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物理學(xué)實(shí)驗設計探究
一、楞次定律原有的實(shí)驗方案
“感應電流的方向”這節課重點(diǎn)就是讓學(xué)生對楞次定律進(jìn)行探究、理解和應用。一般情況下，對“楞次定律探究”的教學(xué)是這樣設計的：
1.創(chuàng )設情境，復習引入
問(wèn)題一：電流計指針偏轉方向與通入電流的關(guān)系？【實(shí)驗一】探索電流計指針偏轉方向與通入電流的關(guān)系。師：如何才能知道指針偏轉方向與電流進(jìn)入方向之間的關(guān)系？是否可以通過(guò)實(shí)驗來(lái)確定呢？【學(xué)生實(shí)驗1】學(xué)生按圖接好電路，探究指針偏轉方向與電流進(jìn)入方向之間的關(guān)系，并完成下表。結論：電流從何方流入指針就向何方偏轉。問(wèn)題二：感應電流產(chǎn)生的條件？【實(shí)驗二】感應電流產(chǎn)生的條件：師：在上述實(shí)驗中，我們已經(jīng)得出感應電流產(chǎn)生的條件是什么？生：只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生。師：磁鐵插入與抽出時(shí)，指針偏轉的方向相同嗎？指針左偏與右偏意味著(zhù)什么呢？生：不同。指針偏轉不同，表明電路中的電流方向不同。問(wèn)題三：怎樣判斷通電螺線(xiàn)管中的電流方向？師：怎樣判斷通電螺線(xiàn)管中的電流方向呢？生：根據電流計指針的偏轉方向和螺線(xiàn)管上的導線(xiàn)繞向來(lái)判斷。問(wèn)題四：怎樣判斷通電螺線(xiàn)管中的磁場(chǎng)方向？師：怎樣判斷通電螺線(xiàn)管中的磁場(chǎng)方向呢？生：根據通電螺線(xiàn)管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應電流的方向是否遵循什么規律呢？本節課讓我們通過(guò)實(shí)驗來(lái)進(jìn)一步探究。
2.確定課題，分組探究
【學(xué)生實(shí)驗2】學(xué)生按圖接好電路，做實(shí)驗并填附表。
3.分組總結，難點(diǎn)依舊
描述實(shí)驗現象，填表。討論回答：師：穿過(guò)閉合回路的磁通量的增減會(huì )導致什么結果？生：有感應電流產(chǎn)生。師：感應電流又會(huì )產(chǎn)生什么？生：會(huì )產(chǎn)生感應磁場(chǎng)。師：那么這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向之間有什么關(guān)系呢？請大家分成兩組來(lái)回答�！拘〗M一】條形磁鐵插入螺線(xiàn)管的過(guò)程。（1）N級向下插入→原磁場(chǎng)方向向下→磁通量增加→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向上→二者方向相反→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)增加。（2）S級向下插入→原磁場(chǎng)方向向上→磁通量增加→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向下→二者方向相反→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)增加�！拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線(xiàn)管的過(guò)程。（1）N級向下拔出→原磁場(chǎng)方向向下→磁通量減小→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向下→二者方向相同→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)減小。（2）S級向下拔出→原磁場(chǎng)方向向上→磁通量減小→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向上→二者方向相同→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)減小。結論“：增反減同”，即：判定感應電流方向的方法，其內容為“感應電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化”，由此得出了楞次定律。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習效果如何呢？實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生共分成八個(gè)小組，其中有三個(gè)小組的實(shí)驗表格不清楚怎么填而求助于教師，三個(gè)小組的表格填了一部分，而只有兩個(gè)小組在參照課本的情況下填得比較好。這說(shuō)明，雖然在教學(xué)中運用了各種物理學(xué)方法，但并沒(méi)有有效地幫助學(xué)生理解物理學(xué)知識�？上攵�，之后楞次定律的得出也就比較困難，對定律理解也就不夠透徹。如何“有效”運用這些物理學(xué)的方法呢？關(guān)鍵還是要結合學(xué)生學(xué)習的實(shí)際情況，合理地運用物理學(xué)方法。于是，教師帶領(lǐng)學(xué)生對這一實(shí)驗設計進(jìn)行了如下的改革，取得了很好的學(xué)習成效。
二、改革后的實(shí)驗設計方案
1.實(shí)驗法
所謂實(shí)驗教學(xué)法，是指學(xué)生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過(guò)控制條件的操作過(guò)程，引起實(shí)驗對象的某些變化，從觀(guān)察這些現象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學(xué)方法。實(shí)驗法是學(xué)生做好實(shí)驗的前提和基礎，教師耐心細致地做好這一步，才能幫助學(xué)生順利進(jìn)行后面的分組實(shí)驗。于是，教師帶領(lǐng)學(xué)生對實(shí)驗教學(xué)過(guò)程做了如下改進(jìn)：（1）創(chuàng )設情境，復習引入【實(shí)驗一】產(chǎn)生感應電流的演示實(shí)驗。教師演示分步連好電路，由學(xué)生上講臺操作，全體學(xué)生觀(guān)察。問(wèn)題一：怎樣做能夠產(chǎn)生感應電流？生：將條形磁鐵不斷插入或拔出螺線(xiàn)管。問(wèn)題二：為什么產(chǎn)生了感應電流？