廣東珠海市實(shí)驗(yàn)中學(xué)（519000） 鐘明亞

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中占有非常重要的地位。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往只是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常是重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，輕實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。為了落實(shí)新課程理念，高中物理教學(xué)可以采用探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教學(xué)中應(yīng)多做實(shí)驗(yàn)，做真實(shí)驗(yàn)，具體可以多設(shè)計(jì)一些低成本的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生動(dòng)手操作，幫助學(xué)生更好地理解物理本質(zhì)、掌握關(guān)鍵知識(shí)。探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要教師提出問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

筆者在“通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力”第一課時(shí)（安培力的方向）的教學(xué)中，以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以新課程理念為指導(dǎo)，借助探究式實(shí)驗(yàn)開展高中物理教學(xué)，實(shí)際教學(xué)中注意突出學(xué)生的主體地位。

根據(jù)新課程理念分析教材、分析學(xué)情。本節(jié)課可以設(shè)置6 個(gè)任務(wù)：（1）創(chuàng)設(shè)情境，以導(dǎo)引學(xué)；（2）分組實(shí)驗(yàn)，探究安培力的方向；（3）首尾呼應(yīng)，分析引入時(shí)的實(shí)驗(yàn)；（4）演示電流之間的相互作用，以用促學(xué)；（5）知識(shí)遷移應(yīng)用，培養(yǎng)愛國(guó)精神；（6）問(wèn)題層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，以改激學(xué)。

任務(wù)1：創(chuàng)設(shè)情境，以導(dǎo)引學(xué)

自制簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行演示，如圖1。用兩個(gè)線圈、一個(gè)支架構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的平衡天平，將其中一個(gè)線圈置于磁場(chǎng)中并通電，原本平衡的天平會(huì)發(fā)生傾斜。這個(gè)環(huán)節(jié)利用生活中常見的實(shí)驗(yàn)器材搭建簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)裝置，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，增加物理教學(xué)的趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任），從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考。

圖1

教師總結(jié)：為了紀(jì)念安培在電磁學(xué)中的偉大成就，將通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力。

任務(wù)2：分組實(shí)驗(yàn)，探究安培力的方向

教師設(shè)計(jì)問(wèn)題（如表1），學(xué)生討論回答后，教師點(diǎn)評(píng)。

表1 問(wèn)題設(shè)計(jì)及其指向的素養(yǎng)目標(biāo)

在探究安培力方向的環(huán)節(jié)中，可以放手讓學(xué)生動(dòng)手操作。請(qǐng)一位學(xué)生上講臺(tái)操作，改變磁場(chǎng)方向，觀察簡(jiǎn)易天平的傾斜情況。再請(qǐng)一位學(xué)生上講臺(tái)操作，改變電流方向，觀察簡(jiǎn)易天平的傾斜情況。此環(huán)節(jié)學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，親身感受安培力的方向與電流、磁場(chǎng)方向有關(guān)，體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)了學(xué)生多動(dòng)手、勤思考的良好習(xí)慣。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要的器材有學(xué)生電源、導(dǎo)線、磁鐵等，如圖2 所示。本實(shí)驗(yàn)有三個(gè)物理量，故而采用控制變量法來(lái)研究安培力的方向。

圖2

為了鍛煉學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，落實(shí)“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的教育理念，本環(huán)節(jié)采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，4 人一組。學(xué)生小組合作組裝實(shí)驗(yàn)儀器，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填在表2 中。此環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生與人合作、交流、共同完成任務(wù)的能力。

表2 分組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

傳統(tǒng)的高中物理教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生完成并展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，會(huì)主動(dòng)幫忙總結(jié)規(guī)律并給出左手定則。安培力方向的判斷，對(duì)學(xué)生的空間思維能力要求較高，而學(xué)生在這方面比較薄弱。為了快速有效地突破這一難點(diǎn)，使學(xué)生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的側(cè)視圖和俯視圖，可讓學(xué)生親自動(dòng)手構(gòu)建立體模型。

教師提前準(zhǔn)備了兩張卡紙放在桌上，學(xué)生先把兩張卡紙交叉，構(gòu)成簡(jiǎn)單的空間直角坐標(biāo)系（如圖3a），再用馬克筆在卡紙上標(biāo)出4 組實(shí)驗(yàn)中磁場(chǎng)、電流、安培力的方向，觀察并總結(jié)三者之間的關(guān)系。圖3b 是某學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)記錄表畫出的關(guān)系圖。學(xué)生分組討論，派代表展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并用自己的語(yǔ)言總結(jié)磁場(chǎng)、電流、安培力的方向。力的方向與電流方向是垂直的，也與磁場(chǎng)方向垂直，即安培力的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向都垂直，如圖3c。如何更加精確地判斷安培力的方向呢？教師總結(jié)，安培力的方向可用左手定則判斷：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。

圖3a

圖3b

圖3c

任務(wù)3：首尾呼應(yīng)，分析引入時(shí)的實(shí)驗(yàn)

