(安徽省滁州市第十中學(xué)，安徽 滁州 239050)

1 傳統(tǒng)實驗設(shè)計中不足之處分析

(1) 實驗設(shè)計只注重實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果,不注重實驗過程,導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注結(jié)果,對實驗的理解不深刻。

(2) 不注重分析實驗結(jié)果、評析實驗及誤差來源,實驗草草了事,虎頭蛇尾,導(dǎo)致學(xué)生對實驗的設(shè)計原理不清楚,對實驗認(rèn)識不夠,無法使學(xué)生的創(chuàng)新能力得以展現(xiàn)。

(3) 實驗中忽視學(xué)生的認(rèn)知特點,沒有創(chuàng)設(shè)實驗的漸進(jìn)過程,使得學(xué)生思維跳躍過大,實驗顯得突兀。

(4) 實驗現(xiàn)象只是機(jī)械的羅列、累加,只停留在表面現(xiàn)象,對同一類實驗沒有深究,實驗探究不到位。

2 提升學(xué)生核心素養(yǎng)的實驗設(shè)計策略

心理學(xué)研究表明：越奇妙、獨特的現(xiàn)象越能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)注意,進(jìn)而產(chǎn)生極大的學(xué)習(xí)熱情。引入生動的物理實驗,能夠引導(dǎo)學(xué)生深入探究現(xiàn)象背后的原因,帶著強(qiáng)烈的疑問學(xué)習(xí),當(dāng)然會事半功倍。所以教師應(yīng)巧設(shè)實驗、巧做實驗,實驗現(xiàn)象明顯、有趣生動，才會深深打動學(xué)生,吸引學(xué)生,教學(xué)效果不言而喻。筆者以互感實驗為例，提出以下設(shè)計策略。

2.1 優(yōu)選實驗方案，引發(fā)學(xué)生好奇心

互感是在一個線圈中輸入變化的電流信號,在彼此靠近的另一個閉合回路的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流信號。在法拉第的實驗中,兩個線圈之間并沒有導(dǎo)線相連,但當(dāng)一個線圈中的電流發(fā)生變化時,它所產(chǎn)生的變化的磁場會在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如何檢驗到感應(yīng)的電流信號呢?

方案一：產(chǎn)生的感應(yīng)電流可以用電流表來檢驗。通過電流表的示數(shù)變化可以知道是否產(chǎn)生感應(yīng)電流以及電流的大小。如圖1所示,開關(guān)閉合或者斷開的瞬間在線圈BB′中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

圖1

圖2

方案二：如圖2所示，把電流表換成小燈泡,通過小燈泡是否發(fā)光可以判斷是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生。為讓小燈泡持續(xù)發(fā)光,原線圈輸入信號可以換成交流信號,通過小燈泡的亮暗可以判斷感應(yīng)電流的強(qiáng)弱。

圖3

方案三：如圖3所示，把原線圈用數(shù)據(jù)線插入手機(jī)耳機(jī)插孔中,副線圈與擴(kuò)音器相連，手機(jī)并沒有直接與擴(kuò)音器直接相連,手機(jī)播放歌曲時，通過互感從擴(kuò)音器可聽到。

顯然上述第三種方案中互感現(xiàn)象最為明顯,最能打動學(xué)生,學(xué)生帶著強(qiáng)烈的好奇和疑問來學(xué)習(xí),接下來關(guān)于互感定義知識的教學(xué)就可以輕松完成。

2.2 同一實驗現(xiàn)象設(shè)計懸疑化,增加思維深度,激起學(xué)生的探究熱情

對于實驗現(xiàn)象明顯的實驗,但若沒有認(rèn)真設(shè)計實驗演示的細(xì)節(jié),沒有充分利用實驗來增加學(xué)生的思維含量，那培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思考能力的效果就會大打折扣。因此巧妙設(shè)計實驗，曲徑通幽總比一眼望穿更能促使學(xué)生在實驗過程中深度思考,增強(qiáng)學(xué)生探究欲望,提高探究效果。

