注重物理實驗創新 凸顯實驗教學功能

摘 要：創新實驗是優化物理實驗教學的重要手段，也是對物理實驗教學資源的有效補充.本文利用創新實驗教具“電磁鐵磁性測量儀”，彌補教材方案的設計不足，將定性實驗變為半定量探究，凸顯物理實驗的“證據”功能，實現抽象物理概念的科學建構.

關鍵詞：實驗創新;自制教具;電磁鐵磁性測量儀

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）14-0023-03

基金項目：江蘇省中小學教學研究第十三期重點課題“初中物理教學中學生深度學習促進學業質量提高的實證研究”（項目編號：2019jyktzd-11）;江蘇省連云港市中小學教研室第十三期重點課題“初中物理教學中促進學生深度學習的實踐研究”（項目編號：2019LYGJY13-ZD35）.

作者簡介：胡世龍（1979-），男，江蘇連云港人，本科，中小學高級教師，研究方向：中學物理課堂教學策略、實驗創新研究.

《義務教育物理課程標準（2011年版）》在“實施建議”欄目中明確指出：實驗教學是物理教學的重要組成部分，是落實物理課程目標、全面提高學生科學素養的重要途徑.《義務教育物理課程標準（2011年版）》提倡通過各種途徑開發實驗課程資源，其中就包括利用身邊物品開展實驗創新活動.其原因是物理實驗創新能夠有效填補實驗資源不足，優化教材實驗教學的細節，實現提升實驗教學效果，從而更好地服務于物理概念、規律的教學，從整體上提升物理教學的質量和品位.筆者現以蘇科版義務教育物理教材九年級下冊第十六章 第二節 “電流的磁場”一節中“電磁鐵及其應用”有關內容為例，對教材中實驗方案進行創新設計，利用自制的電磁鐵磁性測量儀進行探究教學實踐，將原來較為抽象的電磁鐵磁性概念進行顯化處理，凸顯物理實驗創新教學的獨特功能.

1 對教材中設計方案的分析

筆者對當前我國不同地區正在使用的義務教育物理教材進行分析發現：人教版、滬科版、魯科版和滬粵版等四種物理教材，在描述電磁鐵磁性強弱時都采用轉化法，主要是通過觀察電磁鐵吸引大頭針（或曲別針）數目多少來體現電磁鐵磁性強弱;教科版教材則是通過觀察懸掛小鐵塊的彈簧長度變化來體現電磁鐵磁性強弱;而蘇科版教材中以“讀一讀”形式呈現，通過簡要文字闡釋電磁鐵磁性強弱與線圈匝數多少、線圈中電流大小有關，沒有具體說明電磁鐵磁性強弱的體現方式.由此可見，教材中對于電磁鐵磁性強弱只是體現為定性的表述，缺乏定量的、直觀的“實驗證據”，致使學生在電磁鐵磁性強弱的認知上會產生弱化.

為了克服上述缺陷，突破知識建構上的困境，筆者開發利用生活中常見的“自組物件”，就是教師或學生選擇利用身邊容易得到的材料、物品，不需要加工，只借用其某種物理屬性，組合起來進行物理教學活動.筆者利用“自組物件”的方法自制電磁鐵磁性強弱測量儀.

2 本教具的制作過程、創新之處與主要用途

2.1 實驗裝置的制作過程

2.1.1 主要器材

微型電子臺秤、30cm×30cm軟塑料泡沫板一塊、紐扣式銣磁鐵一枚、直徑為1mm銅漆包線、一段長約13cm及直徑為1.5cmPVC電線管、一根長12cm及直徑為1cm的軟鐵棒、開關、3.8V小燈泡附有燈座、學生電源、30cm×25cm亞克力透明塑料板一塊、導線四根（其中二根導線一端帶有鱷魚夾）、短自滾絲若干、PVC自來水管塑料卡槽2只、熱熔膠槍、手電鉆、三角鐵等.

2.1.2 制作的基本方法

（1）截取一塊30cm×25cm亞克力透明塑料板，根據三角鐵上的孔距用手電鉆打孔，先用自滾絲將彎折成90°三角鐵固定在亞克力板上，再用自滾絲將其固定在泡沫塑料板上，如圖1所示.

（2）截一段長約13cm電線管，用直徑1mm銅漆包線在上面來回密繞二層后中間留一接頭，再繼續密繞二層到另一端留一接線頭，再用熱熔膠將電線管兩端固定，防止漆包線松散脫落，如圖2所示.

（3）取一長約12cm、直徑為1cm軟鐵棒，將一端安裝一帶有塑料螺母的長螺絲，便于實驗操作使用，如圖3所示.

（4）將繞制好螺線管安裝在PVC水管夾上，并用導線將學生電源、開關、小燈泡和電磁鐵連接好.

（5）在電磁鐵下端的軟泡沫底座上放一微型電子臺秤，并在電磁鐵下端正對著電子秤盤位置放置一枚銣磁體，提前標出它的N、S極.再把軟鐵棒插入螺線管中，調節塑料螺母至合適位置，即軟鐵棒恰好不能把銣磁體吸起來的位置.

2.1.3 實驗裝置實物圖

整套裝置由泡沫塑料底座、透明亞克力板支架、銣磁鐵、微型電子臺秤、螺線管、軟鐵棒、小燈泡、學生電源、開關及導線等元件組合而成，如圖4所示.

