开发创新实验资源 实施探究式教学①

谷春生

(首都师范大学附属丽泽中学,北京 100071)

1 引言

基于核心素养的导向，开发创新实验资源，开展探究式教学，是落实课程目标、全面提高学生核心素养的重要途径。开发和利用物理实验资源，有利于提高物理教育质量和全面实现物理课程目标，这就迫切要求中学教师善于吸收教育科学及所教学科的最新成果，拓宽自己的知识面，挖掘教材所蕴含的探究性因素，精心设计相应的探究性课题，开发创新性实验资源，把学生置于开放、多元的学习环境中，确立学生在学习中的主体地位，启迪其创新思维，培养学生的科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。下面把笔者开发创新实验资源、实施探究教学的几个案例介绍给大家，以期抛砖引玉。

2 法拉第电磁感应演示仪

图1

2.1 制作

如图1所示，取一个螺线管接出两根导线，把它们直接接在两端反向并联的红绿两个二极管上，取一个圆柱形强磁铁进行实验。

2.2 操作

图2

在探究感应电流的产生条件时，笔者改进了课本上的探究实验，在螺线管的两端点上用导线连接两组红绿发光二极管，取代了课本上接入的灵敏电流计，电路图如图2所示。在实验中学生把条形磁体插入或拔出螺线管时，对感应电流方向的判定一目了然，当红色发光二极管亮时，说明该二极管正向导通，产生如图2所示方向的电流；当绿色发光二极管亮时，说明产生了反方向的电流。该实验可做演示实验，也可以做学生分组实验。

2.3 点评

通过改进，实验效果特别明显，学生兴趣大增，激发了学生强烈的好奇心和求知欲。通过对问题的自主探究，可以使学生感受探究的乐趣，激发学生对物理学的热爱，有利于学生核心素养的提高。

3 电磁阻尼二极管演示仪

3.1 制作

图3

用细铜丝缠绕成线圈，并用透明胶带捆扎好，把两端的导线接入红黄两色的多组二极管并联的电路板接线柱上，每组二极管的连接电路图如图2所示，把电路板整体挂在竖立的木架上。再取相同的柱形铷磁铁用结实的透明塑料布捆扎好，其两端与两个相同的粗弹簧紧紧相连，这样便制作好了一组弹簧振子，然后整体穿过线圈，并把上下端点固定在木架子上。用同样方法制作另一组弹簧振子，把两组弹簧振子对称地固定在木架上。最后把线圈用透明胶带固定在右侧的木立柱上，刚好在铷磁铁下方，确保铷磁铁能上下运动自如(如图3)。

3.2 操作

把两组弹簧振子同时向上拨离平衡位置，在弹簧弹力的作用下，弹簧振子便上下振动，发现当右侧的振子穿过铜线圈时，红黄二极管交替发光。对比左右两侧的弹簧振子还发现：右侧的比左侧的先停下来。

这简直太神奇了，学生陷入了困惑：这到底是为什么呢？通过这种方式引课，能激发学生强烈的好奇心和探究欲望。

3.3 物理原理

以上现象涉及电磁阻尼，当柱形铷磁铁插入或拔出线圈时，对感应电流方向的判定一目了然，当红色发光二极管亮时，说明该红色二极管正向导通，产生图2所示方向的电流；当绿色发光二极管亮时，说明铜线圈中产生了反方向的电流。根据楞次定律，铜线圈中产生的感应电流对柱形铷磁铁有力的作用，“来拒去留”，产生了阻碍铷磁铁和铜线圈相对运动的效果。

3.4 点评

这个实验非常有趣，可以培养学生的观察能力、分析能力。使学生在浓厚兴趣的驱动下自主探究，亲身体验，可以提高学生的科学思维和创新能力。

4 牛顿管演示教具

4.1 制作

如图4所示，制作一个大型金属钢管架子，在水平横梁上用细铁丝固定金属环扣，为了防止金属环扣损伤牛顿管玻璃管壁，首先在玻璃管壁上用双面胶连续缠绕三圈，再轻轻扣上金属环扣，然后把一个长方形薄木板跨接在两个牛顿管顶上，用水准仪平放在薄木板上进行测试，确保牛顿管的顶部等高。在金属架的下部安装一个水平木条以固定牛顿管的下端，最后在整个装置的后面固定一个黄色衬板，以便于观察白色羽毛和金属片的下落情况。

图4

4.2 演示操作

教师介绍：两个牛顿管平行竖立便于进行对比观察，顶部等高，顶上的小磁铁吸住了铁片，同时铁片压住了羽毛。

用抽气机抽气三分钟，然后关闭牛顿管下端的阀门，确保右侧管抽成近似真空，双手同时迅速移去顶部的磁铁，确保两管中羽毛和铁片同时释放，找一位学生用手机录制视频。实验后使手机与显示屏同步，当堂回放视频，右侧管抽成近似真空，管中的白色羽毛和铁片没有分离，一起下落；左侧空气管中的铁片在下，羽毛在上，已经分离了，而且右侧管中的羽毛和铁片整体下落得快一些，通过回放，便于观察到实验细节。

4.3 点评

利用改进的牛顿管演示仪做对比实验，通过视频回放，效果明显，现象一目了然。学生观察时屏气凝神，兴趣倍增，达到了较好的演示效果。

5 利用手机测重力加速度

5.1 演示操作

智能手机内置了多个传感器，下载“PhyPhox”App，便可以完成相关测试。首先完成手机与电脑同步，可以直接通过液晶屏展示实验结果，达到了现场直播的演示效果。

运行“PhyPhox”软件，配合手机内置传感器，能测定直角坐标系x、y、z轴方向的加速度，我们可以让手机只显示z轴方向的加速度，显示的效果如图5所示，略去前端的信号，当手机做自由落体运动时，加速度恒定，稳定在-9.80m/s2这一数值(取竖直向上为正方向)。

图5

5.2 点评

这个探究实验可以培养学生的动手能力、观察能力、分析综合能力。如果有条件，可让学生回家动手自主探究，在做中学，在愉快中感悟，提升兴趣，亲身体验，从而提高学生的科学思维和创新能力，提升学生的核心素养。

6 结语

基于培养学生核心素养的导向，开发创新性实验资源，开展探究式教学实践研究，在全面提升学生核心素养方面具有广阔的前景，所以教师在教学过程中要深挖教材中的探究性因素，精心设计或启发学生设计新的探究方案，尽最大可能给学生提供科学探究机会，让学生自主设计、动手实验，体验探究过程的艰辛和乐趣，发展科学探究能力，激发学生创新潜能。科学因探究而美丽，探究因创新而精彩，教育改革呼唤更多具有创新能力的教师，以更好地激发学生探究科学的热情，增强他们的创新意识。