運(yùn)用“延遲判斷”策略 重演規(guī)律發(fā)生過程

摘要：本文例舉“互感和自感”教學(xué)實(shí)錄中的幾個(gè)精彩片段，嘗試運(yùn)用“延遲判斷”的教學(xué)策略，重演規(guī)律的發(fā)生過程，引導(dǎo)學(xué)生積極參與物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和推理過程，使探索真正成為物理教學(xué)的生命線。

關(guān)鍵詞：延遲判斷；互感；自感

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-6148（2013）4（S）-0038-4

深化課程改革倡導(dǎo)教師創(chuàng)造性地使用教材，教師被賦予了自主整合、開發(fā)教材的權(quán)利。而現(xiàn)行教材中“互感和自感”一課。敘述過于直白，造成大多數(shù)老師用配置的成套器材做實(shí)驗(yàn)。很難讓學(xué)生深入了解實(shí)驗(yàn)中的發(fā)生過程。為了讓學(xué)生經(jīng)歷必要的認(rèn)知過程。本文嘗試?yán)谩把舆t判斷”的探究教學(xué)策略。重演規(guī)律發(fā)生過程。對(duì)教材進(jìn)行二次開發(fā)，適當(dāng)改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，變陳述性問題為設(shè)計(jì)性問題，讓學(xué)生積極參與物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和推理過程。主要的特色體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1 對(duì)于“互感”的教學(xué)，采用“電磁爐”和“MP4”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)從能量和信息兩個(gè)角度引出互感及其應(yīng)用，充分激發(fā)學(xué)生探索規(guī)律的積極性。

2 對(duì)于“自感”的教學(xué)。采用“積木式”的結(jié)構(gòu)。在教學(xué)過程中隨著問題的展開。逐步“裝備”其實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生在質(zhì)疑、猜測(cè)和不斷探究中加深對(duì)知識(shí)的理解。具體教學(xué)實(shí)錄如下：

教學(xué)片斷1 互感現(xiàn)象

【引出互感】——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境 引出互感

實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)與小燈泡連接的自制線圈放到一塊絕緣毛巾上（內(nèi)有電磁爐），如圖1，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光了。

問題：兩個(gè)線圈沒有直接用導(dǎo)線相連，為什么當(dāng)電磁爐中大線圈電流變化時(shí)，與小線圈相連的小燈泡會(huì)亮？

【應(yīng)用互感】——活躍氣氛 深化知識(shí)

問題：不直接用導(dǎo)線與MP4連接，能否利用互感知識(shí)讓音箱響起MP4中動(dòng)聽的歌曲呢？你覺得還需要什么器材？怎么做？有沒有辦法讓聲音變響（變輕）？

實(shí)驗(yàn)：將MP4與一個(gè)線圈相連。音箱與另一線圈相連，如圖2，音箱果然傳出了好聽的歌曲，當(dāng)手持MP4回路靠近和遠(yuǎn)離音箱回路時(shí)。聲音會(huì)變響（變輕）。

小結(jié)：互感的應(yīng)用傳遞能量和信息。

教學(xué)片斷2 通電自感、斷電自感現(xiàn)象

為了讓實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)中所發(fā)生的物理過程展示清楚。從互感中拆除一個(gè)線圈后的原始電路談起，從通電和斷電兩個(gè)角度分別來探究是否存在電磁感應(yīng)，電路的各部分是隨著問題的展開逐步組合而成的。整個(gè)教學(xué)過程為了體現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)科學(xué)理論的思想。設(shè)計(jì)問題和實(shí)驗(yàn)，用已知的理論對(duì)物理現(xiàn)象作出預(yù)測(cè)。而對(duì)應(yīng)的物理現(xiàn)象是否能夠發(fā)生，是否能被觀察到，都還有自己特定的條件。從學(xué)生的認(rèn)知沖突中通過改變實(shí)驗(yàn)的條件，把所研究的物理現(xiàn)象各方面的特征逐步揭露出來，從而最終認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象的本質(zhì)這樣一種科學(xué)思想和方法，整個(gè)教學(xué)流程如圖3所示。