2.2 本教具的主要創新之處

（1）利用電子臺秤的“清零”功能，可直接將小磁體對托盤壓力設置為零.

（2）電磁鐵與銣磁體之間相互作用力表現為引力還是斥力，可以通過電子臺秤示數的正負號直接體現.若電子臺秤示數顯示為正數，說明銣磁體對電子臺秤的秤盤壓力增大，即銣磁體受到電磁鐵的排斥作用.反之，若電子臺秤示數顯示為負數，說明銣磁體對電子臺秤秤盤壓力減小，即銣磁體受到電磁鐵的吸引作用.

（3）電磁鐵磁性的強弱可通過電子臺秤示數大小直接體現.當銣磁體受到電磁鐵排斥時，銣磁體對電子臺秤壓力增大，電子臺秤示數也隨之增大.當銣磁體受到電磁鐵吸引時，銣磁體對電子臺秤壓力減小，電子臺秤示數也隨之減小.

（4）電磁鐵兩端的極性可以通過電子臺秤示數之間的正負號直接判別.根據事先銣磁體標注的N、S極以及磁極間的相互作用規律，若電子臺秤顯示示數為正數，說明電磁鐵與銣磁體靠近那一端極性同名;若電子臺秤顯示示數為負數，說明電磁鐵與銣磁體靠近那一端極性異名.

（5）便于探究線圈匝數多少對電磁鐵磁性強弱的影響關系.在控制電源電壓不變的情況下，改變接入電路中電磁鐵線圈的匝數，可以通過電子臺秤示數變化大小直接判斷電磁鐵磁性強弱的變化情況.

（6）便于探究線圈中電流大小對電磁鐵磁性強弱的影響關系.在控制接入電路中線圈匝數多少不變的情況下，改變學生電源的電壓高低，可以通過電子臺秤示數變化大小直接判斷電磁鐵磁性強弱的變化情況.

2.3 本教具的主要用途

2.3.1 探究電磁鐵磁性的強弱

將實驗裝置組裝好，將學生電源電壓調至4.5V位置處，先按電子臺秤開關按鈕使其啟動，再按“清零”按鈕使電子秤示數為零.檢查無誤后閉合開關，觀察電子臺秤是否有示數.若電子臺秤有示數顯示，說明電磁鐵周圍產生磁場，電子秤所顯示的示數越大，表示電磁鐵的磁性也越強.

2.3.2 探究電磁鐵磁極的方向

將實驗裝置組裝好，將電子臺秤示數清零后，檢查無誤后觀察電子秤所顯示的示數是正數還是負數.若電子秤所顯示的示數是正數，表示電磁鐵與銣磁體上表面靠近那端是一對同名磁極，即電磁鐵下端為N極;若電子秤所顯示的示數是負數，表示電磁鐵與銣磁體上表面靠近那端是一對異名磁極，即電磁體下端為S極.

2.3.3 探究電流大小對電磁鐵磁性強弱的影響

將實驗裝置組裝好，將電子臺秤示數清零后，檢查無誤后閉合開關，觀察電子臺秤是否有示數.若電子臺秤有示數顯示，說明電路是通路.現將電源電壓逐漸調低使電磁鐵線圈中電流減小，可以觀察到電子秤的示數逐漸變小，說明電磁鐵磁性在逐漸減弱.再將電源電壓逐漸調高使電磁鐵線圈中電流增大，可以觀察到電子臺秤的示數也逐漸變大，說明電磁鐵磁性也在逐漸增強（注意，此處電源電壓不能調太高，防止燒壞電路中的小燈泡）.

2.3.4 探究線圈匝數對電磁鐵磁性強弱的影響

將實驗裝置組裝好，先將電子臺秤示數清零后，將線圈中間接頭、其中一端接入電路，檢查無誤后閉合開關，觀察電子臺秤的示數大小.再斷開開關，將電磁鐵線圈的兩端接線頭接入電路，可以觀察到電子臺秤的示數明顯增大，說明電磁鐵線圈匝數越多，電磁鐵磁性越強.

2.3.5 探究電流方向對電磁鐵磁極的影響

將實驗裝置組裝好，將電子臺秤示數清零后，檢查無誤后閉合開關，觀察并記錄下此時電子臺秤所顯示的示數，此時需要注意觀察電子臺秤示數是正數還是負數.再將接在學生電源正負接線柱兩根導線對調以改變線圈中電流方向，觀察到此時電子臺秤所顯示的示數大小沒有發生改變，但電子臺秤所顯示示數正負值發生了改變，直觀地說明電磁鐵磁極方向與線圈中電流方向有關.

綜上所述，巧借生活中易得物品進行實驗創新，不僅能夠拉近物理實驗與學生的生活距離，推動物理實驗生活化的應用，也契合教育心理學中建構主義理論，有助于培養學生的創新能力，幫助學生實現物理知識的有效建構，不斷提升學生科學素養.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]郭培東.基于學科核心素養培養的初中物理實驗課教學結構研究——以“探究歐姆定律”為例[J].中學物理，2020，38（20）：50-52.

[3]陳海深，王帥.核心素養視域下物理實驗生活化應用——以易拉罐的應用為例[J].物理教師，2019，40（10）：79-80+83.

[4]李維兵.優化細節改進實驗教學效果[J].物理教學，2019，41（05）：17-19.

[5]陳曉霞，邢紅軍.初中物理實驗方法的顯化研究[J].中學物理，2018，36（24）：20-22.

（收稿日期：2021-03-12）