物理学实验设计探究
一、楞次定律原有的实验方案
“感应电流的方向”这节课重点就是让学生对楞次定律进行探究、理解和应用。一般情况下,对“楞次定律探究”的教学是这样设计的:
1.创设情境,复习引入
问题一:电流计指针偏转方向与通入电流的关系?【实验一】探索电流计指针偏转方向与通入电流的关系。师:如何才能知道指针偏转方向与电流进入方向之间的关系?是否可以通过实验来确定呢?【学生实验1】学生按图接好电路,探究指针偏转方向与电流进入方向之间的关系,并完成下表。结论:电流从何方流入指针就向何方偏转。问题二:感应电流产生的条件?【实验二】感应电流产生的条件:师:在上述实验中,我们已经得出感应电流产生的条件是什么?生:只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生。师:磁铁插入与抽出时,指针偏转的方向相同吗?指针左偏与右偏意味着什么呢?生:不同。指针偏转不同,表明电路中的电流方向不同。问题三:怎样判断通电螺线管中的电流方向?师:怎样判断通电螺线管中的电流方向呢?生:根据电流计指针的偏转方向和螺线管上的导线绕向来判断。问题四:怎样判断通电螺线管中的磁场方向?师:怎样判断通电螺线管中的磁场方向呢?生:根据通电螺线管中的电流方向用安培定则判断。师:那么感应电流的方向是否遵循什么规律呢?本节课让我们通过实验来进一步探究。
2.确定课题,分组探究
【学生实验2】学生按图接好电路,做实验并填附表。
3.分组总结,难点依旧
描述实验现象,填表。讨论回答:师:穿过闭合回路的磁通量的增减会导致什么结果?生:有感应电流产生。师:感应电流又会产生什么?生:会产生感应磁场。师:那么这两个磁场的方向之间有什么关系呢?请大家分成两组来回答。【小组一】条形磁铁插入螺线管的过程。(1)N级向下插入→原磁场方向向下→磁通量增加→产生的感应电流的磁场方向向上→二者方向相反→感应磁场的作用:阻碍原磁场增加。(2)S级向下插入→原磁场方向向上→磁通量增加→产生的感应电流的磁场方向向下→二者方向相反→感应磁场的作用:阻碍原磁场增加。【小组二】条形磁铁拔出螺线管的过程。(1)N级向下拔出→原磁场方向向下→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向向下→二者方向相同→感应磁场的作用:阻碍原磁场减小。(2)S级向下拔出→原磁场方向向上→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向向上→二者方向相同→感应磁场的作用:阻碍原磁场减小。结论“:增反减同”,即:判定感应电流方向的方法,其内容为“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”,由此得出了楞次定律。在这个教学过程中,学生的学习效果如何呢?实际教学中,学生共分成八个小组,其中有三个小组的实验表格不清楚怎么填而求助于教师,三个小组的表格填了一部分,而只有两个小组在参照课本的情况下填得比较好。这说明,虽然在教学中运用了各种物理学方法,但并没有有效地帮助学生理解物理学知识。可想而知,之后楞次定律的得出也就比较困难,对定律理解也就不够透彻。如何“有效”运用这些物理学的方法呢?关键还是要结合学生学习的实际情况,合理地运用物理学方法。于是,教师带领学生对这一实验设计进行了如下的改革,取得了很好的学习成效。
二、改革后的实验设计方案
1.实验法
所谓实验教学法,是指学生在教师的指导下,使用一定的设备和材料,通过控制条件的操作过程,引起实验对象的某些变化,从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。实验法是学生做好实验的前提和基础,教师耐心细致地做好这一步,才能帮助学生顺利进行后面的分组实验。于是,教师带领学生对实验教学过程做了如下改进:(1)创设情境,复习引入【实验一】产生感应电流的演示实验。教师演示分步连好电路,由学生上讲台操作,全体学生观察。问题一:怎样做能够产生感应电流?生:将条形磁铁不断插入或拔出螺线管。问题二:为什么产生了感应电流?(感应电流产生的条件)生:闭合回路中磁通量发生了变化。