呂國霞

摘? ?要：物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗資源的開發(fā)對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力有很大的促進作用。微實驗是最接近物理情境的小實驗，在新教材、新高考背景下，以電磁學(xué)方面的內(nèi)容為例，從教材、生活素材、網(wǎng)絡(luò)等方面展示微實驗開發(fā)的策略及成功之處，以饗讀者。

關(guān)鍵詞：微實驗；雙新背景；開發(fā)策略

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）6-0068-4

２０１９年教育部明確指出要立足全面發(fā)展育人目標(biāo)，構(gòu)建包括“核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識”在內(nèi)的高考考查內(nèi)容體系。物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗教學(xué)資源的開發(fā)對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力有很大的促進作用。隨著生活水平的提高、網(wǎng)絡(luò)的普及和科技的快速發(fā)展，利用生活用品將物理情境、物理現(xiàn)象、物理習(xí)題的可視化資源微型化呈現(xiàn)，將物理實驗情境生活化、普及化。開發(fā)微實驗教學(xué)資源，不僅使物理教學(xué)跳出實驗室儀器和所用教材，還可以提高學(xué)生的動手能力，利用知識進行微實驗的創(chuàng)新，并將實驗探究思想融入到盡可能多的物理知識學(xué)習(xí)中。

１? ? 關(guān)鍵詞的界定

１．１? ? 微實驗

微實驗指操作簡單、取材相對容易、現(xiàn)象明顯的微型實驗或?qū)嶒炂?。相對常?guī)實驗而言，微型實驗的器材來源廣泛，不用過多地考慮精密的實驗設(shè)置和繁瑣的操作過程，卻能凸顯所遇到問題的核心。微實驗經(jīng)常呈現(xiàn)為簡易實驗、小發(fā)明、小制作、自制教具、趣味化物理小實驗等。比如，利用日常用品開發(fā)物理小實驗，利用廢舊材料開發(fā)低成本的物理小實驗，利用手機、電腦等工具使物理實驗現(xiàn)象更清晰、數(shù)據(jù)處理更精確，將抽象的物理習(xí)題可視化，等等。

１．２? ? 微實驗的分類

依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》《中國高考評價體系》，結(jié)合高中物理教材和實驗教學(xué)在學(xué)習(xí)中的作用，將微實驗分為五類：情境創(chuàng)設(shè)微實驗、教師演示微實驗、習(xí)題課微實驗、多媒體輔助微實驗和學(xué)生自主設(shè)計微實驗。

１．３? ? 雙新背景

新高考：２０１４年９月，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于深化考試招生制度改革的實施意見》所制定的“高考綜合改革方案”，高考模式多樣化。

新教材：２０１９年，依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版）》編寫了各版高中物理教材，各版教材有三本必修和三本選擇性必修。

２? ? 微實驗教學(xué)資源的開發(fā)策略

２．１? ? 利用教材開發(fā)微實驗

每版教材的實驗都有自己的特色。以人教版新教材為藍本，借鑒其余４個版本新教材的實驗設(shè)置，在充實核心實驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)可開發(fā)的微實驗。人教版新教材和舊教材相比，充實了一些新情境的實驗內(nèi)容；魯科版教材中的“迷你實驗室”欄目所呈現(xiàn)的小實驗，基本是貼近生活的小實驗，豐富而有趣；滬科教版教材特別注重介紹新科技的原理，教材中“家庭作業(yè)與活動”部分有很多可以自主設(shè)計的小實驗活動；粵教版教材的實驗拓展和課外閱讀中有高端的現(xiàn)代科技圖片展示，習(xí)題中也有相當(dāng)?shù)纳钚嶒?。這些教材的小實驗都是開發(fā)微實驗教學(xué)資源的絕佳素材。以選擇性必修二的教材為例，通過熟悉教材，實施并總結(jié)以下幾個微實驗：

