代 偉 黎 蕊 張 奕 母志遠

（西華師范大學(xué)物理與空間科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637002）

1 引言

高中物理實驗主要包括“演示實驗”、“學(xué)生分組實驗”、“課后活動實驗”幾種形式.在高中物理教學(xué)中教師可分別從這三種不同形式的物理實驗教學(xué)中去培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng).在演示實驗教學(xué)中可以巧妙選擇實驗對象，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念；通過直觀展現(xiàn)實驗現(xiàn)象、創(chuàng)設(shè)生動實驗情景、遞進設(shè)置實驗問題培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)；通過師生共同構(gòu)建實驗?zāi)Ｊ?，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究素養(yǎng)；創(chuàng)新使用實驗器材培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責任素養(yǎng)等教學(xué)策略.在學(xué)生分組實驗中教師可以讓學(xué)生親身體驗實驗探究過程，培養(yǎng)物理基本觀念；遷移使用實驗內(nèi)容、鼓勵實驗優(yōu)化創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；通過合理編排實驗探究內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究素養(yǎng)；注重關(guān)注實驗反思、善用分組實驗方式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責任素養(yǎng).在課后活動實驗方面可以讓學(xué)生重視“課后實驗”，善用實驗鞏固核心知識；體驗課后實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；建立家庭物理實驗室，創(chuàng)造物理學(xué)習(xí)空間；注重物理與生活緊密聯(lián)系，滲透“STSE”理念等實驗教學(xué)策略進而發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng).

2 基于核心素養(yǎng)的“楞次定律”創(chuàng)新實驗教學(xué)設(shè)計

2.1 “楞次定律”內(nèi)容分析

楞次定律選自人教版選修3- 2第4章電磁感應(yīng)第三節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課是在學(xué)生認識電磁感應(yīng)現(xiàn)象和探究了感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件之后安排的.楞次定律的學(xué)習(xí)既是對前面所學(xué)內(nèi)容的進一步深入探索，同時也與后面的法拉第電磁感應(yīng)定律緊密相連，本節(jié)內(nèi)容為學(xué)生后面的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).

楞次定律是高中物理電磁學(xué)教學(xué)的重點內(nèi)容，通過課堂觀察和與教師學(xué)生的交談得知，本節(jié)課對學(xué)生來說難度較大.楞次定律所牽扯的物理規(guī)律和物理知識較多，學(xué)生往往只能記住楞次定律的內(nèi)容但卻無法靈活的進行應(yīng)用.究其原因是學(xué)生沒有親身體驗楞次定律的產(chǎn)生過程.因此為了突破這個學(xué)習(xí)重點與難點，教學(xué)設(shè)計考慮通過學(xué)生分組進行實驗探究的方式，借助創(chuàng)新自制教具探究楞次定律的產(chǎn)生過程.將物理規(guī)律復(fù)雜的變化過程轉(zhuǎn)化為直觀的實驗現(xiàn)象，幫助學(xué)生對核心知識的理解與應(yīng)用.

2.2 學(xué)生學(xué)習(xí)“楞次定律”前的學(xué)情分析

從學(xué)生主體性角度來看，高二學(xué)生經(jīng)過一年的物理學(xué)習(xí)后已經(jīng)具備一定的實驗觀察能力與實驗操作能力，能分組完成有一定難度的探究實驗.從學(xué)生已學(xué)知識和經(jīng)驗角度來看，學(xué)生在本節(jié)課之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過電磁感應(yīng)現(xiàn)象并經(jīng)歷過感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究過程.為本節(jié)課楞次定律的學(xué)習(xí)與實驗探究打下了一定的基礎(chǔ).物理核心素養(yǎng)要求學(xué)生具有一定的實驗探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和科學(xué)態(tài)度與責任素養(yǎng).因此本節(jié)課的創(chuàng)新實驗教學(xué)設(shè)計將通過帶領(lǐng)學(xué)生親身體驗實驗探究過程，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng).本節(jié)課的創(chuàng)新實驗教學(xué)設(shè)計思路為：通過演示實驗創(chuàng)設(shè)情景、質(zhì)疑設(shè)問、確定主題；通過分組實驗、利用創(chuàng)新自制教具合作探究、理解楞次定律產(chǎn)生過程；交流信息、探討結(jié)論、得出楞次定律；借助自制教具拓展延伸、推廣應(yīng)用、落實效果.

2.3 課前引入演示實驗教學(xué)設(shè)計

課前引入演示實驗裝置如圖1所示，演示實驗裝置為一電磁炮，電磁炮由線圈，鐵芯，鋁環(huán)構(gòu)成.課前先播放電磁炮的視頻，然后用自制的教具進行演示，當接通電磁炮電源時學(xué)生會看到套在電磁炮鐵芯上的閉口鋁環(huán)會被高高彈起，而開口鋁環(huán)則不能.通過課前視頻和自制教具演示激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考電磁炮的工作原理是什么？為什么只有閉口的鋁環(huán)才能被彈起？通過演示實驗創(chuàng)設(shè)情景、質(zhì)疑設(shè)問、確定主題讓學(xué)生帶著問題進入新課學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、觀察能力和科學(xué)思維能力.

圖1 電磁炮

2.4 利用創(chuàng)新自制教具探究閉合線圈感應(yīng)電流方向

探究閉合線圈中感應(yīng)電流的方向的創(chuàng)新實驗教學(xué)設(shè)計思路如圖2所示.