比如上面互感實驗的方案三中,雖然是同一個實驗,如果采用魔術(shù)的手段，把擴(kuò)音器和副線圈都藏在箱子里,如圖4所示,原線圈的孔為圖中笑臉的眼睛,手機(jī)打開,讓學(xué)生隨機(jī)選一首歌曲,教師通過“秘密武器”把學(xué)生所選的歌曲播放出來。這樣無異于用一個強(qiáng)大的磁場把學(xué)生的注意力全都牢牢吸引過來,學(xué)生的思維會立即激活,對于神秘的箱子學(xué)生則是急切想一探究竟,學(xué)生會大膽猜測、異想天開。魔術(shù)一般不揭開謎底,而課堂教學(xué)是必須揭開謎底,不僅如此,還要揭開得全面、透徹。面對望眼欲穿的學(xué)生,教師把握火候,打開箱子,適時揭開謎底，顯露其中實驗器材,再介紹互感原理就輕松多了。既有實驗器材為依據(jù),又有明顯的實驗現(xiàn)象為支撐,最主要的還有學(xué)生的求知欲望作為內(nèi)驅(qū)力,外因和內(nèi)因的有效結(jié)合使教學(xué)效果發(fā)生質(zhì)的飛躍。這種加入魔術(shù)的實驗教學(xué)效果遠(yuǎn)比用常規(guī)實驗器材好得多，更能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)大的好奇心,使學(xué)生的思維空前活躍。

圖4

2.3 以實驗為依托,設(shè)計問題鏈,逐步深挖實驗內(nèi)涵,讓學(xué)生真正理解實驗的原理,培養(yǎng)學(xué)生縝密思維的習(xí)慣

當(dāng)教師揭開謎底,學(xué)生了解真相和互感原理知識后,教師適時提出一系列的問題。

(1) 互感的條件是什么?怎么設(shè)計實驗證明?這里有可選的實驗器材：不同的信號源、燈泡、電流表、原副線圈等。

學(xué)生選取實驗器材,分組探究實驗,很快得出正確的結(jié)論。

(2) 互感的強(qiáng)弱與那些因素有關(guān)?

對于聲音的互感實驗,還是讓學(xué)生去探究,當(dāng)原、副線圈靠得比較近時,喇叭聲音強(qiáng),說明什么?學(xué)生回答：互感強(qiáng)。

當(dāng)兩者比較遠(yuǎn)時,聲音弱,說明什么?學(xué)生回答：互感弱。

當(dāng)副線圈插入原線圈時,喇叭傳出的聲音更強(qiáng),說明什么?學(xué)生回答：互感更強(qiáng)。

(3) 如何用“電磁感應(yīng)原理”從理論上分析互感現(xiàn)象?

有了實驗現(xiàn)象,理論分析也有了可靠的實驗事實為基礎(chǔ),學(xué)生思考實驗原理,教師適時引導(dǎo)不難得出結(jié)論：互感的強(qiáng)弱與兩線圈的擺放、遠(yuǎn)近有關(guān)。

(4) 互感的強(qiáng)弱除了跟兩線圈的遠(yuǎn)近有關(guān),還跟哪些因素有關(guān)?

教師拿出竹筷、塑料棒、鐵棒、磁棒等。同樣是學(xué)生探究實驗,學(xué)生根據(jù)自己的猜想,然后用實驗去驗證,學(xué)生讓副線圈插入原線圈,然后依次試插上述物體,體驗互感的效果：有鐵芯時喇叭的聲音變大,說明互感強(qiáng)。通過分析并得出結(jié)論：互感的強(qiáng)弱還與有無鐵芯有關(guān),有鐵芯比沒有鐵芯的互感要強(qiáng)。

有效的問題引領(lǐng),使得學(xué)生的探究有方向,使得實驗探究逐步深入,使得探究結(jié)果更加明了,使得學(xué)生充分體驗探究過程，并樂在其中。這種有效問題的引領(lǐng)使得學(xué)生從被動接受到積極主動參與、思考,通過多問、多探提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)其觀察能力、理論分析能力。

2.4 一物多用,巧設(shè)“陷阱”,激發(fā)思維沖突,為引入新的概念做好鋪墊

比如消除互感應(yīng)用的引入與講解，對于剛才的兩線圈互感實驗,教師僅換了一個原線圈(這時的原線圈改為雙線繞法)，重做實驗,喇叭并沒有響起來。

師：這是為什么?

