巧用強磁鐵改進實驗創(chuàng)新物理實驗教學(xué)

徐永明　徐健

為落實重視學(xué)生探究活動過程、方法及學(xué)生體驗探究活動過程的課程目標，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，結(jié)合高中實驗的特點、學(xué)生認知結(jié)構(gòu)和思維方式，筆者在教學(xué)過程中把演示實驗和分組實驗分為三個層次：學(xué)生全程開放式實驗、學(xué)生全程參與式實驗和學(xué)生觀察分析現(xiàn)象式實驗.

巧用強磁鐵改進實驗，創(chuàng)新物理實驗教學(xué)，充分體現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生由被動接受，變?yōu)橹鲃犹剿?。還嘗試了實驗與課件一體化的教學(xué)，給實驗帶來意想不到的效果.從報廢的某型號電瓶車電機上拆取強磁鐵，共有46片，每片長2.4 cm，寬1.3 cm，厚0.3 cm，體積小，便于與其它教學(xué)儀器組合，如圖1所示，雖有銹跡，但不影響使用，圖1是食指尖上的單片磁鐵，右圖是多片磁鐵吸在一起.

1巧用強磁鐵，創(chuàng)新實驗教學(xué)案例展示

1.1器材與黑板相結(jié)合，開展全程開放式創(chuàng)新實驗教學(xué)

教師根據(jù)實驗?zāi)康?，大膽放手，運用多種教學(xué)手段和方法，鼓勵學(xué)生積極參與，教師變成“旁觀者”，不隨便打斷、左右和更改學(xué)生的探究進程和方案，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和主動親近物理的情感.這類實驗難度要求不高，器材簡單，操作安全方便，適合人人動手.

案例1實驗“探究合力的方法”

[實驗創(chuàng)新]如圖2所示，用多個強磁鐵片疊在一起，中間夾住系橡皮條的輕繩，再放到黑板上合適的位置，實驗開始.

[實驗分析]實驗改進后不再需要木板、白紙和鐵架臺等眾多輔助設(shè)備，器材簡單便于操作；根據(jù)板書和學(xué)生活動的需要，可把磁鐵放在黑板的任意位置；器材緊緊地固定在黑板平面內(nèi)，穩(wěn)固性好、抗干擾性強，可反復(fù)修改實驗計劃和方法，甚至重新開始，有利于糾正學(xué)生不良實驗習(xí)慣；器材簡單結(jié)實、安全性高，適合學(xué)生充分參與探究過程、理解探究方法和親身體驗探究活動；探究過程全曝露在黑板上，老師能“明察秋毫”，掌控教學(xué)過程，避免熱鬧失控而假探究.

[實驗實錄]前后兩面磁性黑板都用上，用8根橡皮條分成8個小組（共40名學(xué)生），前后黑板各四組，雖有點擠，但學(xué)生參與的熱情很高，過程中獻計獻策，不斷調(diào)整，向目標靠攏.如在操作上，學(xué)生能體會理解彈簧秤的鉤桿不能與秤殼有摩擦和細繩要與黑板平行的原因；在探究過程中，第二次拉橡皮條時發(fā)現(xiàn)“第一次拉橡皮條時忘記記錄結(jié)點O點的位置”；力的大小記錄在事先設(shè)計好表格中，當探究合力與分力的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)“忘記記錄力的方向”；在實驗技巧上，體會用兩點決定一條直線的方法記錄力的方向和細繩的長度要適當；在數(shù)據(jù)處理上，培養(yǎng)科學(xué)猜想與驗證的能力.總之，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察、記錄、處理數(shù)據(jù)以及猜想驗證等能力.

1.2器材與符號相對應(yīng)，開展全程參與式創(chuàng)新實驗教學(xué)

學(xué)生在明確的實驗?zāi)康囊I(lǐng)下，對一些實驗器材的使用方法和操作過程的注意點需要教師引導(dǎo)下討論解決，不宜徹底放手.讓學(xué)生體驗關(guān)鍵的實驗步驟和操作方法，充分參與和體驗實驗的過程，留有足夠的時間讓學(xué)生獨立思考、討論和解決遇到的問題，老師起主導(dǎo)和調(diào)控作用.