圖2 探究閉合線圈感應(yīng)電流方向教學(xué)設(shè)計思路

為了在學(xué)生分組實驗中幫助學(xué)生親身體驗實驗探究過程，培養(yǎng)物理基本觀念，分組探究的創(chuàng)新實驗自制教具如圖3所示.教具包括用有機玻璃做成的平板小車，一個固定有磁鐵的支架，一個可以放置在小車上的閉合線圈，一個圓柱形強力磁鐵.教具使用方法是首先將固定有磁鐵的支架放在小車上，根據(jù)磁鐵的方向可以判斷當圓柱形磁鐵靠近小車上的磁鐵支架時，依據(jù)磁極同名相斥，異名相吸的原理，小車會被圓柱形磁鐵推開或吸攏.把閉合線圈放在小車上也會發(fā)生同樣的情況，這說明磁鐵支架和閉合線圈所起的作用效果是相同的.為此可以判斷出線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向，知道了線圈中感應(yīng)電流的磁場方向后根據(jù)線圈的纏繞方向，依據(jù)右手螺旋定則就可以判斷出線圈中感應(yīng)電流的方向.借助此教具老師通過合理編排實驗探究內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究素養(yǎng)，所以利用自制教具可讓學(xué)生進行以下探究.

圖3 探究線圈中感應(yīng)電流方向自制教具

任務(wù)1：分別進行四組實驗，在表1中記錄線圈的受力情況.

表1 利用自制教具分組探究線圈的受力情況，等效磁鐵的磁極

任務(wù)2：根據(jù)線圈受力情況，將線圈的等效磁鐵的磁極標在圖中相應(yīng)位置.

任務(wù)3：根據(jù)磁鐵磁極在磁感線上用箭頭標出兩磁場的方向.

利用分組實驗方式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責任素養(yǎng)，通過分組探究實驗老師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出.

圖4

楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場，總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.

2.5 利用創(chuàng)新自制教具“楞次定律演示儀”判斷閉合線圈中感應(yīng)電流的方向

多年來楞次定律實驗一直使用靈敏電流計或檢流計來顯示感應(yīng)電流的方向，但由于電表結(jié)構(gòu)是密閉的，感應(yīng)電流的方向顯示不直觀.為此利用創(chuàng)新自制教具“楞次定律演示儀”判斷閉合線圈中感應(yīng)電流的方向.演示儀如圖5所示，教具由發(fā)光二極管和閉合線圈以及圓柱形強力磁鐵組成.發(fā)光二極管與電流的關(guān)系如圖6所示，通過觀察二極管的發(fā)光情況可判斷出線圈中感應(yīng)電流的方向（表2），通過創(chuàng)新教具提高學(xué)生靈活運用知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識.

表2 探究閉合線圈感應(yīng)電流方向規(guī)律實驗記錄表

圖5 楞次定律演示儀

圖6 發(fā)光二極管與電流的關(guān)系圖

通過實驗師生共同總結(jié)出利用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的基本思路：

圖7

設(shè)計意圖：利用自制“楞次定律演示儀”來判斷線圈中感應(yīng)電流的方向?qū)嶒灛F(xiàn)象明顯、直觀，方便學(xué)生觀察，教具具有啟發(fā)性.實驗記錄表只有“原磁場的方向”、“磁通量的變化”和“感應(yīng)電流的方向”三個物理量，這樣的探究過程比較符合學(xué)生的認知規(guī)律，通過探究學(xué)生獲得了必要的感性認識，也學(xué)會了實驗探究的一般方法，這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)能起到很好的示范作用.

3 學(xué)以致用，解釋跳樓機、電磁炮的工作原理

教師通過遷移使用實驗內(nèi)容，進行實驗優(yōu)化創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維.依據(jù)楞次定律自制的跳樓機如圖8所示，在有機玻璃管內(nèi)每相隔20 cm固定一個圓柱形磁鐵，管長大約1 m.在線圈骨架上纏繞線圈構(gòu)成跳環(huán)，線圈與反向并聯(lián)的紅、黃二極管串聯(lián)構(gòu)成閉合回路.將跳環(huán)套在有機玻璃管上，跳環(huán)下落時學(xué)生會觀察到當其下落到靠近和離開磁鐵位置時跳環(huán)小落會受到阻礙，同時還觀察到跳環(huán)靠近磁鐵時紅燈亮，離開時綠燈亮，讓學(xué)生課后思考跳樓機的工作原理，鞏固所學(xué)楞次定律的知識，培養(yǎng)學(xué)生從生活走向物理，從物理走向社會.

圖8 跳樓機

課后反思課前演示的電磁炮中用到的物理知識，圖9為課前演示實驗電磁炮的原理示意圖.通過楞次定律可知當電磁炮電源接通瞬間原線圈中的磁通量突然增大，套在電磁炮鐵芯上的閉合鋁環(huán)在這個磁場的作用下就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場相互排斥，閉合鋁環(huán)在排斥力的作用下就被高高彈起.開口鋁環(huán)由于電流形不成通路也就形不成感應(yīng)磁場，所以不能產(chǎn)生排斥力.通過課后反思鞏固所學(xué)，加深理解，深刻領(lǐng)會物理知識的重要，提高學(xué)生物理核心素養(yǎng).

圖9 電磁炮

4 結(jié)束語

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，學(xué)習(xí)方法上以實驗探究為主.實驗探究不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握物理知識的，也是學(xué)生物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容.本文通過創(chuàng)新的自制教具對楞次定律教學(xué)設(shè)計進行了創(chuàng)新，教學(xué)設(shè)計著眼于對學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.通過實踐發(fā)現(xiàn)在中學(xué)物理教學(xué)中教師可以通過自制實驗器材，營造“鮮活、靈動、激趣、勵志”的教學(xué)氛圍，從而有效培養(yǎng)和提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).