周上游

(上海市嘉定一中 上海 201808)

1834年俄國(guó)物理學(xué)家楞次概括了各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了直接判斷感應(yīng)電流方向的法則，即楞次定律,閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化.在進(jìn)行楞次定律的教學(xué)中，學(xué)生通常不太理解定律中“阻礙變化”的涵義.

筆者在教學(xué)中，用實(shí)驗(yàn)來突破學(xué)生理解上的難點(diǎn)，讓學(xué)生體會(huì)學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的途徑，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力，使其具有一定的信息素質(zhì)，即獲取、辨識(shí)、判斷、創(chuàng)生信息的能力.同時(shí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和科學(xué)思維方式，即好奇心、問題意識(shí)及提出問題的能力.

1 常規(guī)教學(xué)手段

1.1 順口溜的教學(xué)

我們先來看看部分教師在講解楞次定律時(shí)采用的方法.通常教師教學(xué)時(shí)采用語言表述的方式，如“磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反；磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同”，進(jìn)而告訴學(xué)生記憶方法為“增反減同”.這是采用記憶的方法，學(xué)生理解存在困難，不利學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展.

1.2 知識(shí)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)

有的教師采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如圖1，用兩根60 cm左右的管子，一根為塑料管，一根為鋁管.讓兩塊小磁鐵(釹磁鐵)從鋁管和塑料管上端同時(shí)下落，對(duì)比兩塊小磁鐵的下落時(shí)間，可觀察到，通過塑料管用時(shí)很短，通過鋁管時(shí)間比較長(zhǎng).請(qǐng)學(xué)生思考，磁鐵通過塑料管過程中做什么運(yùn)動(dòng).可得出,沒有阻力時(shí)，磁鐵做自由落體運(yùn)動(dòng)，可計(jì)算出通過塑料管的時(shí)間很短；磁鐵通過鋁管時(shí)間較長(zhǎng)，所以感應(yīng)電流對(duì)磁鐵有阻礙作用.

圖1

1.3 魔術(shù)效果的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教師為了提高實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的效果，實(shí)驗(yàn)裝置仍如圖1，兩根60 cm左右的管子，在管外噴上相同的金屬鋁的顏色，做實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)學(xué)生一起參與，讓學(xué)生在下面管口處接住小磁鐵.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生知道，一釋放磁鐵，則其通過管子的時(shí)間非常短，需立刻在下面管口接住.由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一管中的磁鐵非常快到達(dá)管口，不太容易接住，符合學(xué)生原先知識(shí)而引起的動(dòng)作判斷，但是另一管中的磁鐵等了一段時(shí)間才到達(dá)下方管口，很容易接住.這樣的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)就有了魔術(shù)的效果，容易激發(fā)起學(xué)生的興趣，使其產(chǎn)生了解發(fā)生這一現(xiàn)象的內(nèi)在道理的欲望.為本課中的知識(shí)難點(diǎn)，感應(yīng)電流總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化的教學(xué)，提供了非常好的情境引入.這樣的情境設(shè)置結(jié)合了心理學(xué)，認(rèn)識(shí)到優(yōu)化的情境必然會(huì)激起熱烈的情緒，于是最大限度地發(fā)揮情感的紐帶作用和驅(qū)動(dòng)作用.

上述教學(xué)，對(duì)學(xué)生理解“阻礙”能起到一定的作用，但對(duì)“阻礙變化”還是似懂非懂.順口溜的教學(xué)是強(qiáng)調(diào)學(xué)生記憶結(jié)論；知識(shí)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)強(qiáng)調(diào)規(guī)范的操作，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评?，學(xué)生學(xué)習(xí)方式單一，不利于學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)；魔術(shù)效果的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，目標(biāo)明確，符合學(xué)習(xí)者的心理，但處理不好容易分散學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，因此教師的后一環(huán)節(jié)處理非常重要.

2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

上述實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不能看到磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況，有不少學(xué)生就想當(dāng)然地認(rèn)為，管子內(nèi)有摩擦力，或等著教師講道理，使實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象與教學(xué)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)性不一致，指向性容易有偏差.針對(duì)以上問題，筆者進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn).