1 通電自感

理論分析 預(yù)測(cè)現(xiàn)象

師：互感現(xiàn)象中有一個(gè)共同的特點(diǎn)是4線圈中電流的變化引起B(yǎng)線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，如果拿掉其中一個(gè)線圈，那么另一個(gè)線圈自身還會(huì)有電磁感應(yīng)現(xiàn)象嗎？

生：會(huì)！

師：你是根據(jù)什么得出“會(huì)”的結(jié)論？

生：自身電流變化-線圈自身內(nèi)部磁場(chǎng)變化-線圈自身內(nèi)部磁通量變化，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)應(yīng)該會(huì)有電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生。

師：那么我們能否用實(shí)驗(yàn)的方法來驗(yàn)證我們的猜想呢？我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路讓我們能觀察到這個(gè)線圈的電磁感應(yīng)現(xiàn)象呢？選擇什么測(cè)量器材更便于我們觀測(cè)？

生：接入電壓表或電流表。

師：很好，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的標(biāo)志是有無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電流），但是磁電式電表有點(diǎn)缺陷，由于表的指針在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中有慣性，在反應(yīng)變化電流時(shí)有缺陷，需要接入一個(gè)更直觀反映電流變化的器件一小燈泡，根據(jù)它的亮度變化來反映電流的變化。

師：要讓電流變化我想不是很難。比方說將開關(guān)閉合（方便且變化明顯），你能預(yù)測(cè)一下通電瞬間時(shí)可能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？小燈泡的亮度如何變化？是瞬間變亮還是逐漸變亮呢？

生：小燈泡會(huì)逐漸變亮。

師：你做出這種預(yù)測(cè)的依據(jù)是什么？

生：閉合瞬間，電流（從無(wú)到有）增大，磁通量增大，根據(jù)楞次定律，要阻礙這種增加，也就是小燈泡變亮?xí)霈F(xiàn)延遲。

電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

改變實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)方法。變陳述性問題為設(shè)計(jì)性問題。探究的味更濃，對(duì)方法和過程的指導(dǎo)更重視。精心設(shè)計(jì)接近學(xué)生思維發(fā)展區(qū)的問題，基本流程是：提出問題-提出解決問題的方案-碰到新問題-完善原方案-解決新問題，一步步引導(dǎo)學(xué)生在解決問題中獲得新知識(shí)，做到實(shí)驗(yàn)、知識(shí)與思維的同步發(fā)展，層層推進(jìn)，一氣呵成。下面斷電自感的教學(xué)也是采用這樣的方法。

演示：開關(guān)閉合的瞬間，小燈泡瞬間變亮。

師：看到延遲現(xiàn)象了嗎？為什么？大家談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

討論：（1）線圈中到底有沒有電磁感應(yīng)現(xiàn)象？是不是我們的理論分析有問題。還是其它原因？（2）當(dāng)我們相信理論分析沒問題時(shí)，那是不是延遲的時(shí)間太短，我們?nèi)庋塾^察不出來呢？應(yīng)該怎么辦呢？那么你覺得應(yīng)該通過什么辦法來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)？

師：其實(shí)在生活中也有類似的情景。比方說有兩位同學(xué)都說自己跑得都很快，那到底誰(shuí)跑得快，最簡(jiǎn)單的方法就是讓他們一起跑。比較一下。的確，比較法是物理中常用的研究方法之一，大家能否借用這種方法對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)呢？

生：并聯(lián)一個(gè)相同的小燈泡B（這一支路不接線圈）。考慮到線圈本身的電阻，想到與B燈串聯(lián)一個(gè)可以調(diào)節(jié)的電阻（滑動(dòng)變阻器），如圖4，

