加速度恒定，穩定在-9.80m/s2這一數值(取豎直向上為正方向)。

圖5

5.2 點評

這個探究實驗可以培養學生的動手能力、觀察能力、分析綜合能力。如果有條件，可讓學生回家動手自主探究，在做中學，在愉快中感悟，提升興趣，親身體驗，從而提高學生的科學思維和創新能力，提升學生的核心素養。

6 結語

基于培養學生核心素養的導向，開發創新性實驗資源，開展探究式教學實踐研究，在全面提升學生核心素養方面具有廣闊的前景，所以教師在教學過程中要深挖教材中的探究性因素，精心設計或啟發學生設計新的探究方案，盡最大可能給學生提供科學探究機會，讓學生自主設計、動手實驗，體驗探究過程的艱辛和樂趣，發展科學探究能力，激發學生創新潛能。科學因探究而美麗，探究因創新而精彩，教育改革呼喚更多具有創新能力的教師，以更好地激發學生探究科學的熱情，增強他們的創新意識。