案例2實驗“測繪小燈泡的伏安特性曲線”

[實驗創(chuàng)新]打開電表底蓋，底蓋的內(nèi)外正對著各放一片強磁鐵，夾住底蓋，再把底蓋安裝回電表，這樣就可以把電表放到黑板的任意位置，如圖3所示，電池盒、小燈泡等其它器材也類似安裝強磁鐵.

[實驗分析]本實驗是新課教學(xué)的一部分，第1課時將此實驗設(shè)計為全程參與式實驗（第2課時學(xué)生分組實驗）.本實驗是高中階段最典型的電學(xué)實驗之一，不僅涉及電流表的內(nèi)外接法的選擇，還首次接觸分壓電路，即使學(xué)生對知識點和電路圖全面理解，實物圖連接也困難重重，實物圖連接是本節(jié)實驗的重點和難點，至于根據(jù)電壓值和電流值描點作圖以及對圖線的解釋，學(xué)生易于掌握.這個實驗難度很高，不易過于放手.

[實驗實錄]教師在黑板上畫出電路圖，對應(yīng)的位置放好實驗器材，如圖3所示，分析滑動變阻器哪部分處在干路，哪部分處在支路，小燈泡與電流表、電壓表的連接方式，電流表的內(nèi)外接法暫時不講，以后再學(xué).請兩位學(xué)生，作為一組，在黑板上按電路圖連接線路，這是真正的實物連接，不是紙面實物連接.臺下的同學(xué)看臺上同學(xué)如何做，發(fā)表觀點，“評頭論足”，共同體驗接線的過程.受初中學(xué)的“滑動變阻器一上一下”接法的慣性思維的消極影響，學(xué)生最不能理解和接受分壓接法，老師需耐心啟發(fā)，不僅要“容忍”學(xué)生犯錯，而且鼓勵學(xué)生把錯誤清楚地表出來，把這些錯誤轉(zhuǎn)化成教學(xué)資源，讓學(xué)生討論，先后有若干組同學(xué)主動上臺，終于接對了.同學(xué)們參與熱情空前高漲，不知不覺中激發(fā)了求知欲，發(fā)展了科學(xué)探索興趣，有的同學(xué)爭論得面紅耳赤，互不相讓，培養(yǎng)了堅持真理、實事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神.測量電壓值、電流值，描點繪圖等進行得很順利.

有的實驗有一定危險性，如高壓放電，有的實驗受實驗室條件的局限，同時還受課時等制約，這類實驗適宜“觀察分析現(xiàn)象式實驗”，學(xué)生主要觀察分析，教師盡可能地“捍衛(wèi)”學(xué)生主體地位，這里不再贅述.

2實驗與課件一體化，嘗試實驗教學(xué)新方式

所謂實驗與課件一體化，就是把實驗與課件有機結(jié)合，是現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)手段相結(jié)合的產(chǎn)物，讓師生的操作在屏幕上得到放大，現(xiàn)象更直觀，課堂結(jié)構(gòu)更緊湊，有利于學(xué)生主動參與，避免“臺上忙，臺下閑”，提高教學(xué)效益.

案例3實驗“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”

[實驗創(chuàng)新]如圖4所示，把課件與器材實物融為一體，在電子白板上顯示一張PPT課件，課件中只有實驗標題、一幅量角器圖片和一只flash仿真秒表，就是最后排的同學(xué)都能輕松看清刻度線.然后把細線上端夾在幾片磁鐵中間，下端系一個小球，做成單擺，懸點放在量角器的圓心O處，實驗裝置安裝完畢.

[實驗分析]本實驗是新課教學(xué)的一部分，實驗注意點多，如果不實施一體化教學(xué)，還用純實物做實驗，一課時不夠，秒表等器材又易損壞，如果器材與課件融為一體，操作簡單、直觀、生動，節(jié)約大量時間.

