基于教材创新演示实验设计的三种方式——以“互感和自感”实验教学为例

谭庆仁

（江苏省镇江市教育局教研室，江苏 镇江 212008）

1 问题的提出

物理学是一门实验学科.人类通过实验来探索物质世界的奥秘和自然规律.就中学而言，实验教学是一条帮助学生建立和理解概念、激发学生学习兴趣的有效途径，无论是理论探究后的实验验证，还是实验探究后的理论推导，实验教学均扮演着不可替代的角色.因此，实验教学理应成为物理课堂教学中传授知识的重要路径.但是，物理课堂是不仅仅需要实验，更重要的是实验的效果.下面，笔者就以人教版选修3-2“互感和自感”的实验教学为例，谈谈基于教材创新演示实验教学设计的3种方式.

2 基于教材创新演示实验设计的3种方式

2.1 基于教材，情景再现

由于教材描述的简洁性，在举例时只是以图片的方式来呈现.但是，对于一些没有经历过的场景，学生还是感到陌生和难以理解.如果通过情景再现的方式，把教材中所描述的场景通过实验再现出来，会促进和加深学生对这部分知识的理解和掌握.

案例1.教材中在介绍互感知识点时，将收音机里的“磁性天线”以图片的方式，来说明它是利用互感现象接收广播电台的电磁波信号的.现在的学生很少使用收音机，更谈不上了解其内部结构.

情景再现：如图1所示，将从计算机里拉出的音频线与大线圈相连，将一个有源音箱通过灵敏电流表与一个小线圈构成闭合回路.在计算机里播放音乐时，如图2所示，当把小线圈插入大线圈中时，会从音箱中播放出与计算机中一样的音乐，以此来说明计算机输出的声音电流信号通过互感转换到小线圈里并通过音箱发出声音，此时再介绍收音机接收和转换电磁波信号的原理与此相似.学生也就不难理解了.这一创新设计引起了学生很大的兴趣，也加深了对互感知识的认识.

图2

案例2.教材应用了“开关在断开时会产生电火花”来说明自感的危害.由于缺乏相应的生活经验，对于这一知识点，学生仍然只会停留在“知道层面”，达不到“认识层面”.

情景再现：如图3所示，将一个自感系数较大的线圈与一个白炽灯泡、开关相连后接在家庭电路中.闭合开关S，灯泡发光，若此时将线圈接线柱A处的导线松开后，再不断地试触接线柱，会发现此处会有电火花产生，以说明在断电时线圈中会产生较大的电动势.为进一步说明所产生电火花的危害，如图4所示，在试触时，把蘸有酒精的棉花团放在所产生的电火花附近处，棉花团会燃烧起来，现象非常直观.有效地激发和加深了学生对这一知识点的认识.

图3

图4

2.2 基于教材，增强体验

最大化的激起学生的认知共鸣是演示实验的重要目标.现象显著、效果震撼和感同身受都是对演示实验的高度评价.如果在演示实验中，能让学生参与到实验中去，甚至成为实验仪器中的一员，那对学生造成的印象是非常深刻的，学习的效果也可想而知.

案例3.教材中在演示断电自感时，通过小灯泡慢慢熄灭来说明断电时线圈中会产生自感电动势.这个现象应该说非常明显.

增强体验：如图5所示，用手拉手的十几位学生替换教材中含有小灯泡的支路，通电时学生没有任何感觉，但是在断电时，十几位学生都因为轻微的“电击”一起尖叫起来，此时再引导学生思考“为什么断电后仍然会有电流通过人体呢？”，会使学生终身难忘.在这个创新实验中，十几位学生成为了实验仪器，亲身参与了体验.

图5

2.3 基于教材，理实相补

物理探究包括理论探究和实验探究，两者在教学中均应同等重视，理论探究为实验探究铺垫，实验探究同时也为理论探究佐证，可谓理论探究与实验探究互相补充.

案例4.教材在描述自感现象时安排了思考与讨论：（1）开关断开后，通过灯泡的电流与原来通过它的电流方向是否一致？（2）开关断开后，通过灯泡的感应电流是否有可能比原来的电流更大？为了使实验的效果更为明显，对线圈L应该有什么要求？教材作这样安排的意图是引导学生根据自感现象分析自感电路.

理实相补：在引导学生理论分析后，实验验证时可将实验装置作如下的改进：如图6所示，在通电时可以看到灯泡L1立即亮起来，灯泡L2慢慢亮起来，断电时灯泡L1、L2均过一会才熄灭.那么通电时与断电时流过两只灯泡的电流方向如何呢？可以将图6改成图7所示，用2只并联的发光二极管代替灯泡L1，可以发现，通电时，二极管D2亮，表示通过滑动变阻器的电流是自右向左的；断电时，二极管D1亮，表示通过滑动变阻器的电流是自左向右的，从而验证了断电时通过灯泡的电流与原来通过它的电流方向不一致的结论.同时如图8所示，将数据采集器接于电阻R的支路中，采集开关闭合前一小段时间、闭合后一小段时间和断电后通过电阻R的电流如图9所示，从而得出断电瞬间通过电阻R的电流是可以比原来电流大的结论，再引导学生此时线圈L应该满足什么样的条件.

图6

图7

图8

图9 电流图

因此，在教学中，我们要善于运用演示实验、创新演示实验设计，充分发挥演示实验的功能，会给我们的物理课堂和学生带来不一样的感受.