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物理學(xué)實驗設(shè)計探究
一、楞次定律原有的實驗方案
“感應(yīng)電流的方向”這節(jié)課重點就是讓學(xué)生對楞次定律進(jìn)行探究、理解和應(yīng)用。一般情況下，對“楞次定律探究”的教學(xué)是這樣設(shè)計的：
1.創(chuàng)設(shè)情境，復(fù)習(xí)引入
問題一：電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與通入電流的關(guān)系？【實驗一】探索電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與通入電流的關(guān)系。師：如何才能知道指針偏轉(zhuǎn)方向與電流進(jìn)入方向之間的關(guān)系？是否可以通過實驗來確定呢？【學(xué)生實驗1】學(xué)生按圖接好電路，探究指針偏轉(zhuǎn)方向與電流進(jìn)入方向之間的關(guān)系，并完成下表。結(jié)論：電流從何方流入指針就向何方偏轉(zhuǎn)。問題二：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件？【實驗二】感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：師：在上述實驗中，我們已經(jīng)得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么？生：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。師：磁鐵插入與抽出時，指針偏轉(zhuǎn)的方向相同嗎？指針左偏與右偏意味著什么呢？生：不同。指針偏轉(zhuǎn)不同，表明電路中的電流方向不同。問題三：怎樣判斷通電螺線管中的電流方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的電流方向呢？生：根據(jù)電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向和螺線管上的導(dǎo)線繞向來判斷。問題四：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向呢？生：根據(jù)通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應(yīng)電流的方向是否遵循什么規(guī)律呢？本節(jié)課讓我們通過實驗來進(jìn)一步探究。
2.確定課題，分組探究
【學(xué)生實驗2】學(xué)生按圖接好電路，做實驗并填附表。
3.分組總結(jié)，難點依舊
描述實驗現(xiàn)象，填表。討論回答：師：穿過閉合回路的磁通量的增減會導(dǎo)致什么結(jié)果？生：有感應(yīng)電流產(chǎn)生。師：感應(yīng)電流又會產(chǎn)生什么？生：會產(chǎn)生感應(yīng)磁場。師：那么這兩個磁場的方向之間有什么關(guān)系呢？請大家分成兩組來回答�！拘〗M一】條形磁鐵插入螺線管的過程。（1）N級向下插入→原磁場方向向下→磁通量增加→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上→二者方向相反→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加。（2）S級向下插入→原磁場方向向上→磁通量增加→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下→二者方向相反→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加。【小組二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。（1）N級向下拔出→原磁場方向向下→磁通量減小→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下→二者方向相同→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。（2）S級向下拔出→原磁場方向向上→磁通量減小→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上→二者方向相同→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。結(jié)論“：增反減同”，即：判定感應(yīng)電流方向的方法，其內(nèi)容為“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”，由此得出了楞次定律。在這個教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果如何呢？實際教學(xué)中，學(xué)生共分成八個小組，其中有三個小組的實驗表格不清楚怎么填而求助于教師，三個小組的表格填了一部分，而只有兩個小組在參照課本的情況下填得比較好。這說明，雖然在教學(xué)中運(yùn)用了各種物理學(xué)方法，但并沒有有效地幫助學(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(yùn)用這些物理學(xué)的方法呢？關(guān)鍵還是要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的實際情況，合理地運(yùn)用物理學(xué)方法。于是，教師帶領(lǐng)學(xué)生對這一實驗設(shè)計進(jìn)行了如下的改革，取得了很好的學(xué)習(xí)成效。
二、改革后的實驗設(shè)計方案
1.實驗法
所謂實驗教學(xué)法，是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，使用一定的設(shè)備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學(xué)方法。實驗法是學(xué)生做好實驗的前提和基礎(chǔ)，教師耐心細(xì)致地做好這一步，才能幫助學(xué)生順利進(jìn)行后面的分組實驗。于是，教師帶領(lǐng)學(xué)生對實驗教學(xué)過程做了如下改進(jìn)：（1）創(chuàng)設(shè)情境，復(fù)習(xí)引入【實驗一】產(chǎn)生感應(yīng)電流的演示實驗。教師演示分步連好電路，由學(xué)生上講臺操作，全體學(xué)生觀察。問題一：怎樣做能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流？生：將條形磁鐵不斷插入或拔出螺線管。問題二：為什么產(chǎn)生了感應(yīng)電流？