（１）情境創(chuàng)設(shè)微實驗：鋁箔在磁場中受力，鋁箔尖端放電

魯科版選擇性必修二教材１．１中“迷你實驗室”欄目——會動的鋁箔“天橋”，如圖１所示。因家用鋁箔紙比較軟，折疊出的規(guī)則形狀容易變形，可以剪出一厘米寬的鋁箔紙，豎放在電池與磁鐵之間，如圖２（ａ）所示。當(dāng)鋁箔紙和電源接通時，鋁箔紙形狀發(fā)生明顯變化，如圖２（ｂ）所示。這個實驗操作簡單，但要注意不能直接用手捏鋁箔紙到電池兩極，需要用小紙片墊一下，以防燙傷。另外，將鋁箔紙剪成兩段，其中一段剪為尖端，兩段分別接在電池兩極上。當(dāng)尖端靠近另一個鋁箔紙時，會發(fā)生放電現(xiàn)象，如圖３所示。

（２） 課堂演示微實驗：演示楞次定律，磁鐵靠近或遠離鋁環(huán)實驗

觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象的常規(guī)實驗“演示楞次定律”：用磁鐵靠近鋁環(huán)，通過觀察鋁環(huán)的運動來分析鋁環(huán)的受力。教材習(xí)題——磁鐵靠近閉合的鋁環(huán)和斷開的鋁環(huán)時的現(xiàn)象及解釋。實驗中，質(zhì)量大的鋁環(huán)在弱磁場中偏轉(zhuǎn)角度較小，質(zhì)量小的斷開的薄鋁環(huán)，當(dāng)強磁鐵靠近或遠離時會因發(fā)生局部小渦流而輕微移動。在生活中很少能找到符合標(biāo)準(zhǔn)的鋁環(huán)，可替換為由鋁導(dǎo)線或者銅導(dǎo)線做成的閉合小環(huán)，用細線懸掛后進行實驗。學(xué)生可以利用身邊找到的磁鐵設(shè)置銅環(huán)或者鋁環(huán)的大小，使實驗現(xiàn)象明顯。實驗裝置如圖４所示，將一根銅導(dǎo)線繞成一個閉合的環(huán)（用鋁箔包裹接觸處，保證接觸良好），用細線懸掛并做實驗觀察楞次定律，閉合環(huán)的直徑約為磁鐵截面直徑的１．５倍時，實驗現(xiàn)象更明顯。將一根銅導(dǎo)線的一端形成閉合的環(huán)，另一端是斷開的環(huán)，中間用細線懸掛，通過銅線的旋轉(zhuǎn)判斷受力特征。為了防止磁鐵和環(huán)的碰撞，先將閉環(huán)放在磁鐵的磁極附近，讓磁鐵遠離閉環(huán)運動，實驗現(xiàn)象更明顯。

（３）學(xué)生自主設(shè)計微實驗：自制電磁驅(qū)動演示器

用一個鐵殼子套住易拉罐，鐵殼子上下放上片狀強磁鐵，用筆芯穿起來放在塑料盒子做的支架上，如圖５所示。當(dāng)鐵殼子繞著易拉罐轉(zhuǎn)動時，易拉罐也跟著轉(zhuǎn)動起來，且鐵殼子轉(zhuǎn)動得越快，易拉罐轉(zhuǎn)得也越快，可以形象地演示電磁驅(qū)動現(xiàn)象。

幾個版本教材的微實驗各有特色，通過熟悉教材、總結(jié)實驗，開發(fā)微實驗教學(xué)資源，形成比較完善的高中微實驗教學(xué)資源體系。開發(fā)時，要注意綜合教材的優(yōu)勢，做到實驗現(xiàn)象明顯，實驗操作簡單快捷。

