張玉玲

摘 要：結(jié)合電動(dòng)機(jī)原理的探究、直流電動(dòng)機(jī)換向器作用的探究以及利用電動(dòng)機(jī)原理制作簡易電動(dòng)機(jī)玩具的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，詳細(xì)闡明了基于真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境的實(shí)驗(yàn)探究體驗(yàn)活動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)和發(fā)展中學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)探究；物理學(xué)科

“核心素養(yǎng)”的提出把全面深化課程改革推入一個(gè)嶄新的階段。在此形勢下，物理學(xué)科的教學(xué)也發(fā)生著深刻變化：教學(xué)不是只注重當(dāng)下，夯實(shí)物理基礎(chǔ)性素養(yǎng)，更需要著眼長遠(yuǎn)，培植適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所必備的發(fā)展性素養(yǎng)。那么，怎樣去培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)呢？方法不勝枚舉，基于物理學(xué)科知物說理的獨(dú)特性，本人經(jīng)探索，采用學(xué)生參與性實(shí)驗(yàn)探究，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)探究體驗(yàn)下學(xué)習(xí)物理是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。

一、實(shí)驗(yàn)探究過程要整合大量概念規(guī)律知識(shí)，有利于形成物理觀念

物理的本質(zhì)是人們根據(jù)事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建起來的對(duì)自然現(xiàn)象的規(guī)律性的解釋。在此過程中，需要融合大量的具體知識(shí)，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行正確的解釋，從而有利于物理觀念的形成。眾所周知，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)生活的各個(gè)方面，掌握電動(dòng)機(jī)的工作原理對(duì)現(xiàn)代中學(xué)生非常重要和必要。在教學(xué)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理和換向器的作用時(shí)，采用問題解決式實(shí)驗(yàn)探究體驗(yàn)，取得了很好的效果。

提出問題1：想想做做圖1中的矩形線圈兩端的漆皮為什么一端用小刀全部刮去，而另一端只刮去上半周漆皮呢？如果另一端也全部刮去漆皮的話，又會(huì)怎樣呢？

實(shí)驗(yàn)探究：接通電源，線圈另一端的漆皮只刮去半周的小線圈在磁場中發(fā)生持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但全部都刮去漆皮的線圈卻不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，擺幾下就不動(dòng)了。

提出問題2：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢？

探究分析：學(xué)生采用小組合作的方式分析線圈的受力情況，再結(jié)合運(yùn)動(dòng)和力的知識(shí)，從而圓滿解釋了線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，是因通電導(dǎo)線在磁場中受力作用的緣故。但是，線圈在轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)，不改變線圈中的電流方向（漆皮全部刮去時(shí)），此時(shí)受到的磁場力會(huì)阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，表現(xiàn)出線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；若將引線另一端的漆皮只刮半周的線圈，在半周內(nèi)線圈通電而受到磁場力的作用轉(zhuǎn)動(dòng)，另外半周線圈停止供電不受磁場力，全靠慣性轉(zhuǎn)過半周，反倒能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去。

提出問題3：怎樣讓線圈轉(zhuǎn)過平衡位置后，立即改變受力方向，從而使線圈在后半周保持受力卻能實(shí)現(xiàn)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？

實(shí)驗(yàn)探究：可以采用及時(shí)改變電流方向或改變磁場方向的方法。

從以上實(shí)驗(yàn)探究過程可知，學(xué)生經(jīng)歷了分析問題、解決問題的探究過程，不但深化了通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的原理，磁場力的方向與電流方向、磁場方向有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)；同時(shí)，還把受力分析、慣性、力矩、導(dǎo)體、絕緣體、換向器等力學(xué)和電學(xué)知識(shí)規(guī)律在問題解決中進(jìn)行了有機(jī)整合與內(nèi)化，有利于學(xué)生形成運(yùn)動(dòng)和相互作用的物理觀念。

二、實(shí)驗(yàn)探究過程需要新思維、新方法，有利于發(fā)展科學(xué)思維和科學(xué)探究

學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究過程中，要解決實(shí)際中遇到的林林總總的問題，以實(shí)驗(yàn)真實(shí)情境作為思維的依托，發(fā)現(xiàn)問題、剖析問題、解決問題，將客觀具體情境與抽象思維、科學(xué)論證等結(jié)合，能有效地發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維力和實(shí)驗(yàn)探究力，進(jìn)而內(nèi)化為學(xué)生核心素養(yǎng)的一部分。例如：

在探究“通電導(dǎo)線在磁場中受到力”的實(shí)驗(yàn)（圖2）時(shí)，本人就安排學(xué)生采用小組合作式的探究教學(xué)方式替代常規(guī)的演示實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行，學(xué)生動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)探究過程。

實(shí)驗(yàn)探究：在實(shí)驗(yàn)探究操作中，大部分學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體通電后在磁場中受到磁場力會(huì)動(dòng)，但是導(dǎo)體受到磁場力改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過程緩慢，有時(shí)竟會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)體在導(dǎo)軌上抖晃卻不發(fā)生水平運(yùn)動(dòng)的情形。什么原因呢？

探究分析：學(xué)生分析后得出，通電導(dǎo)體在磁場中的導(dǎo)軌上不僅僅受到磁場力，水平方向上還受到導(dǎo)軌的摩擦力，磁場力不是很大，而摩擦力還不小，導(dǎo)致導(dǎo)體受到的合力太小。那么，如何讓通電導(dǎo)體受磁場力后狀態(tài)改變明顯，從而便于探究磁場力的方向和哪些因素有關(guān)呢？

科學(xué)推理：學(xué)生剖析完問題，積極想解決方案。方案思路主要集中在兩個(gè)方向：一是著力增大磁場力；二是力求減小摩擦力。

方案1：增大通電導(dǎo)體受到的磁場力：去掉電路中的滑動(dòng)變阻器（圖3），增大電源電壓從而增大電路中的電流；增加磁體的數(shù)量、增強(qiáng)磁場等，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)效果都很明顯。

方案2：減小通電導(dǎo)體與導(dǎo)軌間的摩擦力：實(shí)驗(yàn)嘗試（1）：在導(dǎo)體上涂抹潤滑油來減小接觸面的粗糙程度，探究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果更差，分析后恍然大悟，原來油在一般狀態(tài)下是絕緣體，導(dǎo)致導(dǎo)體和導(dǎo)軌間的導(dǎo)電性能變差了，通過導(dǎo)體的電流變小，磁場力變小，綜合效果反倒不明顯了；實(shí)驗(yàn)嘗試（2）：調(diào)整導(dǎo)軌傾斜程度，盡可能做到水平放置，然后用細(xì)沙紙慢慢摩擦導(dǎo)軌棒，讓導(dǎo)軌盡可能光滑且接觸電阻小些，再用水掛一層水膜在上面，探究發(fā)現(xiàn)相同情況下，這樣處理后的效果好了，問題得以改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)嘗試（3）：摒棄導(dǎo)軌，直接將通電導(dǎo)體懸掛在磁場中（圖4），探究發(fā)現(xiàn)效果也有明顯的改善，此項(xiàng)改進(jìn)獲得成功。

在真實(shí)問題情境中，學(xué)生遇到問題，在客觀現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上想辦法，找解決問題的方法，體現(xiàn)了科學(xué)探究的本質(zhì)特征；同時(shí)，學(xué)生理解了物理原理，達(dá)到了學(xué)以致用的目的，也逐步塑造了其科學(xué)思維和科學(xué)探究的物理核心素養(yǎng)。