问题三:灵敏电流计的指针偏转与螺线管中的电流方向有什么关系?生:电流从哪边流入灵敏电流计,指针就向哪边偏。根据指针的偏转情况就能判断出螺线管中的电流方向。问题四:怎样判断通电螺线管中的磁场方向?师:怎样判断通电螺线管中的磁场方向呢?生:根据通电螺线管中的电流方向用安培定则判断。师:那么感应电流的方向是遵循什么规律呢?本节课让我们通过实验来进一步探究。(2)确定课题,互动探究【实验二】探究感应电流的方向。教师实验:N极向下插入螺线管中,请学生记录实验现象,把电流方向标在下图中。学生分组:N极向下从螺线管中拔出,S极向下插入螺线管中,S极向下从螺线管中拔出,分别记录实验现象,并把电流方向标在下图中:由于有教师在【实验一】中的电路连接演示及在【实验二】中的实验操作演示,学生的实验做得很顺利,实验现象的记录也很准确,可以说又快又好,有效地完成了这一教学环节。那么接下来,如何由实验现象整理和归纳出所要得出的结论,这就要看归纳法运用得是否有效了。
2.归纳法
所谓归纳法是指从个别元素中概括出一般结论的思维方法,也可以指学科学习中具体的`一种科学方法。由实验现象归纳得出物理规律,在学生的学习过程中具有重要作用。于是,教师进一步对教学中的归纳过程做了如下改进:首先,降低填表难度。整个表中对每一个实验现象分析所需要填写的空格被缩减为两个,如下所示:其次,设置问题,引发学生的思考。师:通过实验,我们知道了在不同情况下感应电流的方向(已画在图上),那么请大家分析一下,感应电流的方向与什么因素有关呢?生甲:可能与磁感应强度B的方向有关。生乙:可能与条形磁铁的运动方向有关。生丙:可能与磁通量的变化有关。分析:由过程一、二判断感应电流的方向与磁感应强度B的方向无关。由过程一、三判断感应电流的方向与与条形磁铁的运动方向无关。同样,由过程一、三判断感应电流的方向与磁通量的变化无关。那么,到底与什么因素有关呢?最后,难点由教师引导学生突破。师:感应电流会产生磁场吗?生:会。师:请大家画出感应电流的磁场方向,并分析原磁场方向与感应电流的磁场方向有什么关系?分成两组来回答。【小组一】条形磁铁插入螺线管的过程(1)N级向下插入→原磁场方向向下→磁通量增加→产生的感应电流的磁场方向向上→二者方向相反→感应磁场的作用:阻碍原磁场增加。(2)S级向下插入→原磁场方向向上→磁通量增加→产生的感应电流的磁场方向向下→二者方向相反→感应磁场的作用:阻碍原磁场增加。【小组二】条形磁铁拔出螺线管的过程。(1)N级向下拔出→原磁场方向向下→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向向下→二者方向相同→感应磁场的作用:阻碍原磁场减小。(2)S级向下拔出→原磁场方向向上→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向向上→二者方向相同→感应磁场的作用:阻碍原磁场减小。得出结论“:增反减同”即这样设计的实验和学习课程,实际的实验过程顺畅了,学生几乎都能认真完成实验,记录下观察到的现象,并经过分析讨论得出了自己的结论,为楞次定律的进一步理解和应用打好了基础。由此可见,在教学过程中,关键是要保证让学生理解相应的知识。所以,任何教学过程都应当按理解的要求进行整体设计;任何教学方法的应用,都是为实现这一目的而服务的。因此,教学实验设计必须考虑让学生透彻理解的有哪些内容,怎样才能有效地帮助或引导学生理解这些内容,这些内容的理解过程应当运用哪些物理学方法最适合,在理解这些内容的各个阶段应分别达到什么要求,等等。假如我们对这些问题搞得比较清楚,在教学过程中恰当而有效地运用好物理学的方法,教学质量就会有大幅度提高,学生的学习也会有较大突破。
三、结论
本次实验设计改革,在高中物理实验演示实验改进上作了一定的改进与创新,包括演示仪器的改进、实验方式的改进创新、实验改进规律的总结等,使教师可以更好地说明一些抽象的物理规律和较难的知识点,有效地创设问题情境,使物理实验与教学实际更紧密地结合,同时又增强了实验的趣味性、直观性、形象性和科学性,使学生学得更有劲。
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