（感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件）生：閉合回路中磁通量發(fā)生了變化。問題三：靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)與螺線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(jù)指針的偏轉(zhuǎn)情況就能判斷出螺線管中的電流方向。問題四：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向呢？生：根據(jù)通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應(yīng)電流的方向是遵循什么規(guī)律呢？本節(jié)課讓我們通過實驗來進(jìn)一步探究。（2）確定課題，互動探究【實驗二】探究感應(yīng)電流的方向。教師實驗：N極向下插入螺線管中，請學(xué)生記錄實驗現(xiàn)象，把電流方向標(biāo)在下圖中。學(xué)生分組：N極向下從螺線管中拔出，S極向下插入螺線管中，S極向下從螺線管中拔出，分別記錄實驗現(xiàn)象，并把電流方向標(biāo)在下圖中：由于有教師在【實驗一】中的電路連接演示及在【實驗二】中的實驗操作演示，學(xué)生的實驗做得很順利，實驗現(xiàn)象的記錄也很準(zhǔn)確，可以說又快又好，有效地完成了這一教學(xué)環(huán)節(jié)。那么接下來，如何由實驗現(xiàn)象整理和歸納出所要得出的結(jié)論，這就要看歸納法運(yùn)用得是否有效了。
2.歸納法
所謂歸納法是指從個別元素中概括出一般結(jié)論的思維方法，也可以指學(xué)科學(xué)習(xí)中具體的一種科學(xué)方法。由實驗現(xiàn)象歸納得出物理規(guī)律，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中具有重要作用。于是，教師進(jìn)一步對教學(xué)中的歸納過程做了如下改進(jìn)：首先，降低填表難度。整個表中對每一個實驗現(xiàn)象分析所需要填寫的空格被縮減為兩個，如下所示：其次，設(shè)置問題，引發(fā)學(xué)生的思考。師：通過實驗，我們知道了在不同情況下感應(yīng)電流的方向（已畫在圖上），那么請大家分析一下，感應(yīng)電流的方向與什么因素有關(guān)呢?生甲：可能與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向有關(guān)。生乙：可能與條形磁鐵的運(yùn)動方向有關(guān)。生丙：可能與磁通量的變化有關(guān)。分析：由過程一、二判斷感應(yīng)電流的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向無關(guān)。由過程一、三判斷感應(yīng)電流的方向與與條形磁鐵的運(yùn)動方向無關(guān)。同樣，由過程一、三判斷感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化無關(guān)。那么，到底與什么因素有關(guān)呢？最后，難點由教師引導(dǎo)學(xué)生突破。師：感應(yīng)電流會產(chǎn)生磁場嗎？生：會。師：請大家畫出感應(yīng)電流的磁場方向，并分析原磁場方向與感應(yīng)電流的磁場方向有什么關(guān)系？分成兩組來回答�！拘〗M一】條形磁鐵插入螺線管的過程（1）N級向下插入→原磁場方向向下→磁通量增加→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上→二者方向相反→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加。（2）S級向下插入→原磁場方向向上→磁通量增加→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下→二者方向相反→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加�！拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。（1）N級向下拔出→原磁場方向向下→磁通量減小→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下→二者方向相同→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。（2）S級向下拔出→原磁場方向向上→磁通量減小→產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上→二者方向相同→感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。得出結(jié)論“：增反減同”即這樣設(shè)計的實驗和學(xué)習(xí)課程，實際的實驗過程順暢了，學(xué)生幾乎都能認(rèn)真完成實驗，記錄下觀察到的現(xiàn)象，并經(jīng)過分析討論得出了自己的結(jié)論，為楞次定律的進(jìn)一步理解和應(yīng)用打好了基礎(chǔ)。由此可見，在教學(xué)過程中，關(guān)鍵是要保證讓學(xué)生理解相應(yīng)的知識。所以，任何教學(xué)過程都應(yīng)當(dāng)按理解的要求進(jìn)行整體設(shè)計；任何教學(xué)方法的應(yīng)用，都是為實現(xiàn)這一目的而服務(wù)的。因此，教學(xué)實驗設(shè)計必須考慮讓學(xué)生透徹理解的有哪些內(nèi)容，怎樣才能有效地幫助或引導(dǎo)學(xué)生理解這些內(nèi)容，這些內(nèi)容的理解過程應(yīng)當(dāng)運(yùn)用哪些物理學(xué)方法最適合，在理解這些內(nèi)容的各個階段應(yīng)分別達(dá)到什么要求，等等。假如我們對這些問題搞得比較清楚，在教學(xué)過程中恰當(dāng)而有效地運(yùn)用好物理學(xué)的方法，教學(xué)質(zhì)量就會有大幅度提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)也會有較大突破。
三、結(jié)論
本次實驗設(shè)計改革，在高中物理實驗演示實驗改進(jìn)上作了一定的改進(jìn)與創(chuàng)新，包括演示儀器的改進(jìn)、實驗方式的改進(jìn)創(chuàng)新、實驗改進(jìn)規(guī)律的總結(jié)等，使教師可以更好地說明一些抽象的物理規(guī)律和較難的知識點，有效地創(chuàng)設(shè)問題情境，使物理實驗與教學(xué)實際更緊密地結(jié)合，同時又增強(qiáng)了實驗的趣味性、直觀性、形象性和科學(xué)性，使學(xué)生學(xué)得更有勁。
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