在屏幕上與課件相結(jié)合做實驗，效果被放大，學(xué)生的觀察范圍比以前在講臺上做演示實驗大了許多；磁鐵牢固地吸在白板上，磁鐵緊緊夾住細線，使懸點固定，傳統(tǒng)方法用鐵架臺和鐵夾固定懸點，無論怎樣改進，很難做到鐵架臺和懸點不晃動，造成實驗較大的誤差；讓小球自然下垂，在白板上用水筆記錄下擺線和球心A的位置，用米尺測出量角器圓心到A點的距離即為擺長，不用測量小球直徑；量角器輔助控制小擺角振動，避免對以前只能估計擺角；振動過程中，不用擔心小球做圓錐擺運動，否則小球會與白板相碰；仿真秒表占半張幻燈片，清楚展示，示范兩次秒表使用方法，學(xué)生就能掌握使用方法，無需多費口舌；擺球振動的最低點（平衡位置）在白板中已標出，方便準確測量周期；測出的數(shù)據(jù)可用數(shù)表軟件處理，準確而省時.

[實驗實錄]改進后的實驗克服了過去的“冰冷”，多一絲“熱鬧”，學(xué)生感到新鮮.當講完實驗?zāi)康暮?，學(xué)生熱情高漲，主動上臺測量擺長；測周期時，一位同學(xué)通過鼠標控制秒表按鈕，其余同學(xué)一起看擺球數(shù)周期，而且能總結(jié)出數(shù)周期的方法；數(shù)據(jù)處理時，更不用老師動手，電腦高手早就手癢……學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性增強，探究的熱情溢于言表，遇到問題積極思考、討論，學(xué)生在不知不覺中變成了課堂的“主人翁”，知識的探索者.

3反思

3.1不拘泥實驗的層次分類，重在貫徹新課標理念

實驗分為幾個層次并不重要，重要的是貫徹新課標理念，突出生本位思想，學(xué)生由知識的被動接收者變?yōu)橹R的積極探索者.教材的大多數(shù)實驗是由過去的驗證性實驗改成探究性實驗，目的就在于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，使學(xué)生逐步形成科學(xué)態(tài)度和良好的科學(xué)精神.但探究的深度和廣度，要根據(jù)知識內(nèi)容、實驗條件、學(xué)生學(xué)情等，不搞一刀切.

3.2不追求器材的高端豪華，重在提高實驗綜合效益

許多買來的實驗器材“高大上”，但效果一般，創(chuàng)新制作的器材“土”了點，但能接地氣.利用日常器具或廢棄品做成的實驗器材，只要實驗現(xiàn)象更明顯、更直觀、操作簡便、更能說明問題的本質(zhì)等優(yōu)點，就是好器材，而且也能潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和節(jié)約環(huán)保意識，發(fā)展學(xué)生的實驗技能.改進的過程是充滿享受的過程，如案例1，預(yù)習(xí)時要求學(xué)生解決如何固定橡皮條問題，有的同學(xué)想到在黑板的邊緣釘釘子，有的想用吸盤掛鉤，有個同學(xué)帶來了強磁鐵.受到啟發(fā)，在近兩年，筆者巧用強磁鐵創(chuàng)新實驗教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果.盡管強磁鐵磁性太強，有一次把手指夾破，但仍覺得過程充滿享受.

3.3不斷創(chuàng)新實驗教學(xué)，實現(xiàn)多種教學(xué)手段一體化

傳統(tǒng)的實驗器材多年不變，如多年前的“利用單擺測重力加速”，隨著教育理念的進步變成現(xiàn)在的“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”，但實驗室提供的器材還是那一套，說明傳統(tǒng)的實驗器材有其不可取代的優(yōu)勢，如果把它與多媒體課件無縫對接，融為一體，各取其優(yōu)，形成互補，如案例3，融合多種教學(xué)資源，靈活運用多種教學(xué)方式，使傳統(tǒng)的實驗煥發(fā)新機，具有時代感，實現(xiàn)教學(xué)效益最大化.