创设真实情境，创新实验教学

马慧佳

广东省东莞市塘厦中学，广东 东莞 523710

1 创设情境在实验教学中的必要性

古人云：“学起于思，思源于疑”。而“疑”从何而来？从对不同事物、环境、事件等问题的看法经历中来，即从“情境”中来。“情”就是感情，只有在感情上形成了共鸣，情理相融，才能促进学习兴趣的产生；“境”就是提供一个场景，认知场景，从而促进意义的构建。

学生可以从情境中思考，从疑问中发现和提炼问题，对问题可能的答案作出假设，并根据问题情境运用已有知识制订探究计划，设计符合情境要求的实验装置进行实验，获取客观真实的数据，通过对数据的分析形成关于物理规律的结论［1］。从培养学生物理学科核心素养的角度，创设情境是物理实验教学的重要手段，是物理创新实验教学的必经之路。

2 情境载体的选择

选择合适的情境载体，对学生进行完整的实验探究有重要的推动作用。要根据学生的认知规律、已有的知识储备等来进行选择。例如，生活实践、自然现象、科技前沿、物理学史、思政内容等，无论哪一种，要尽量选择接近学生生活和阅历的真实情境，这样一方面能引发学生的学习兴趣，另一方面也能保证实验教学的顺利推进。

3 情境与实验教学的融合

常规的物理实验教学以课本中的演示实验为主，缺乏学生的自主探究。物理是一门以实验为基础的学科，看过的实验能记住，做过的实验才能理解，只有让学生“做”，才能促进学生对物理规律的理解，只有理解了，才能进行创新和迁移。创设情境，调动思维，要让学习真实发生。创设实验情境，更能激发学生的求知欲，推动学生进行头脑风暴，促进思考。经历实验的探究过程，打碎旧的知识系统，不断发现惊喜，正如论语所言：“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之”。

以情境为载体的实验教学，通过“情境—问题—证据—解释—交流—情境”的循环，来渗透物理核心素养，如图1所示。

图1 以情境为载体的实验教学理论模型

具体的实施途径如图2所示。

图2 以情境为载体的创新实验教学实施流程

4 “法拉第电磁感应定律”创新实验教学片段

4.1 以情境为载体的教法与学法

“法拉第电磁感应定律”是2019年版人教版高中物理选择性必修第二册第二章的内容。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对该节内容的要求为：“通过实验，理解法拉第电磁感应定律”。本节内容强调对实验现象和实验结果进行归纳推理的方法，以此提升学生对实验结果进行定性分析的能力。教材中是从感应电流进一步深入到感应电动势来理解的，即“探究决定感应电动势大小的因素”，通过“做一做”栏目中的实验来定性研究，以陈述事实的方式引入法拉第电磁感应定律，涉及的情境创设和定量探究比较少。

从学生的知识储备来看，学生掌握了有关电磁学的基本知识，对变化量和变化率的概念也有所了解。同时，学生具备了一定的实验操作的能力，对物理学常用的研究方法已经有了较为深刻的认识。因此，以教材为基础，创设了新的情境——手机无线充电，从学生感兴趣的话题入手，从定性分析到定量研究，由浅入深地引导学生解决问题、创新实验，从而得出结论，获得成长。

4.2 “法拉第电磁感应定律”创新实验教学及设计意图

4.2.1 引入：创设情境，提出问题

情境：无线充电技术是近年发展起来的新技术，相比有线充电技术，无线充电器与用电装置之间不用电线连接，使用更加方便，更加安全，如图3所示。

图3 无线充电器

问题：手机无线充电器的工作原理是什么？怎样才能使手机充电更快呢？

设计意图：无线充电器作为情境的选择，一方面从科技前沿及学生感兴趣的话题入手，引入新课，拉近物理与生活的距离；另一方面是由于无线充电器的内部构造比较简单，为后续的实验设计和操作提供可能性。