演示：B燈瞬間變亮，A燈逐漸變亮。最后兩燈一樣亮！

師：A燈延遲變亮的原因是什么？

討論：開關(guān)閉合瞬間：通過線圈的電流增大-線圈激發(fā)的磁場(chǎng)增加-線圈自身的磁通量增大-根據(jù)楞次定律（增反）線圈產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（左正右負(fù)）阻礙電流增大-阻礙A燈的電流的增加-燈泡A延遲變亮。于是我們看到與滑動(dòng)變阻器相連的B燈瞬間變亮。與線圈相連的A燈延遲變亮。說明線圈此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，正是線圈的這種阻礙作用，延遲A燈變亮的時(shí)間。

2 斷電自感

由通電自感的分析后自然地預(yù)測(cè)斷電自感現(xiàn)象。并隨之加以實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果與自己的判斷并不相符時(shí)。學(xué)生的思維得以被充分激發(fā)，這不僅是教學(xué)的藝術(shù)。更是一種提高教學(xué)有效性的策略。這一部分的課堂氣氛一波三折，充滿了機(jī)智，也為下面自感系數(shù)的教學(xué)埋下伏筆。

現(xiàn)象預(yù)測(cè) 檢驗(yàn)相悖

師：上述實(shí)驗(yàn)中，線圈中電流增大時(shí)。會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，那么線圈中電流減小時(shí)，又會(huì)怎么樣呢？我想答案是肯定的。是否也能用實(shí)驗(yàn)的方法得到證實(shí)呢？要到達(dá)電流減小的目的。只需要斷開開關(guān)，此時(shí)從電路結(jié)構(gòu)上看，A、B兩燈組成一個(gè)回路，當(dāng)電流減小時(shí)，如果線圈會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)楞次定律勢(shì)必將阻礙電流的減小。你能預(yù)測(cè)一下斷電瞬間可能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？?jī)蔁羰且黄鹚查g熄滅還是一起延遲熄滅呢？（A、B兩燈會(huì)一起延遲熄滅。）

演示：把開關(guān)斷開。結(jié)果觀察兩燈一起瞬間熄滅！

電路改進(jìn) 再探究竟

師：我們沒有觀察到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。小燈泡熄滅真的沒有出現(xiàn)延遲嗎？是不是我們觀察的方法有缺陷，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)電路讓我們能觀察到更明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

討論：我們一起來分析剛才的實(shí)驗(yàn)電路。開關(guān)斷開時(shí)，A、B兩燈構(gòu)成一個(gè)回路，電流變化相同，所以沒有觀察到明顯的延遲熄滅。而且實(shí)際上真正要比較的是開關(guān)斷開與燈泡熄滅有無(wú)先后，因此，B燈這條支路已經(jīng)失去比較的意義。把這條支路去掉，回歸到最原始的電路。我們發(fā)現(xiàn)開關(guān)斷開時(shí)不管線圈有沒有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。燈A肯定會(huì)瞬間熄滅（沒有構(gòu)成回路）。但如果這條支路只有一條導(dǎo)線的話。開關(guān)閉合時(shí)與電源短接，不安全。綜合考慮（構(gòu)成回路又安全）想到將A燈移到導(dǎo)線回路。與線圈一起并聯(lián)在電源兩端，如圖5。

演示：A燈延遲熄滅，而且出現(xiàn)閃亮一下然后熄滅（有一種回光返照的感覺）。

實(shí)驗(yàn)深入 引向新知

師：A燈出現(xiàn)了“閃亮”說明什么？

生：“閃亮”說明斷電瞬間通過A燈的電流比原先要大。

師：既然與開關(guān)已經(jīng)斷開，為什么通過A燈的電流比原先還要亮呢？到底誰(shuí)在起作用呢？

生：線圈！

師：是的，此時(shí)線圈相當(dāng)于一個(gè)電源，阻礙電流的減小，起到讓A燈延遲熄滅的作用。閃亮恰好說明延遲。那誰(shuí)能否用物理語(yǔ)言解釋這一現(xiàn)象的產(chǎn)生原因？

生：開關(guān)閉合瞬間：通過線圈的電流減小（電流從有到無(wú)）-線圈激發(fā)的磁場(chǎng)減小-線圈本身的磁通量減小（楞次定律“減同”）-線圈產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（右正左負(fù)）阻礙電流減小-阻礙4燈的電流的減小-燈泡4逐漸熄滅。

