“做中学”在初中物理实验教学中的应用
——以“电磁感应 发电机”为例

2022-07-06 07:50沈寅坚
初中生世界 2022年24期
关键词:磁体感应电流做中学

■沈寅坚

初中物理阶段是培养学生对物理学习兴趣的基础阶段,而在这一过程中,物理实验教学又是不可或缺的重要组成部分。通过物理实验,学生可以充分发挥其主体作用,亲身经历实验探究过程,在“做中学”。教师以此来提高学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。但是,当前初中物理实验教学现状并不乐观,很多学校不重视实验教学。教学设计往往以教师为中心,学生只是被动参与,并没有太多机会真正融入教学过程。教师如何在实验教学设计过程中让学生逐步形成乐于探索、勤于反思、质疑批判的品质,最终成长为一个全面发展的人,这正是值得思考的,也是当前教育改革所倡导的。

为了探索学生“做中学”和初中物理实验教学的有效融合,笔者借助项目学习的教学模式,以初中物理“电磁感应 发电机”为例,进行实践研究,以实现“学生做中学,教师做中教”的教学思想。

一、教学预案

传统的实验授课以教师演示为主,通过电生磁的逆向思维向学生提出疑问:磁能否生电?继而通过灵敏电流计、线圈、蹄形磁体等器材向学生展示什么条件下磁能生电。在整个过程中,学生难免存在被动接受知识的现象,并未发挥学生的主动性,不利于培养学生的探究精神。

下面是笔者的教学流程图,如图1。

图1

二、教学准备

1.学生分组。

在项目教学开展之前,笔者先对学生进行分组。首先考虑自愿原则,再根据学生的课堂表现进行适当微调,尽量做到各成员之间的优势互补。

2.实验材料。

在课堂上演示小型发电机,效果要清晰明显,能让学生有直观感受,操作简便。根据需求及分析实验原理可知,主要实验材料如下。

磁体提供磁场,普通的磁体磁性太弱,线圈在磁场中转动切割磁感线产生的感应电流太小,根本无法使二极管发光。因此,笔者提供了体积只有一元硬币大小,但磁性非常强的由稀土烧结而成的钕铁硼强磁。值得注意的是,这种磁体虽然能够提供强磁场,却属于易碎品,两块磁铁放在相对较近的距离,碰撞后有可能会造成碎裂或掉角。因此,笔者告诉学生必须慢慢平移磁体,分开磁体也需要左右平移搓开或滑开。

为了让学生更好地体会线圈的构造,笔者为学生提供一扎漆包线、砂皮纸。线圈的匝数要足够多,才能保证有足够大的感应电流。同时,笔者为学生提供若干木棒、支架、转盘、胶带等辅助材料,目的是避免学生按照笔者的成品依葫芦画瓢,从而更好地发挥学生的主动性,培养学生动手、动脑解决问题的能力。在项目教学中,采用组内合作的方式,对比各个小组之间的实验方案,可以达到优势互补,完善每个组的实验设计的目的。

3.项目设计。

议一议:如何实现切割磁感线。线圈体积比较大,而磁体却很小,转动磁体比转动线圈更容易。转动磁体的工具有多种选择,每组学生分别讨论出自己的方案。

画一画:学生分组讨论后自行设计出相应的电路,画出自己所要设计的发电机形状。

三、教学过程

1.创设情境。

在教材中,实验通过转动微型电风扇使二极管发光,但是大部分学生对发光二极管其实很陌生,并不清楚微弱电流就能使二极管发光。笔者为了让学生有切身的体会,要求每组派出两名组员手拉手,并让闲置的另一只手分别抓住插头的一端。当组内其他成员使劲转动扇叶时,手拉手的两名学生发出了叫声,并本能地挣脱了对方,真正体验了一回“触电”的感觉,同时激发了学生的学习和探究兴趣。

2.研讨实验原理。

利用拆开的小风扇引导学生思考:我们需要准备哪些器材?用什么来转动?如果电流不够大,用什么器材比较直观?(例如发光二极管、小型风扇等)在这个过程中,笔者需要引导学生探究实验原理。