（感應電流產(chǎn)生的條件）生：閉合回路中磁通量發(fā)生了變化。問(wèn)題三：靈敏電流計的指針偏轉與螺線(xiàn)管中的電流方向有什么關(guān)系？生：電流從哪邊流入靈敏電流計，指針就向哪邊偏。根據指針的偏轉情況就能判斷出螺線(xiàn)管中的電流方向。問(wèn)題四：怎樣判斷通電螺線(xiàn)管中的磁場(chǎng)方向？師：怎樣判斷通電螺線(xiàn)管中的磁場(chǎng)方向呢？生：根據通電螺線(xiàn)管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應電流的方向是遵循什么規律呢？本節課讓我們通過(guò)實(shí)驗來(lái)進(jìn)一步探究。（2）確定課題，互動(dòng)探究【實(shí)驗二】探究感應電流的方向。教師實(shí)驗：N極向下插入螺線(xiàn)管中，請學(xué)生記錄實(shí)驗現象，把電流方向標在下圖中。學(xué)生分組：N極向下從螺線(xiàn)管中拔出，S極向下插入螺線(xiàn)管中，S極向下從螺線(xiàn)管中拔出，分別記錄實(shí)驗現象，并把電流方向標在下圖中：由于有教師在【實(shí)驗一】中的電路連接演示及在【實(shí)驗二】中的實(shí)驗操作演示，學(xué)生的實(shí)驗做得很順利，實(shí)驗現象的記錄也很準確，可以說(shuō)又快又好，有效地完成了這一教學(xué)環(huán)節。那么接下來(lái)，如何由實(shí)驗現象整理和歸納出所要得出的結論，這就要看歸納法運用得是否有效了。
2.歸納法
所謂歸納法是指從個(gè)別元素中概括出一般結論的思維方法，也可以指學(xué)科學(xué)習中具體的一種科學(xué)方法。由實(shí)驗現象歸納得出物理規律，在學(xué)生的學(xué)習過(guò)程中具有重要作用。于是，教師進(jìn)一步對教學(xué)中的歸納過(guò)程做了如下改進(jìn)：首先，降低填表難度。整個(gè)表中對每一個(gè)實(shí)驗現象分析所需要填寫(xiě)的空格被縮減為兩個(gè)，如下所示：其次，設置問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生的思考。師：通過(guò)實(shí)驗，我們知道了在不同情況下感應電流的方向（已畫(huà)在圖上），那么請大家分析一下，感應電流的方向與什么因素有關(guān)呢?生甲：可能與磁感應強度B的方向有關(guān)。生乙：可能與條形磁鐵的運動(dòng)方向有關(guān)。生丙：可能與磁通量的變化有關(guān)。分析：由過(guò)程一、二判斷感應電流的方向與磁感應強度B的方向無(wú)關(guān)。由過(guò)程一、三判斷感應電流的方向與與條形磁鐵的運動(dòng)方向無(wú)關(guān)。同樣，由過(guò)程一、三判斷感應電流的方向與磁通量的變化無(wú)關(guān)。那么，到底與什么因素有關(guān)呢？最后，難點(diǎn)由教師引導學(xué)生突破。師：感應電流會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)嗎？生：會(huì )。師：請大家畫(huà)出感應電流的磁場(chǎng)方向，并分析原磁場(chǎng)方向與感應電流的磁場(chǎng)方向有什么關(guān)系？分成兩組來(lái)回答�！拘〗M一】條形磁鐵插入螺線(xiàn)管的過(guò)程（1）N級向下插入→原磁場(chǎng)方向向下→磁通量增加→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向上→二者方向相反→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)增加。（2）S級向下插入→原磁場(chǎng)方向向上→磁通量增加→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向下→二者方向相反→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)增加�！拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線(xiàn)管的過(guò)程。（1）N級向下拔出→原磁場(chǎng)方向向下→磁通量減小→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向下→二者方向相同→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)減小。（2）S級向下拔出→原磁場(chǎng)方向向上→磁通量減小→產(chǎn)生的感應電流的磁場(chǎng)方向向上→二者方向相同→感應磁場(chǎng)的作用：阻礙原磁場(chǎng)減小。得出結論“：增反減同”即這樣設計的實(shí)驗和學(xué)習課程，實(shí)際的實(shí)驗過(guò)程順暢了，學(xué)生幾乎都能認真完成實(shí)驗，記錄下觀(guān)察到的現象，并經(jīng)過(guò)分析討論得出了自己的結論，為楞次定律的進(jìn)一步理解和應用打好了基礎。由此可見(jiàn)，在教學(xué)過(guò)程中，關(guān)鍵是要保證讓學(xué)生理解相應的知識。所以，任何教學(xué)過(guò)程都應當按理解的要求進(jìn)行整體設計；任何教學(xué)方法的應用，都是為實(shí)現這一目的而服務(wù)的。因此，教學(xué)實(shí)驗設計必須考慮讓學(xué)生透徹理解的有哪些內容，怎樣才能有效地幫助或引導學(xué)生理解這些內容，這些內容的理解過(guò)程應當運用哪些物理學(xué)方法最適合，在理解這些內容的各個(gè)階段應分別達到什么要求，等等。假如我們對這些問(wèn)題搞得比較清楚，在教學(xué)過(guò)程中恰當而有效地運用好物理學(xué)的方法，教學(xué)質(zhì)量就會(huì )有大幅度提高，學(xué)生的學(xué)習也會(huì )有較大突破。
三、結論
本次實(shí)驗設計改革，在高中物理實(shí)驗演示實(shí)驗改進(jìn)上作了一定的改進(jìn)與創(chuàng )新，包括演示儀器的改進(jìn)、實(shí)驗方式的改進(jìn)創(chuàng )新、實(shí)驗改進(jìn)規律的總結等，使教師可以更好地說(shuō)明一些抽象的物理規律和較難的知識點(diǎn)，有效地創(chuàng )設問(wèn)題情境，使物理實(shí)驗與教學(xué)實(shí)際更緊密地結合，同時(shí)又增強了實(shí)驗的趣味性、直觀(guān)性、形象性和科學(xué)性，使學(xué)生學(xué)得更有勁。
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