分析課前的演示實(shí)驗(yàn)（如圖4a），引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)物理科學(xué)思維。此環(huán)節(jié)問(wèn)題層層遞進(jìn)，以悟促學(xué)。不加磁場(chǎng)時(shí)，自制的簡(jiǎn)易天平為什么平衡？不加磁場(chǎng)時(shí)左右各掛著兩個(gè)線圈，兩側(cè)重力相等，簡(jiǎn)易天平平衡，如圖4b。當(dāng)右側(cè)加磁場(chǎng)時(shí)，簡(jiǎn)易天平為什么傾斜？引導(dǎo)學(xué)生研究有磁場(chǎng)一側(cè)的線圈，從左往右看，構(gòu)建簡(jiǎn)單的物理模型（如圖4c）。如何判斷安培力的方向？學(xué)生利用左手定則可以判斷出安培力的方向。在重力和磁場(chǎng)力的作用下，線圈所受合力不等于重力，左右兩側(cè)受力不相等，簡(jiǎn)易天平傾斜。那只改變電流方向或者磁場(chǎng)方向時(shí)，簡(jiǎn)易天平又為什么會(huì)傾斜呢？學(xué)生自己分析回答：當(dāng)只改變電流方向或者磁場(chǎng)方向時(shí)，安培力的方向變?yōu)榉捶较?，?jiǎn)易天平反方向傾斜。

圖4a

圖4b

圖4c

任務(wù)4：演示電流之間的相互作用，以用促學(xué)

通電直導(dǎo)線周圍存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線有作用力，那么通電直導(dǎo)線之間也有相互作用。它們之間的相互作用是怎么樣的呢？教師設(shè)計(jì)引導(dǎo)問(wèn)題如表3所示。

表3 問(wèn)題設(shè)計(jì)及其指向的素養(yǎng)目標(biāo)

教師給學(xué)生時(shí)間思考猜測(cè)，然后拿出通電平行直導(dǎo)線相互作用演示器進(jìn)行演示。學(xué)生先觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證他們的猜想是否正確，然后分組討論，分析“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”的原因；最后展示所畫的原理圖，并解釋現(xiàn)象的原因。假設(shè)一根通電導(dǎo)線不動(dòng)，判斷其周圍的磁場(chǎng)，將另一根通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中，判斷它的受力情況。同理可以判斷另外一根通電導(dǎo)線的受力情況。同向電流之間的相互作用力，如圖5a；異向電流之間的相互作用力，如圖5b。

圖5a

圖5b

任務(wù)5：知識(shí)遷移應(yīng)用，培養(yǎng)愛國(guó)精神

電磁炮（如圖6a）是利用電磁力產(chǎn)生動(dòng)能推進(jìn)彈丸的一種先進(jìn)的動(dòng)能殺傷武器，與傳統(tǒng)大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌?，它是利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)的作用力。

圖6a

為了讓學(xué)生更好地理解電磁炮，課堂上教師可播放中國(guó)海軍電磁炮上艦測(cè)試視頻，并截取視頻中介紹電磁炮原理的圖片（如圖6b）。如圖6b 所示，軌道由兩條平行導(dǎo)軌組成，彈丸夾在兩條導(dǎo)軌之間。兩導(dǎo)軌接入電源，電流經(jīng)一導(dǎo)軌流向彈丸再流向另一導(dǎo)軌，在磁場(chǎng)與電流相互作用下產(chǎn)生強(qiáng)大的安培力，進(jìn)而推動(dòng)彈丸，能達(dá)到很高的速度。讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析討論，說(shuō)說(shuō)如何判斷安培力的方向。

圖6b

本環(huán)節(jié)介紹了電磁炮，讓學(xué)生感受科學(xué)到技術(shù)的轉(zhuǎn)化，有助于培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和愛國(guó)精神。學(xué)生用所學(xué)物理知識(shí)解釋科技現(xiàn)象，學(xué)以致用，會(huì)更有學(xué)習(xí)成就感。

任務(wù)6：?jiǎn)栴}層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，以改激學(xué)

不管是我們的課前演示實(shí)驗(yàn)，還是學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，都是電流方向和磁場(chǎng)方向垂直的情況。如果電流方向和磁場(chǎng)方向不垂直，安培力的方向應(yīng)該怎么判斷呢？教師可引導(dǎo)學(xué)生分組討論。當(dāng)探究電流方向和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，很多學(xué)生絞盡腦汁，不斷擺弄他們的左手，可怎么也擺不出來(lái)。在教師的提示下，學(xué)生恍然大悟，知道了當(dāng)電流方向和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，導(dǎo)線不受安培力，因此不能擺出安培力的方向。如果電流方向和磁場(chǎng)方向既不平行也不垂直呢？經(jīng)小組討論后，學(xué)生展示：可以把電流方向分解，其中一個(gè)平行磁場(chǎng)方向，另一個(gè)垂直磁場(chǎng)方向。當(dāng)電流方向和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受安培力；而垂直磁場(chǎng)方向的電流，受到的安培力的方向可以用剛學(xué)的安培力方向判斷。最后教師點(diǎn)評(píng)：當(dāng)電流方向和磁場(chǎng)方向既不平行也不垂直時(shí)，也可以直接用左手定則判斷，讓磁感線從掌心進(jìn)入即可，不需要垂直掌心。通過(guò)不斷思考，學(xué)生加深了對(duì)左手定則的理解。

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過(guò)觀察、探究、實(shí)驗(yàn)、分析等方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，把以前的“學(xué)生被動(dòng)學(xué)”變成“學(xué)生主動(dòng)學(xué)”。學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦，自主討論，分析研究規(guī)律、認(rèn)識(shí)規(guī)律，進(jìn)而體會(huì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，真正讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)落地。