感应电流产生的条件是本节课的重难点,也是能否完成小型发电机项目中最重要的一环。那么,怎样证明电路中有电流呢?学生提出把小灯泡接入电路,但是发现无论怎么转动风扇都不能让灯泡发光。最终,学生讨论得出,可能电流太小了,所以人有感觉但灯泡不发光。此时,笔者顺理成章地向学生介绍新的仪表——灵敏电流计。笔者这样的处理就可以让学生顺着自己的思维方式逐步得出结果,尊重学生的经验,循序渐进,而不是采用直接灌输式教学。

在笔者的引导下,同组学生开始交流并动手实验,模仿前面的风扇装置,让线圈的一条边在蹄形磁体的磁场中运动,有左右运动的,有上下运动的,也有斜着运动的,甚至有把线圈在蹄形磁体的外圈运动的,以此发现有感应电流产生。无论哪种方法,成功与否,笔者都要鼓励学生,只有学生多思考,多动手,才能有所收获。

经过各组实验,学生可完成表1中的内容来总结规律。虽然结论很容易得出,但学生在脑海中对切割的概念不甚清晰。这时候笔者需要把磁场等抽象概念具体化,以加深学生的认识。笔者制作了一个磁体模型,用涂有彩色染料的带箭头的纸条表示磁感线,用一把玩具刀代替导体,在演示导体运动时,学生很自然地得到了切割磁感线这个条件。

表1

学生对感应电流的产生条件有了一定认识之后,再深入认识“切割”。笔者引导学生辨析:是不是只能磁体不动,动导体,才能产生感应电流;如果反过来,导体不动,磁体运动,是否仍能产生感应电流?学生在这个过程中充分理解了切割的概念。

3.制作小型发电机。

(1)项目产品制作。

项目产品制作阶段是项目教学的关键环节,能体现学生对原理的深刻认知并加以运用的过程。组内成员要合理分配好工作,根据前期的分工和任务,有序地开展项目产品制作工作。

项目产品制作的主要过程有制作线圈、固定磁体、考虑转轴的流畅性、研究如何快速转动转轴的方案、美化设计,最终完成项目产品——小型发电机。

(2)项目产品交流。

在成果展示阶段,每个小组派出一名代表,讲解制作过程中的心得以及小组内部制作过程中遇到的问题。如线圈匝数大多绕100~200匝,学生发现二极管根本无法发光,不断调整后发现,线圈匝数达到500匝左右时,成功率基本上为100%;当强磁体被绑到转轴上时,由于磁体本身比较光滑,非常容易滑落,即使绑上之后,也非常容易出现转轴在转,磁体却还在原地打滑的现象。

(3)项目产品改进。

在学生初步完成小型发电机后,笔者引导学生进一步思考:小型发电机还存在哪些待解决的问题?它的可操作性是否还有上升的空间?能否再提高感应电流的大小,不再用发光二极管,而是用普通灯泡就能发光?小组合作过程中拖拉的现象如何能得到改善,提高效率?通过这样的经验交流,心得分享,笔者很好地促进了班级学生的整体发展,充分调动了学生的积极性和创造性,让学生在物理学习中体会到探索的快乐。

四、教学反思

常规的评价往往以教师为实施者,学生是被评价者,并且教师习惯性地只注重结果,以学生的考试成绩或者习题的正确率为主,在评价方式上比较简单。而项目式学习的教学评价会更看重自我评价和互相评价。学生在自我评价中因为有制作过程的体验,往往能够深刻地认识到自己的不足之处,更好地审视自己。学生在互评中更倾向于表现性评价,组员之间在制作过程中很容易发现各自的优缺点,例如合作意识、动手能力、创新精神、反思能力等,而教师通常要兼顾全班,反而会疏漏很多细节。评价方式的多样性,可以多方面记录每名学生的每一次学习过程的综合情况,从而有的放矢地提高学生的学习品质。

以制作小型发电机为目标,学生不断地解决问题,研究原理,设计模型,把教材上的知识整合起来,运用在实际操作过程中,并融入自身的知识体系。整个教学模式更注重学生间、师生间的合作交流,探究创新,课后反思,全面提高学生的科学素养。

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