2.1 實(shí)驗(yàn)介紹

(1)實(shí)驗(yàn)器材

有機(jī)玻璃管(長(zhǎng)約150 cm，內(nèi)徑2.3 cm，外徑3 cm)，釹磁鐵(直徑2.2 cm，高度1.2 cm的圓柱形)，塑料管(外徑2.2 cm，長(zhǎng)度為15 cm)，自制鋁環(huán)(厚度0.8 mm，長(zhǎng)度4 cm，直徑3.2 cm).

(2)實(shí)驗(yàn)裝置

圖2

如圖2，釹磁鐵間用15 cm塑料管隔開放入長(zhǎng)約150 cm的有機(jī)玻璃管內(nèi)，組成7段間隔，上端留出長(zhǎng)50 cm不放釹磁鐵，在有機(jī)玻璃管外套上比管子稍大的鋁環(huán).

(3)實(shí)驗(yàn)操作

1)讓鋁環(huán)從沒有磁鐵處的上端，無初速度釋放.

2)請(qǐng)學(xué)生觀察鋁環(huán)下落時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況.

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：沒有磁鐵處鋁環(huán)下落迅速，一進(jìn)入磁鐵處，下落明顯減速，讓學(xué)生初步體驗(yàn)磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)鋁環(huán)運(yùn)動(dòng)的“阻礙”作用.這樣的實(shí)驗(yàn)還存在對(duì)“阻礙變化”的理解困難.

(4)實(shí)驗(yàn)操作變化

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3.

1)調(diào)整管子使其傾斜一個(gè)角度，利用鋁環(huán)和有機(jī)玻璃管之間的摩擦力，使鋁環(huán)在沒有磁鐵處恰能下滑，但加速度不大.

2)讓鋁環(huán)從沒有磁鐵處的上端，無初速度釋放，鋁環(huán)能沿管子下滑.

3)請(qǐng)學(xué)生觀察，鋁環(huán)能否停在磁鐵處.

圖3

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:無初速度釋放鋁環(huán)，其在沒有磁鐵處沿管子下滑速度越來越快，當(dāng)?shù)竭_(dá)磁鐵處，速度變小，離開第一節(jié)磁鐵后又加速，通過15 cm進(jìn)入第二節(jié)磁鐵，速度又變小，好像要停下，但沒有停下.鋁環(huán)繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)過程中不斷重復(fù)以上現(xiàn)象.

采用以上實(shí)驗(yàn)情境設(shè)置，學(xué)生觀察的對(duì)象清晰，觀察的時(shí)間較長(zhǎng)，要觀察的現(xiàn)象明確，為后面環(huán)節(jié)的教學(xué)提供較好的鋪墊.實(shí)際教學(xué)中學(xué)生表現(xiàn)出的驚訝、好奇，本質(zhì)上是物理實(shí)驗(yàn)語言激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)，為知識(shí)的內(nèi)化提供了恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)和載體.

2.2 創(chuàng)新之處

(1)把原來看不見的管內(nèi)磁鐵運(yùn)動(dòng)，變?yōu)榭梢姷匿X環(huán)運(yùn)動(dòng).觀察的對(duì)象明確，學(xué)生不會(huì)受其他因素干擾.這也符合創(chuàng)造技法，由內(nèi)部變?yōu)橥獠?

(2)同一個(gè)管子，有磁鐵和沒有磁鐵的設(shè)計(jì)，使鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)有明顯的對(duì)比.突出實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的阻礙現(xiàn)象.

(3)阻礙現(xiàn)象的多次出現(xiàn)，為教學(xué)中的觀察，提供重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)操作更為簡(jiǎn)化.

(4)改變傾角，充分利用摩擦力，使“阻礙的是變化”這一現(xiàn)象得到有效的呈現(xiàn)，這就是把摩擦力這一實(shí)驗(yàn)的不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素的實(shí)踐.

3 體會(huì)

物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，需要明確教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)對(duì)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律有清晰的認(rèn)識(shí).實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路巧妙，把不可見變?yōu)榭梢?，例如，采用放大、變快、變慢等手段；同時(shí)，也可把原來不利的因素加以利用，例如，摩擦力問題.實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)化也至關(guān)重要，簡(jiǎn)單操作獲得的現(xiàn)象和結(jié)果，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)更有意義.