核心素養背景下高中物理演示實驗教學探討

劉繼

摘要：本文結合高中物理核心素養的培養提出了以問題為中心的物理演示實驗統籌策略：“引入——探究——應用”，并通過具體課例對實驗的設計及教學進行了探討。

關鍵詞：核心素養;演示實驗;統籌策略

物理教學離不開實驗，而演示實驗是物理實驗教學的重要組成部分。高中物理演示實驗主要是由老師或個別學生操作，其他學生觀察并思考，從中獲取相關物理知識的過程。演示實驗操作快捷，貼近生活，合理的演示實驗能立即吸引學生注意力，激發學生學習興趣。演示實驗可以將抽象的物理知識具體化，讓學生真實感受物理，加深對物理概念、規律的理解，有利于學生物理觀念的形成;學生在對實驗現象分析、規律探究的過程中不斷形成物理思維;學生通過自己設計演示實驗能提高對物理知識的應用能力、科學探究能力，激發學生探究未知的興趣，引導學生樹立正確的科學態度。加強演示實驗的設計與統籌是提高物理課堂教學效率的重要方法。

按照作用可將高中物理演示實驗分為三種，第一種是引入型演示實驗，第二種是探究型演示實驗，第三種是應用型演示實驗。引入型演示實驗主要用在每個知識學習的開始階段，它的作用是創設物理情境、產生認知沖突、引發問題與思考。探究型演示實驗的作用是引導學生自己去觀察現象、分析原理、總結規律，在探究過程中建立科學的物理概念，加深對物理規律的理解。應用型演示實驗一般是放在新知識學習之后，它的主要目的是加深對所學知識的理解，培養學生對知識的應用能力，提升學生知識遷移能力，讓學生感受物理的作用，培養學生學習物理的興趣。有時也可以引導學生自主設計應用型的演示實驗，這既能加深對知識的理解，也能提高學生應用物理的能力和科學探究能力。

下面以2006人教版物理選修32《渦流》這一節為例，介紹演示實驗的設計與統籌。本節課共進行了九次實驗，以神奇的“落磁實驗”表演引入，讓學生產生認知沖突，激發其探究的欲望;通過線圈進出磁場、鋁框進出磁場、鋁板進出磁場三個探究型演示實驗，幫助學生建立電磁阻尼的概念，同時培養學生科學的物理思維：整塊金屬導體內部可等效為無數個閉合回路，這就為后面渦流的學習做好了知識鋪墊;學生自主完成課本做一做的實驗并分析原理，起到學以致用，促進學生知識遷移的作用;引導學生用逆向思維思考并演示，得出電磁驅動的概念;轉動蹄形磁鐵從而帶動兩磁極間的鋁框跟著一起轉動，進一步加深了學生對電磁驅動概念的理解，也為交流感應電動機的學習打下了基礎，更讓學生感受到物理知識在生活中的應用;再通過兩個連續的探究演示實驗，引出渦流的概念，并感受渦流的熱效應，并認識到電磁阻尼和電磁驅動是渦流的機械效應的體現，從而達到認識上的統一。具體實驗統籌及問題引導如下：

1.引入型實驗：強磁體在鋁管中下落。問題：磁體對鋁管沒有吸引，為什么在下落過程中會受到阻礙？目的：產生認知沖突，激發學習興趣。

2.探究型實驗：閉合線圈在磁場中進出。問題：線圈進出磁場時線圈中產生的感應電流方向如何？線圈所受安培力的方向如何？安培力對線圈運動的作用效果如何？目的：從熟悉的情景入手，鞏固左右手定則及楞次定律，引出電磁阻尼的概念。

3.探究型實驗：中間挖空的鋁板進出磁場。問題：如果將閉合線圈更換為中間挖空的鋁板情況如何？目的：學生意識到挖空的鋁板相當于一個閉合回路。

4.探究型實驗：整塊鋁板進出磁場。問題：如果中間的空洞不斷縮小呢？如果是一塊完整的鋁板呢？目的：讓學生深入思考，同時產生認知沖突，認識到整塊金屬板內部自成回路，與磁場發生相對運動時也能產生感應電流（渦流）。

5.應用型實驗：用手晃動微安表，再將兩接線柱連在一起晃動，觀察差別。問題：電磁阻尼在實際中有哪些應用呢？為什么靈敏電流表在運輸時總要用導體把兩個接線柱連在一起？目的：培養學生的動手能力、觀察能力和分析問題的能力，促進知識遷移，進行知識評估。

6.探究型實驗：逆向再做電磁阻尼擺實驗，即鋁板不動，讓磁體運動。問題：剛才的實驗中是導體進出磁場，如果導體不動，磁場相對導體運動呢？目的：培養學生逆向思維能力，進一步加深對楞次定律的理解，得出電磁驅動的概念，并認識到電磁阻尼和電磁驅動其實是一個問題的兩個方面。

7.應用型實驗：在蹄形磁鐵的兩極間放一閉合鋁框，磁鐵與鋁框均能繞中間軸轉動，現轉動磁鐵，觀察鋁框的運動及方向。問題：電磁驅動現象在實際生產生活中有什么應用呢？目的：培養學生觀察能力和分析問題能力，并以此介紹交流感應電動機原理，讓學生感知物理知識在實際中的應用和價值，培養學生學習物理的熱情。

8.探究類實驗：在可拆變壓器原線圈通入交變電流，放在其附近的線圈中的小燈泡變亮。問題：小燈泡為什么會變亮？有哪些方式能產生感應電流？目的：引導學生通過思考，鞏固產生電磁感應現象的兩種基本類型，動生和感生，復習互感原理，也為下一章學習變壓器做鋪墊。

9.探究類實驗：將連接小燈泡的線圈更換成整塊銅制容器，加入少許水，通電后觀察現象，并請學生上臺觸摸鐵芯。問題：整塊銅制容器里面的水為什么會變熱？鐵芯為什么會熱？目的：引導學生建立渦流的概念，感受渦流的熱效應，并認識到電磁阻尼、電磁驅動和渦流本質上都是電磁感應現象，使學生對這三個知識形成了統一認知。

參考文獻：

[1]許國梁.中學物理教學法[M].高等教育出版社，1993.

[2]其木格，林海河，郭繼成.物理演示實驗設計：以問題為導向——兼論課堂教學中演示實驗的統籌問題[J].內蒙古師范大學學報，2007（12）.

（作者單位：揚州市江都區第一中學，江蘇 揚州225200）