4.2.2 建构：模型建构，设计实验

设计驱动性问题（图4），引导学生一步一步建构物理模型，为实验设计提供条件。学生小组合作将购买的无线充电器拆开，观察其内部构造，营造探索的氛围，提高学生的积极性。

图4 驱动性问题设定

物理实验模型的建立：与电源相连的线圈，产生磁场，与小灯泡相连的线圈，可通过同一小灯泡的亮度变化来定性判断决定感应电动势大小的因素，如图5所示。

图5 物理实验模型

设计意图：在教学中，教师作为引导者和把控者，通过语言描述——提问，促进学生的思考，激发学生的学习兴趣和求知欲。在这个环节中，拆卸充电器是学生反应最强烈的环节（图6），从以前的听到现在的亲眼看，瞬间调动起了学生的积极性。以情境为载体，以问题为导向，建构合适且合理的物理模型，使学生的科学思维能力得到提升。

图6 拆卸无线充电器

4.2.3 创新探究一：定性探究，深度互动

猜想：感应电动势可能与线圈匝数、磁通量的变化、磁通量的变化率等有关。

方法：控制变量法，与电源相连的线圈部分，直接采用无线充电器，通电后其周围产生磁场。

原理：通电线圈可以在其周围产生磁场（充电器），将另一线圈连接灯泡（手机）放在通电线圈上，保持通电线圈的频率不变，改变与灯泡相连的线圈的匝数，观察灯泡的亮度变化，定性分析当磁通量变化率不变时，匝数与感应电动势之间的关系［2］。

实验现象：

当线圈匝数为2匝时，小灯泡不太亮；当线圈匝数为10匝时，小灯泡比较亮。

结论：频率不变，磁通量变化的快慢一定时，线圈匝数越多，小灯泡越亮，感应电动势越大。

设计意图：定性研究并不精确，但效果也很明显，采用身边的事物来完成实验，增加了实验的趣味性，使学生的体验感更强。同时，直接采用无线充电器产生磁场的优势在于解决问题更为直接，操作也更加简单方便。

4.2.4 创新探究二：定量探究，得出结论

这一环节主要是定量探究感应电动势与磁通量变化率之间的关系，采用数字化信息技术DISLab，实验装置包含了磁感应强度传感器（LWE861）、法拉第电磁感应定律实验器Ⅱ（LW－Q828）、智能电源V2.0、导线、电脑，如图7所示。

图7 朗威法拉第电磁感应定律实验器

其电路安装及电脑操作界面如图8所示。

图8 法拉第电磁感应定律实验器安装情况及操作界面

将磁感应强度传感器置于线圈内部，打开智能电源，调整电源的输出电压，使螺线管内部磁场约为5 mT。首先，分别选择智能电源信号的输出模式为“梯形波”“三角波”和“锯齿波”，按下运行键，调节各波形幅度，即可得到磁感应强度与对应的感应电动势的变化情况，观察二者之间的关系；接着，分别对“梯形波”“三角波”和“锯齿波”各波段进行选择区域，得出感应电动势与磁感应强度变化率的关系，如表1所示。

表1 法拉第电磁感应定律定量实验结果

设计意图：从定性到定量是物理实验的基本流程，数字化的实验方式更加精确、直观。通过实验现象总结实验结果，在线圈横截面积一定的情况下，磁感应强度的变化率正比于磁通量的变化率，即在一定的时间内，磁感应强度的变化反映了磁通量的变化，从而得出感应电动势与磁通量的变化率成正比的定量关系［3］。

4.2.5 升华：归纳总结，迁移反思

回顾本次实验的全过程，总结出实验的结论及实验过程中的收获，相互交流，为后续学习作准备。

5 结语

本节实验教学的创新之处主要体现在以下三个方面：首先，在课程的引入上采用了无线充电器这一新的情境载体，并且贯穿始终，真正从解题中抽离出来，开始解决问题；其次，定性研究取材简单，学生操作方便，极大地增加了学生的参与度，增强了学生的成就感；再次，本实验融入现代科学技术，采用更加先进、精确的技术手段进行实验，关注到了未来教学的发展方向。

适度且合理的情境应用于实验教学中，将情境中的事物或者一段经历转化为一个物理探究过程，让学生在观察和体验后有所发现，在思考和分析后有所构思，在讨论和探究后有所收获。将问题情境贯穿于整个创新实验教学中，采用多样化的教学方式，利用现代技术，引导学生认识物理本质，增强解决问题的能力，真正将物理核心素养的培养落到实处。