生1：喇叭壞了。

生2：線圈壞了、斷了。

師：怎么證明喇叭是否壞了?怎么設(shè)計實驗檢驗?

生：把手機(jī)直接與喇叭相連,看喇叭是否會響?

學(xué)生動手操作,當(dāng)連接好后,能放出歌曲,說明喇叭完好。學(xué)生一致把矛頭指向線圈,認(rèn)為這個線圈是壞的。

師：如何判斷線圈是否斷了?怎么設(shè)計實驗檢驗?

學(xué)生經(jīng)檢驗后發(fā)現(xiàn)線圈也沒有壞。

師：那既然這個線圈完好的,為什么不能產(chǎn)生互感呢?

圖5

學(xué)生陷入深深的思考當(dāng)中,這樣學(xué)生就不會停留在現(xiàn)象的表面,當(dāng)學(xué)生迫切想知道答案時,教學(xué)的最佳時機(jī)就到來了。教師再引導(dǎo)學(xué)生從電磁感應(yīng)的原理上分析,在連接喇叭的副線圈中要產(chǎn)生感應(yīng)電流,穿過這個副線圈的磁通量要發(fā)生變化,如果穿過線圈的磁通量沒有發(fā)生變化,則無感應(yīng)電流產(chǎn)生。與手機(jī)連接的原線圈中的電流是變化的,電流產(chǎn)生的磁場也是變化的,副線圈插入原線圈中,穿過子線圈的磁通量怎么就沒有變化?這個原線圈的繞法有什么與眾不同?一石激起千層浪,學(xué)生的思維又一次空前活躍,教師適時展示雙線繞法的線圈及圖片(如圖5)，引導(dǎo)學(xué)生自己分析,繞法完全對稱,電流雖然是變化的,但是穿過自身的磁通量變化卻相互抵消,所以在原線圈中插入副線圈時,通過副線圈中磁通量沒有變化,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,所以喇叭不響。

教師適時教會學(xué)生消除互感的方法。互感有用的我們要加以利用,有害的互感就要消除它,一般電阻的繞法采用的是雙線繞法,其主要目的就是消除互感帶來的弊端。這樣的實驗設(shè)計把“雙線繞法”和“消除互感”兩個知識點的教學(xué)巧妙結(jié)合。教師引導(dǎo),結(jié)合趣味實驗,促使學(xué)生利用原有知識很快地完成知識的遷移,以培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析和解決問題的能力、實驗設(shè)計和動手能力,使學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹嵤虑笫堑目茖W(xué)態(tài)度，為提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)搭建平臺。

2.5 把同一實驗的結(jié)果進(jìn)行評價、分析、總結(jié),提升學(xué)生的思維能力

在互感實驗中,教師拿出自制的用雙線繞制的線圈，請同學(xué)重做互感實驗,結(jié)果喇叭有非常微弱的聲音。這又是為什么?

學(xué)生很快從原理上找出原因：手工繞制的線圈不是完全的對稱,也就是磁通量的變化不能完全抵消，所以會有微弱的感應(yīng)電流產(chǎn)生。

分析實驗現(xiàn)象、得出實驗結(jié)論、評價實驗結(jié)果、尋找影響實驗結(jié)果的因素及實驗誤差產(chǎn)生的原因，是幫助學(xué)生加深理解實驗原理,使得學(xué)生對新舊知識的聯(lián)系掌握更牢固,對實驗的設(shè)計產(chǎn)生新的認(rèn)識,能從紛繁復(fù)雜的實驗現(xiàn)象中抓住本質(zhì),從各個方面理解實驗,對實驗分析得全面、透徹。

3 結(jié)語

在物理教學(xué)中，多做、巧做實驗,多設(shè)問,巧設(shè)陷,多發(fā)散,多評析，當(dāng)研究不僅僅局限于興趣而是與志趣相結(jié)合時,學(xué)生的潛力是無限的,熱情也是巨大的。在不斷探索的過程中,在不知不覺中培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、質(zhì)疑能力,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法,培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識，提升了其核心素養(yǎng)。