基于教材創新演示實驗設計的三種方式——以“互感和自感”實驗教學為例

譚慶仁

（江蘇省鎮江市教育局教研室，江蘇 鎮江 212008）

1 問題的提出

物理學是一門實驗學科.人類通過實驗來探索物質世界的奧秘和自然規律.就中學而言，實驗教學是一條幫助學生建立和理解概念、激發學生學習興趣的有效途徑，無論是理論探究后的實驗驗證，還是實驗探究后的理論推導，實驗教學均扮演著不可替代的角色.因此，實驗教學理應成為物理課堂教學中傳授知識的重要路徑.但是，物理課堂是不僅僅需要實驗，更重要的是實驗的效果.下面，筆者就以人教版選修3-2“互感和自感”的實驗教學為例，談談基于教材創新演示實驗教學設計的3種方式.

2 基于教材創新演示實驗設計的3種方式

2.1 基于教材，情景再現

由于教材描述的簡潔性，在舉例時只是以圖片的方式來呈現.但是，對于一些沒有經歷過的場景，學生還是感到陌生和難以理解.如果通過情景再現的方式，把教材中所描述的場景通過實驗再現出來，會促進和加深學生對這部分知識的理解和掌握.

案例1.教材中在介紹互感知識點時，將收音機里的“磁性天線”以圖片的方式，來說明它是利用互感現象接收廣播電臺的電磁波信號的.現在的學生很少使用收音機，更談不上了解其內部結構.

情景再現：如圖1所示，將從計算機里拉出的音頻線與大線圈相連，將一個有源音箱通過靈敏電流表與一個小線圈構成閉合回路.在計算機里播放音樂時，如圖2所示，當把小線圈插入大線圈中時，會從音箱中播放出與計算機中一樣的音樂，以此來說明計算機輸出的聲音電流信號通過互感轉換到小線圈里并通過音箱發出聲音，此時再介紹收音機接收和轉換電磁波信號的原理與此相似.學生也就不難理解了.這一創新設計引起了學生很大的興趣，也加深了對互感知識的認識.

圖2

案例2.教材應用了“開關在斷開時會產生電火花”來說明自感的危害.由于缺乏相應的生活經驗，對于這一知識點，學生仍然只會停留在“知道層面”，達不到“認識層面”.

情景再現：如圖3所示，將一個自感系數較大的線圈與一個白熾燈泡、開關相連后接在家庭電路中.閉合開關S，燈泡發光，若此時將線圈接線柱A處的導線松開后，再不斷地試觸接線柱，會發現此處會有電火花產生，以說明在斷電時線圈中會產生較大的電動勢.為進一步說明所產生電火花的危害，如圖4所示，在試觸時，把蘸有酒精的棉花團放在所產生的電火花附近處，棉花團會燃燒起來，現象非常直觀.有效地激發和加深了學生對這一知識點的認識.

圖3

圖4

2.2 基于教材，增強體驗

最大化的激起學生的認知共鳴是演示實驗的重要目標.現象顯著、效果震撼和感同身受都是對演示實驗的高度評價.如果在演示實驗中，能讓學生參與到實驗中去，甚至成為實驗儀器中的一員，那對學生造成的印象是非常深刻的，學習的效果也可想而知.

案例3.教材中在演示斷電自感時，通過小燈泡慢慢熄滅來說明斷電時線圈中會產生自感電動勢.這個現象應該說非常明顯.

增強體驗：如圖5所示，用手拉手的十幾位學生替換教材中含有小燈泡的支路，通電時學生沒有任何感覺，但是在斷電時，十幾位學生都因為輕微的“電擊”一起尖叫起來，此時再引導學生思考“為什么斷電后仍然會有電流通過人體呢？”，會使學生終身難忘.在這個創新實驗中，十幾位學生成為了實驗儀器，親身參與了體驗.

圖5

2.3 基于教材，理實相補

物理探究包括理論探究和實驗探究，兩者在教學中均應同等重視，理論探究為實驗探究鋪墊，實驗探究同時也為理論探究佐證，可謂理論探究與實驗探究互相補充.

案例4.教材在描述自感現象時安排了思考與討論：（1）開關斷開后，通過燈泡的電流與原來通過它的電流方向是否一致？（2）開關斷開后，通過燈泡的感應電流是否有可能比原來的電流更大？為了使實驗的效果更為明顯，對線圈L應該有什么要求？教材作這樣安排的意圖是引導學生根據自感現象分析自感電路.

理實相補：在引導學生理論分析后，實驗驗證時可將實驗裝置作如下的改進：如圖6所示，在通電時可以看到燈泡L1立即亮起來，燈泡L2慢慢亮起來，斷電時燈泡L1、L2均過一會才熄滅.那么通電時與斷電時流過兩只燈泡的電流方向如何呢？可以將圖6改成圖7所示，用2只并聯的發光二極管代替燈泡L1，可以發現，通電時，二極管D2亮，表示通過滑動變阻器的電流是自右向左的；斷電時，二極管D1亮，表示通過滑動變阻器的電流是自左向右的，從而驗證了斷電時通過燈泡的電流與原來通過它的電流方向不一致的結論.同時如圖8所示，將數據采集器接于電阻R的支路中，采集開關閉合前一小段時間、閉合后一小段時間和斷電后通過電阻R的電流如圖9所示，從而得出斷電瞬間通過電阻R的電流是可以比原來電流大的結論，再引導學生此時線圈L應該滿足什么樣的條件.

圖6

圖7

圖8

圖9 電流圖

因此，在教學中，我們要善于運用演示實驗、創新演示實驗設計，充分發揮演示實驗的功能，會給我們的物理課堂和學生帶來不一樣的感受.