改進實驗器材，拓寬猜想的空間和途徑

上海市洋涇中學 關 偉

在物理學發展史上不難發現，物理學家們的物理研究規律是先對一些物理問題進行定性分析，幾乎不用任何計算就能粗略地獲得各量之間的關系，顯示出該問題的物理景象，并產生一個能夠得到預期結果的方案。而在定性的分析中，經常采用的物理思想方法就是猜想。

“猜想是人們根據一定的經驗材料和已知事實為依據，對未知事實或現象的原因及其規律所作的一種有一定推測性的說明，它是經驗材料和科學理論之間的一座橋梁，對所研究的問題作出預見性思考，指出解決問題的方向。”這句話中談到了經驗材料、已知事實的重要性。教師在課堂教學中應培養學生的猜想能力，為學生提供豐富的經驗材料和已知事實。而提供實驗器材是最真實、最重要的事實材料，但有時實驗室中提供的實驗器材有一定的局限性，不能提供誒學生更多、更廣的猜想，這就需要教師對實驗器材做出改進，給學生提供更多的猜想途徑和空間。

在“安培力”的教學中，學生已經知道了通電導線在磁場中會受到力的作用，并且也學習了左手定則，接下來要學習安培力和哪些因素有關，存在什么關系，通過改進實驗器材培養學生的猜想能力。

第一次教學嘗試：

（1）實驗器材介紹：軌道寬5.8cm，梯形磁鐵寬3.5cm，約8cm 長的鋁棒，滑動變阻器0—20Ω，四節電動勢為1.5V 干電池，電路中電流變化范圍0—0.6A。

（2）判斷安培力大小：通過金屬棒啟動快慢來反映安培力的大小。

學生猜想的途徑和空間：學生可以通過滑動變阻器改變電流的大小，判斷安培力。但是由于金屬棒和軌道之間的摩擦力，金屬棒啟動時要用手輕輕推動，而且也很難觀察到啟動快慢。由于軌道內只能放置一塊磁鐵，很難再猜測安培力大小與放入磁場中金屬棒有效長度的關系，其他情況更難提供猜測的途徑。猜想的物理量，如果不能通過實驗檢驗，那么這個猜想沒有實際結果。

第二次教學嘗試：

（1）實驗器材介紹：邊長為6cm，有約50匝導線繞制成的矩形線圈（重為0.3N），蹄形磁鐵的寬度 3.5cm，四節電動勢為1.5V 的干電池，滑動變阻器0—20Ω 電路中的電流變化范圍為0—0.6A。

（2）判斷安培力的大小：通過線圈偏離豎直方向的角度來判斷

猜想的途徑和空間：懸掛起來的線圈只要水平方向受到一點力都會發生偏轉，所以學生在改變滑動變阻器、改變電流大小時或者線圈離磁鐵遠近時，線圈與豎直方向的角度會發生明顯的變化（電流為0.25A 時，線圈偏轉約30左右；電流0.5A 時，線圈偏轉約80左右）。學生的猜想得到驗證，但是由于線圈中不能放置兩塊或更多磁鐵，所以猜測有效長度與安培力大小的關系時，即使能夠猜測出來，也不能得到檢測，這樣也限制猜想的途徑。如果通過增加線圈匝數來增加放入磁場中導線的有效長度，對于學生而言，不是很直觀，猜測的難度比較大。

第三次教學嘗試：

（1）實驗器材介紹：自制邊長為11cm，匝數50匝導線繞制的矩形線圈（重約0.2N）、四節干電池和能夠提供1.5、3.0、4.5、6.0v 的電池盒、滑動變阻器0—20Ω 電路中的電流變化范圍為（0—0.6A）、兩塊梯形磁鐵（每塊磁鐵寬度3.5cm）。

（2）判斷安培力的大小：通過線圈偏離豎直方向的角度判斷。

在課堂教學中，學生根據教師提供的器材提出了8種猜想結果。通過提供不同的電源，學生在猜測電流與安培力關系時，不再局限于改變滑動變阻器也可以改變電源的電動勢。通過自制線圈，線圈的邊長增大，能夠放置兩塊磁鐵，從直觀上看，學生的猜測空間加大。在實際的教學中，學生們提出很多改變磁場強弱的方法，為進一步的探究提出了新的問題。

例如，第五種情景，學生開始時認為磁場強度發生變化，后來進一步分析發現，導線進入第二磁場中，安培力方向與原來方向相反，線圈不會發生偏轉；第六種情況，經過分析線圈在磁場中部分，磁場的強度沒有發生變化，這部分線圈中不同部分受到相反方向的安培力，所以線圈發生偏轉，并不能研究安培力與磁場強弱的關系；第七種情況，學生分析磁場的強弱并沒有發生改變；第八種情景，當電流方向與磁場方向不垂直時，安培力的大小如何變化。這些由學生猜想出來的想法很有研究價值的，即激發了學生的空間想象力，又激活了學生的思維。

教師為學生有目的、有計劃地提供實驗材料或改進實驗器材，為學生積累感性材料，有利于學生提高觀察、猜測、想象能力。這樣的猜想為科學探究提供正確的方向，縮小探究的范圍，起到事半功倍的效果。