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物理实验教学中培养学生科学探究精神与能力自感现象一课的教学设计秦桂霞(苏州工业园区第二高级中学,江苏 苏州 215006)摘 要:根据新物理课程标准要求,培养学生的探究能力是实施科学教育、以培养具有创新精神和实践能力为核心的素质教育的一重要举措,学生探究能力的要素很多,科学探究能力、实验创新能力、移植应用能力、探索实验新现象的能力等应是中学物理教学中一些重要的探究能力。本文从挖掘高二物理教材自感现象一课的探究性内容,以探究式教学理论为指导,注重物理课堂教学与探究式教学理论的整合,在物理课堂教学中充分发挥学生的主体探究作用,多角度、不同层次地培养学生的探究能力。关键词:新课程;探究教学;物理教学教育部制定的新物理课程标准注重科学探究,提倡学习方式多样化,提出“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向,让学生经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识,改革以书本为主、实验为辅的教学模式,提倡多样的教学方式,鼓励将信息技术渗透于物理教学之中。” 作为一名中学物理教师,应挖掘物理教材中有关的探究性内容,以探究式教学理论为指导,注重物理课堂教学与探究式教学理论的整合,在物理课堂教学中充分发挥学生的主体作用,多角度、不同层次地培养学生的探究能力。本文就自感现象教学中如何培养学生的探究能力谈笔者的几点具体做法。1 创设科学研究的教学情景,培养学生的科学探究能力物理科学探究的要素包括:提出问题、猜想与假设、制订研究方案与设计实验、实施实验收集数据、数据分析论证猜想、推广研究和交流。科学探究式教学是培养学生科学探究能力的有效的教学方法,这种教学方法最适合于新知识的教学。自感规律对学生而言是新的知识,在教学中根据科学探究式教学的一般性,结合自感现象教材内容的特殊性,创设科学研究的教学情景来进行自感现象教学。1.1 自感电动势方向教学自感电动势方向教学框图如图1所示。实验推广、得出规律数据处理、验证猜想设计实验、实施实验实验启示进行猜想演示实验,提出问题 如图1 演示实验,提出问题 教师演示如图2所示的实验(当S断开瞬时,两同学感到触电感觉),然后引导学生提出问题:S断开人触电意味着线圈产生高压,线圈中产生感应电动势,则线圈中产生感应电动势的原因是什么?实验启示,进行猜想 教学中演示如图3所示实验(当磁铁插入和拔出线圈时,电流表中有示数,线圈中产生感应电动势),然后教师引导学生从一般到特殊进行如下猜想:线圈中电流I产生B,I变化导致线圈中磁通量变化,从而使线圈中产生感应电动势。设计实验,实施实验 教学中教师引导学生进行如图4所示的实验设计、实施的创新过程中(具体过程在后面阐述)。 数据处理,验证猜想教师引导学生分析处理电流增大时线圈中产生感应电动势实验现象,验证猜想。实验推广,得出规律 教师把电流增大时线圈产生感应电动势结论推广到电流变小情形,进行如图5所示的实验设计、实施的创新过程(具体过程后面阐述),最后得出自感电动势方向规律。结论推广得出规律理论推导验证猜想理论启示进行猜想演示实验提出问题1.2 自感电动势大小规律教学自感电动势大小教学框图如图6所示。结论推广得出规律理论推导验证猜想理论启示进行猜想演示实验,提出问题 如图6演示实验,提出问题 教师演示实验(如图4、5中,当S闭合和断开时,通过线圈中电流发生变化时会产生自感电动势,当S闭合线圈中电流稳定时自感电动势为零),然后提出问题:线圈中产生自感电动势大小与电流强度变化关系如何?。理论启示,实验猜想 学生在教师的启发下,运用类比思维方法进行如下猜想:感应电动势方向阻碍原磁通量的变化 自感电动势方向阻碍原电流变化类比猜想感应电动势大小与磁通量变化率成正比 自感电动势大小与电流变化率成正比理论推导,验证猜想 教学中教师引导学生进行理论推导。线圈中电流产生的磁感应强度与线圈中电流强度成正比,BKI,当通过线圈中电流在t时间内增大I时,由法拉弟电磁感应定律得线圈中产生的自感电动势为:,从而证明了学生的猜想是正确的。