崔春紅

摘要：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)演示與DIS數(shù)字化系統(tǒng)相結(jié)合的教學(xué)手段，提高實(shí)驗(yàn)效率，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)求知欲，引導(dǎo)科學(xué)思維方向，培養(yǎng)探究精神。數(shù)字化系統(tǒng)利于自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，高效分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，理解知識(shí)的獲取過(guò)程，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作能力。

關(guān)鍵詞：傳感器;探究實(shí)驗(yàn);演示實(shí)驗(yàn);安培力;DIS數(shù)字化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2019）12-042-1

一、設(shè)計(jì)思想

普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求學(xué)生具有科學(xué)探究意識(shí)，具有設(shè)計(jì)探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實(shí)施探究方案。能夠使用不同方法手段分析，處理信息，描述探究結(jié)果和變化趨勢(shì)，具有交流的意愿和能力[1]。演示實(shí)驗(yàn)從生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生猜想、思考討論。DIS數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行分組探究，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖像化，快捷、直觀，實(shí)驗(yàn)結(jié)論精準(zhǔn)。兩者結(jié)合，能夠培養(yǎng)主動(dòng)合作的精神與務(wù)實(shí)的科研態(tài)度[2]。

二、教學(xué)過(guò)程

1.演示實(shí)驗(yàn)

當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線垂直時(shí)，安培力的大小與哪些因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線中電流增大線框偏轉(zhuǎn)更加明顯，磁場(chǎng)變強(qiáng)線框偏轉(zhuǎn)更加明顯。猜想出安培力大小可能與通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流以及磁場(chǎng)等因素有關(guān)。并且需要控制變量法、等效替代等方法。

2.實(shí)驗(yàn)儀器

DIS數(shù)字信息系統(tǒng)[4]，基于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室儀器，配合傳感器、數(shù)據(jù)采集器和軟件程序構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[5]。勻強(qiáng)磁場(chǎng)、學(xué)生電源、數(shù)據(jù)采集器、導(dǎo)線、電流傳感器、力傳感器、分體式位移傳感器、強(qiáng)磁場(chǎng)、磁感應(yīng)傳感器。

3.小組討論

小組討論，探究當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線垂直時(shí)，安培力與通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流以及磁場(chǎng)的關(guān)系。討論可以集思廣益、相互啟發(fā)，有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性與流暢性。同時(shí)也有利于學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

4.探究活動(dòng)

探究1（探究安培力和通電導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系）控制通電導(dǎo)線電流一定，勻速移動(dòng)線框位置，逐漸進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)。利用位移傳感器測(cè)出線框位移，從而等效替代進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度。利用傳感器記錄位移，力傳感器記錄安培力大小，得出兩者關(guān)系。

探究2（探究安培力和電流的關(guān)系）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線垂直時(shí)，保持線框位置不變使通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)以及通電導(dǎo)線長(zhǎng)度不變。均勻增加電流，由電流傳感器記錄電流，力傳感器記錄安培力大小，得出兩者關(guān)系。

探究3（探究安培力和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線垂直時(shí)，控制通電導(dǎo)線電流一定，保持線框位置不變。強(qiáng)磁場(chǎng)逐漸靠近通電導(dǎo)線，利用磁感應(yīng)傳感器測(cè)出通電導(dǎo)線周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度。力傳感器同步記錄安培力大小，得出通電導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度與安培力大小的關(guān)系。綜合三個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。一段通電導(dǎo)體垂直磁場(chǎng)放置時(shí)，其所受安培力F既與導(dǎo)體的長(zhǎng)度L成正比，又與導(dǎo)體中的電流I，及磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比：即F=KBIL，當(dāng)物理量取國(guó)際單位時(shí)K=1，安培力表達(dá)式為F=BIL。當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，安培力的表達(dá)式應(yīng)該如何？通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，通電導(dǎo)線不偏轉(zhuǎn)，安培力為零。首先理論分析利用分解B或分解L取有效值的方法得出F=ILBsinθ。

探究4（探究安培力和電流與磁場(chǎng)方向夾角的關(guān)系）控制通電導(dǎo)線電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小一定，初始時(shí)刻位置保證磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線平行。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線夾角θ均勻變化，利用力傳感器測(cè)出安培力隨著夾角變化的規(guī)律。記錄數(shù)據(jù)，得證電流與磁場(chǎng)方向夾角為θ時(shí)安培力的表達(dá)式F=ILBsinθ。

三、設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的演示與DIS數(shù)字化系統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、提出猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、提煉規(guī)律的能力。一方面利用了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作方便簡(jiǎn)潔，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通俗易懂，定性表述清晰的優(yōu)勢(shì)。調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)探究知識(shí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生正確的提出假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。另一方面，利用DIS數(shù)字化系統(tǒng)，將物理規(guī)律和物理現(xiàn)象數(shù)字化展示。通過(guò)傳感器把非電學(xué)的物理量數(shù)字化并同步展示于電腦屏幕，充分利用了目前高中生對(duì)數(shù)字化信息的喜好與熟知，這符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，年齡特征以及時(shí)代特點(diǎn)。并且數(shù)字化系統(tǒng)也具有迅速、精準(zhǔn)、真實(shí)、弱化非重點(diǎn)突出重點(diǎn)（原理規(guī)律）的多種特點(diǎn)?？梢允箤W(xué)生在分組實(shí)驗(yàn)中節(jié)約時(shí)間，更加高效，提高整堂課的流暢性，有效掌握物理規(guī)律。

兩者結(jié)合，可以提高每個(gè)學(xué)生對(duì)探究問(wèn)題的參與度，發(fā)揮不同學(xué)生的各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)合作學(xué)習(xí)。可以打破傳統(tǒng)的滿堂灌式教學(xué)模式所附屬的教學(xué)過(guò)程單一，創(chuàng)新性低等壁壘。培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，堅(jiān)持學(xué)生的特色發(fā)展，使學(xué)生通過(guò)對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步獲得生活的體驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

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