优化实验设计 突破难点

王春梅

    实验教学是物理教学难点突破的方法之一。很多实验都源于课本，但是结合具体教学实践过程，并不是所有教材中的实验设计，都能在教学中很好地突破教学难点。秉承着教材中实验设计的目的和意图，本文通过对实验设计进行改进，更有利于学生对实验现象进行分析，形成科学思维。从而真正实现提升物理学科的核心素养。下面具体说明如何通过实验改进，对“探究感应电流的产生条件”一节的实验探究所做的教学尝试。

一、教材的实验分析

1.实验的设计

基于学生的学情和已有的认知，教材中给出的三个实验，其中图1 和图2都是学生初中接触过的。这样的设计，能够帮助学生回忆初中学习过的电磁感应的知识。而为了能够使学生实现知识上和思维上的进阶，又设计了实验3。使学生通过实验3的探究认识到“产生感应电流”的其他方法。

2.实践的问题

（1）电路过于复杂

图3中的电路连接，对学生而言本身就是个难点，而且连接过程中，耗时也很多。并且这个实验中又涉及了两个线圈的闭合回路，学生连接时很容易乱。

（2）不易于学生分析实验现象

利用图3学生在操作过程中，只能观察到有感应电流产生，并且知道自己的哪些操作可以产生感应电流。但是由“电流变化”分析出“磁感应强度变化”的结论，对学生而言既抽象，又容易混乱。同时教师在演示、分析实验现象时，也不利于学生科学思维的形成。

基于上述原因，通过改进实验仪器，在实践过程中，很好的突破了学生进阶的障碍和教学中的难点。

3.仪器的改进

将课本中的三个实验装置，利用洛伦兹力演示仪中的前、后的两个励磁线圈替换。如图4所示。

（1）易于操作

利用洛伦兹力演示仪前、后的两个励磁线圈中电流产生的磁场，研究磁如何产生电。通过调节仪器旋钮，能够实现教材中的实验三（如图3）的目的。但是该装置比课本中的方案节约了很多时间，并且更易于分析实验现象，得结论。

（2）结构简单

经过测量，洛伦兹力演示仪中，两个励磁线圈中间的磁场可看作是匀强磁场。学生分析问题，情景简单，更易于帮助学生构建物理模型，并提高学生分析问题的能力。

二、实验教学过程中的难点突破

本节课的思维引导通过实验探究，从寻找“变化量”开始。并引导学生找到感应电流的产生条件。针对这一教学难点，首先进行了难点分解。通过实验，让学生认识到除导体切割磁感线外，其他产生感应电流的方式。然后通过实验，分析其他产生感应电流方式的原因，即寻找一次变化量。再通过实验，让学生认识到初中所学的“导体切割磁感线”，并不是产生感应电流的本质。最后，通过实验，使学生认知再次发生冲突，从而归纳总结出产生感应电流的变化量。具体设计如下：

1.巧用励磁线圈中磁场，使学生与已有认知产生冲突

（1）演示切割不产生感应电流问题

①场强分布不均匀

虽说我们把两个励磁线圈内部的磁场可看作是匀强磁场，但是在实验过程中，其线圈内部磁场呈现靠近圆心部分略强，远离圆心略弱的分布。

②竖直面移动线圈操作困难

在实验过程中，经过多次尝试发现，当闭合线圈在平行于前、后两个励磁线圈的具体操作过程中，不能保证闭合线圈的移动始终在同一竖直面内，并且很难实现磁通量不变。

基于上述两点，对实验装置进行了优化。（如图4）在装置的固定支架上竖直放置了一块绝缘板，师闭合线圈紧贴竖直板，并以励磁线圈的圆心为线框移动的圆心（图7、图8）。在反复操作过程中，多次很好的得出了闭合回路的导体做切割磁感线运动，可以不产生感应电流这一结论。

利用该装置，还可以让学生对比观察，闭合回路的部分導体做切割磁感线运动（闭合线圈进入、移出磁场），与闭合回路导体做切割磁感线运动（闭合回路完全置于磁场中移动）现象的不同，从而引发学生的进一步思考—产生感应电流的条件到底是什么。学生能够认识到励磁线圈中电流不变，其周围磁感应强度B不变，

改变面积S，可以产生感应电流。而当磁感应强度B和面积S都不变时，可以不产生感应电流。

（2）演示闭合回路的导体不切割产生感应电流

首先将闭合线圈固定于励磁线圈内部竖直放置的绝缘板上（图9）。由于实验装置简洁、易观察和操作，学生能够提出可行的产生感应电流的办法，即调节前、后两个励磁线圈中的电流大小，通、断电，以及同时改变两个励磁线圈中电流的方向。基于前面所构建的两个励磁线圈内部磁场的分布情况，学生能够由“调节电流”进一步认识到“其内部磁场的变化”。由此学生能够得出闭合回路面积S不变，当改变磁感应强度B时，可以产生感应电流。

三、实验改进的反思

1.依据课本进行实验改进

教材中的实验是否都需要进行改进，还要依据学情和教学实践条件等具体问题而定。我们不能盲目的，为了追求改变而改进，而是应该以学生为主体，从学生的角度出发，依据教学内容和课程标准，进行适当的教学调整。

2.实验改进的价值

（1）改进点的思考

从学生认知，学生学习思维的障碍点，并结合教学难点，分析教材实验中的不足或是结合实践经验中的一些问题，改进并设计实验。

（2）实验改进的原则

力求简单、明了，且可操作性强。本实验中进行的实验改进，将课本复杂的电路问题，以及不利于学生思维发展的现象分析，通过简单、易于观察和分析的情景呈现。同时也兼顾了学生已有的认知结构。

（3）改进实验的推广

实验改进是广大一线教师的实践和尝试，能否进一步推广或是广泛应用于教学实践中，还要结合具体实际考虑。

总之，在教学实践的过程中，如何通过实验教学更好的突破教学难点，笔者还将不断思考、实践和尝试。