２．２? ? 利用網(wǎng)絡(luò)成品開發(fā)微實驗

先利用網(wǎng)絡(luò)資源，搜集大量物理實驗視頻、科技小發(fā)明、小制作等。然后，匯總較好的微實驗思想，激發(fā)微實驗的創(chuàng)作靈感。最后，挑選可用的微實驗，形成實驗方案和教學(xué)設(shè)計。例如，網(wǎng)上有各種簡易電動機的詳情介紹，在所有的電學(xué)儀器中，簡易電動機的制作比較好玩，且花樣繁多。學(xué)校提供繞制線圈的銅線，學(xué)生自主完成制作過程。簡易電動機的制作能讓學(xué)生認識到同一知識框架下的儀器可以千差萬別，取長補短。設(shè)計出更完美的元件，是最重要的科學(xué)創(chuàng)新素養(yǎng)。學(xué)生制作的簡易電動機實例如圖６—圖8所示，圖６中的電動機由瓶底、分別位于瓶底兩側(cè)的兩塊強磁鐵、銅線和電源構(gòu)成；圖7中的電動機由廢舊磁鐵、瓶底、銅線和電源組成；圖8則是利用舊電器組合成轉(zhuǎn)動的飛輪。

開發(fā)的微實驗儀器分為兩類，一類是利用已有的、網(wǎng)絡(luò)上基本都能搜到的實驗成品，比如游標(biāo)卡尺、多用電表。先通過拆解成品來掌握原理，然后仿制一些簡易儀器。另一類是利用簡易玩具物品，比如簡易電動機、磁懸浮列車等。它們的元件制作簡單，充滿物理趣味。教師要給學(xué)生提供網(wǎng)上搜索素材的關(guān)鍵詞，正確引導(dǎo)學(xué)生從龐大的成品中搜集到需要的素材。

２．３? ? 利用數(shù)據(jù)庫開發(fā)微實驗

先通過ＣＮＫＩ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ ＬＩＮＫ等數(shù)據(jù)庫檢索“高中物理”“微實驗”“實驗教學(xué)”“教學(xué)資源開發(fā)”等關(guān)鍵詞。然后，查閱相關(guān)研究文獻、閱讀相關(guān)論著。最后，總結(jié)實驗教學(xué)資源，開發(fā)微實驗。這些實驗有一定的實踐基礎(chǔ)，可操作性強。比如，利用手機測磁感應(yīng)強度的實驗，電容器充放電的實驗教學(xué)，探究磁場對電流作用力的實驗改進，探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件的優(yōu)化實驗，用傳感器和軟件探究小燈泡的伏安特性曲線等，都可以通過線上查閱資料來完善實驗教學(xué)資源。

２．４? ? 利用軟件開發(fā)習(xí)題可視化微實驗

電磁學(xué)中，很多問題都比較抽象，尤其是多維過程問題，學(xué)生因缺少空間分析能力，不能很好地分析。而動態(tài)的演示過程，就能把難度降低。物理作圖軟件很多，常用的軟件有幾何畫板、仿真物理實驗室，ＭＡＴＬＡＢ、ＧｅｏＧｅｂｒａ和Tｒａｃｋｅｒ。掌握這些軟件的作圖方法，就能將抽象的習(xí)題可視化。圖9是帶電粒子在勻強磁場中的旋轉(zhuǎn)圓模型的動態(tài)演示，圖10是磁聚焦和磁發(fā)散的動態(tài)演示，都是采用仿真物理實驗室軟件制作的動態(tài)演示過程的瞬時截圖。

３? ? 結(jié)? ?語

在新教材、新高考的背景下，教師作為新課程的設(shè)計者、學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，不僅需要扎實的專業(yè)知識，也需要有整合教學(xué)資源的能力。微實驗的開發(fā)要以新教材為基礎(chǔ)，融合已有教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、期刊中的有關(guān)物理實驗作品，以培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰槟繕?biāo)，拓展實驗教學(xué)資源的廣度和深度，總結(jié)成功的微實驗開發(fā)與實施策略。在提高本校教師教材資源整合能力的基礎(chǔ)上，激勵更多的教師更新物理教學(xué)觀念，靈活使用教材，利用生活用品為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻：

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［５］張宏齊．開發(fā)低成本高效率實驗培養(yǎng)學(xué)生實踐意識——以人教版中“瓶的應(yīng)用”為例［Ｊ］．物理通報，２０１９（６）：８６－８９．

（欄目編輯? ? 賈偉堯）