结论推广,得出规律 最后教师引导学生把上述结论推广到其它导体中电流变化的情形,得出自感电动势大小规律。通过上述创设科学研究的教学情景来实施自感电动势规律教学,引导学生进行了科学探究过程,不仅加深了对自感规律的理解,而且培养了学生科学探究能力。2 展示成功实验的设计创新过程,培养学生的实验探究创新能力从科学探究的整个过程看,科学实验参与了科学探究的多个环节,但就每个科学实验设计、实施过程而言,它又是一个理性的综合探究活动。在科学实验的全过程中,实验目的的确定、实验方案的设计、实验仪器的选择、实验步骤的制订、实验过程的实施、实验数据的处理、实验结果的分析评价等都无不渗透着理论思维,都无不进行着探索研究活动。因而实验探究创新能力是一种重要的探究能力。在自感现象教学中,以培养学生实验探究创新能力为教学理念,在设计、实施实验验证猜想的科学探究环节上展示成功实验的设计、探究、创新的过程,引导学生进行如下实验探究创新,教学框图如图7所示。图72.1 设计、实施电流增大自感实验理论设计教学中发现学生设计验证电流变大时产生感应电动势实验有如图8所示几种;实验调试实验结果为:(1)图8-A中S闭合瞬间,电流表指针摆动一下后稳定,与不接线圈情形差不多;(2)图8-B中当R变小时,电流表指针示数变大,与不接线圈情形差不多;(3)图8-C中当S闭合时,灯几乎立即发光,与理论预言(S闭合时,小灯应延迟发光)不符;原因分析线圈中产生电磁感应应是一种特殊的电磁感应现象,原有猜想应该是对的,上述实验失败原因可能是由于人眼睛分辨不出小灯延迟发光现象和电流表的指针延迟偏转;改进实验学生在教师指导下,运用对比(比较L1和L2二灯发光情况)和补偿(调节变阻器使S闭合时二灯亮度相同)实验思想方法设计出如图9、10所示的电路;实验成功 实验结果表明:S闭合时,比延迟发光,验证原有猜想。2.2设计、实施电流减小自感实验新的实验 教师要求学生设计验证电流变小情形自感电动势存在实验,教师引导学生进行如图11-图14所示的实验设计 3 拓展对物理实验现象的探究,培养学生探究新现象的能力运用物理实验常能探究新的物理现象和事实,并且揭示新现象、新事实中隐含的规律性的东西。在自感现象教学中,除了探索教学中常规研究的物理现象外,教师应引导学生对有些有探究价值的实验现象进行拓展探究,培养学生探究新现象的能力。实验新现象 如图14中,为了演示电流变小时自感现象,先闭合S,当电键S闭合时,发现灯突然亮一下,然后亮度变为暗一些;提出问题 教学中我们发现有些学生对上述新的实验现象很感兴趣,提出如下问题:产生上述实验新现象的原因是什么?对于这个由新现象而提出的问题,我们把它做为研究性学习内容,引导学生对这个实验新现象进行拓展研究。下面简单说明学生在教师指导下探究的过程。 科学猜想学生通过课外的分析讨论,提出如下三种猜想:(1)S闭合的瞬间在线圈两端产生较大的自感电动势,从而使灯两端产生较大电压,使灯突然变亮;(2)S闭合时回路中产生电流,随之动片与触座断开使线圈中电流立即变小产生很大自感电动势,从而使灯突然变亮;(3)灯两端电压,由于线圈电阻比灯电阻R小,S闭合稳定后,S闭合瞬时,线圈上电流为零,干电池内阻r较大,,因而当S闭合瞬间,灯两端电压较大,灯突然亮一下。实验验证学生设计了如下两个实验来验证猜想:(1)图14中某处导线A先断开,电键S先闭合,突然接通导线A,实验结果一样,此实验否定了猜想2;(2)改变电源,把干电池换成电动势相同稳压电源,实验结果是:当S闭合时,灯亮度不变。此实验也否定了猜想1,验证了猜想3。自感现象教学中,通过对上述实验新现象的拓展探究,加深了学生对电路知识的认识,更重要的是培养了学生探究新现象的能力。自感现象一课的教学实践让我真正体会到培养学生科学探究精神和探究能力是一个全新的课题,它改变了学生的学习方式,使学生从传统的在课堂上单纯地接受转变为主动地探究,这对提高学生的创新精神和探究能力有十分重要的作用,它能有效地激发学生学习的积

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