師：既然與電源已經(jīng)斷絕關(guān)系。但我們還是能夠看到燈泡出現(xiàn)閃亮，延遲熄滅，那么這個(gè)能量從哪里來呢？

討論：線圈中有電流，有電流就有磁場(chǎng)。說明能量很可能儲(chǔ)存于磁場(chǎng)中（磁場(chǎng)能），開關(guān)斷開時(shí)，線圈中的電流從有到無(wú)，其中的磁場(chǎng)也是從有到無(wú)。此時(shí)線圈充當(dāng)電源。阻礙電流減少。把磁場(chǎng)中的能量轉(zhuǎn)化成電能。當(dāng)然這僅僅是一個(gè)合理的假設(shè)，通過后面的學(xué)習(xí)我們會(huì)有更加深刻的認(rèn)識(shí)。

教學(xué)片斷3 用傳感器研究自感現(xiàn)象——直觀演示 化解難點(diǎn)

師：前面的實(shí)驗(yàn)我們都是通過燈泡亮度的變化定性地來研究自感現(xiàn)象，但是不能準(zhǔn)確地反映這一短暫過程中的電流大小如何變化、電流的方向有沒有變化。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，我們可以借助準(zhǔn)確直觀地反映電流大小和方向變化的規(guī)律。現(xiàn)在用兩個(gè)電流傳感器來代替兩個(gè)小燈泡，把采集的信息通過數(shù)據(jù)采集器傳遞給電腦，并以i-t（縱坐標(biāo)電流i，橫坐標(biāo)為時(shí)間t）圖像的形式呈現(xiàn)，如圖6。為了方便比較，將流過電阻和線圈的電流變化圖象顯示到同一幅i-t圖中，閉合開關(guān)。穩(wěn)定。斷開開關(guān)。叫同學(xué)來分析一下圖像反映的物理信息。板書：i-t圖討論：分析i-t圖像，紅色和藍(lán)色分別代表流過哪一條支路的電流？（比較通電時(shí)電流大小的變化情況）。中間那段表示什么？（穩(wěn)定后），開關(guān)斷開時(shí)比較斷電時(shí)電流大小和方向變化特點(diǎn)，并作出相應(yīng)的解釋。改變滑動(dòng)變阻器的阻值，穩(wěn)定后電流大小不同。觀察開關(guān)斷開瞬間圖像的特征（解釋閃亮），可以看到借助傳感器我們可以將斷電時(shí)沒有明顯觀察到的自感現(xiàn)象非常直觀地呈現(xiàn)出來。

教學(xué)片斷4 體驗(yàn)自感——全班參與 加深印象

自感現(xiàn)象在生活中并不少見，下面我們通過實(shí)驗(yàn)來一起來體驗(yàn)一下。實(shí)驗(yàn)名稱：擦出電火花，給你的實(shí)驗(yàn)器材（很簡(jiǎn)單）：干電池一節(jié)、小線圈一只、導(dǎo)線若干（裸露的長(zhǎng)線頭）。實(shí)驗(yàn)要求：①構(gòu)建電路，能看到電火花的閃現(xiàn)；②能體會(huì)到輕微的電擊感。指導(dǎo)交流巡視，發(fā)現(xiàn)典型性問題，請(qǐng)學(xué)生展示過程，如圖7：手握導(dǎo)線絕緣部分快速接通斷開，擦出電火花；手握導(dǎo)線的裸露的部分快速接通斷開，體驗(yàn)到很爽快的電擊感！為什么快速接通斷開裸導(dǎo)線能擦出電火花、體驗(yàn)到爽快的電擊感？大家想想這樣的現(xiàn)象在生活中有什么應(yīng)用？（煤氣灶的電子點(diǎn)火器，日光燈中的鎮(zhèn)流器，油浸開關(guān)，雙線繞法）這樣設(shè)計(jì)鞏固本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，學(xué)生動(dòng)手率和成功率高，起到畫龍點(diǎn)睛的作用。

（欄目編輯 羅琬華）