注重物理实验创新 凸显实验教学功能

摘 要：创新实验是优化物理实验教学的重要手段，也是对物理实验教学资源的有效补充.本文利用创新实验教具“电磁铁磁性测量仪”，弥补教材方案的设计不足，将定性实验变为半定量探究，凸显物理实验的“证据”功能，实现抽象物理概念的科学建构.

关键词：实验创新;自制教具;电磁铁磁性测量仪

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）14-0023-03

基金项目：江苏省中小学教学研究第十三期重点课题“初中物理教学中学生深度学习促进学业质量提高的实证研究”（项目编号：2019jyktzd-11）;江苏省连云港市中小学教研室第十三期重点课题“初中物理教学中促进学生深度学习的实践研究”（项目编号：2019LYGJY13-ZD35）.

作者简介：胡世龙（1979-），男，江苏连云港人，本科，中小学高级教师，研究方向：中学物理课堂教学策略、实验创新研究.

《义务教育物理课程标准（2011年版）》在“实施建议”栏目中明确指出：实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径.《义务教育物理课程标准（2011年版）》提倡通过各种途径开发实验课程资源，其中就包括利用身边物品开展实验创新活动.其原因是物理实验创新能够有效填补实验资源不足，优化教材实验教学的细节，实现提升实验教学效果，从而更好地服务于物理概念、规律的教学，从整体上提升物理教学的质量和品位.笔者现以苏科版义务教育物理教材九年级下册第十六章 第二节 “电流的磁场”一节中“电磁铁及其应用”有关内容为例，对教材中实验方案进行创新设计，利用自制的电磁铁磁性测量仪进行探究教学实践，将原来较为抽象的电磁铁磁性概念进行显化处理，凸显物理实验创新教学的独特功能.

1 对教材中设计方案的分析

笔者对当前我国不同地区正在使用的义务教育物理教材进行分析发现：人教版、沪科版、鲁科版和沪粤版等四种物理教材，在描述电磁铁磁性强弱时都采用转化法，主要是通过观察电磁铁吸引大头针（或曲别针）数目多少来体现电磁铁磁性强弱;教科版教材则是通过观察悬挂小铁块的弹簧长度变化来体现电磁铁磁性强弱;而苏科版教材中以“读一读”形式呈现，通过简要文字阐释电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少、线圈中电流大小有关，没有具体说明电磁铁磁性强弱的体现方式.由此可见，教材中对于电磁铁磁性强弱只是体现为定性的表述，缺乏定量的、直观的“实验证据”，致使学生在电磁铁磁性强弱的认知上会产生弱化.

为了克服上述缺陷，突破知识建构上的困境，笔者开发利用生活中常见的“自组物件”，就是教师或学生选择利用身边容易得到的材料、物品，不需要加工，只借用其某种物理属性，组合起来进行物理教学活动.笔者利用“自组物件”的方法自制电磁铁磁性强弱测量仪.

2 本教具的制作过程、创新之处与主要用途

2.1 实验装置的制作过程

2.1.1 主要器材

微型电子台秤、30cm×30cm软塑料泡沫板一块、纽扣式铷磁铁一枚、直径为1mm铜漆包线、一段长约13cm及直径为1.5cmPVC电线管、一根长12cm及直径为1cm的软铁棒、开关、3.8V小灯泡附有灯座、学生电源、30cm×25cm亚克力透明塑料板一块、导线四根（其中二根导线一端带有鳄鱼夹）、短自滚丝若干、PVC自来水管塑料卡槽2只、热熔胶枪、手电钻、三角铁等.

2.1.2 制作的基本方法

（1）截取一块30cm×25cm亚克力透明塑料板，根据三角铁上的孔距用手电钻打孔，先用自滚丝将弯折成90°三角铁固定在亚克力板上，再用自滚丝将其固定在泡沫塑料板上，如圖1所示.

（2）截一段长约13cm电线管，用直径1mm铜漆包线在上面来回密绕二层后中间留一接头，再继续密绕二层到另一端留一接线头，再用热熔胶将电线管两端固定，防止漆包线松散脱落，如图2所示.

（3）取一长约12cm、直径为1cm软铁棒，将一端安装一带有塑料螺母的长螺丝，便于实验操作使用，如图3所示.

（4）将绕制好螺线管安装在PVC水管夹上，并用导线将学生电源、开关、小灯泡和电磁铁连接好.

（5）在电磁铁下端的软泡沫底座上放一微型电子台秤，并在电磁铁下端正对着电子秤盘位置放置一枚铷磁体，提前标出它的N、S极.再把软铁棒插入螺线管中，调节塑料螺母至合适位置，即软铁棒恰好不能把铷磁体吸起来的位置.

2.1.3 实验装置实物图

整套装置由泡沫塑料底座、透明亚克力板支架、铷磁铁、微型电子台秤、螺线管、软铁棒、小灯泡、学生电源、开关及导线等元件组合而成，如图4所示.

2.2 本教具的主要创新之处

（1）利用电子台秤的“清零”功能，可直接将小磁体对托盘压力设置为零.

（2）电磁铁与铷磁体之间相互作用力表现为引力还是斥力，可以通过电子台秤示数的正负号直接体现.若电子台秤示数显示为正数，说明铷磁体对电子台秤的秤盘压力增大，即铷磁体受到电磁铁的排斥作用.反之，若电子台秤示数显示为负数，说明铷磁体对电子台秤秤盘压力减小，即铷磁体受到电磁铁的吸引作用.

（3）电磁铁磁性的强弱可通过电子台秤示数大小直接体现.当铷磁体受到电磁铁排斥时，铷磁体对电子台秤压力增大，电子台秤示数也随之增大.当铷磁体受到电磁铁吸引时，铷磁体对电子台秤压力减小，电子台秤示数也随之减小.

（4）电磁铁两端的极性可以通过电子台秤示数之间的正负号直接判别.根据事先铷磁体标注的N、S极以及磁极间的相互作用规律，若电子台秤显示示数为正数，说明电磁铁与铷磁体靠近那一端极性同名;若电子台秤显示示数为负数，说明电磁铁与铷磁体靠近那一端极性异名.

（5）便于探究线圈匝数多少对电磁铁磁性强弱的影响关系.在控制电源电压不变的情况下，改变接入电路中电磁铁线圈的匝数，可以通过电子台秤示数变化大小直接判断电磁铁磁性强弱的变化情况.

（6）便于探究线圈中电流大小对电磁铁磁性强弱的影响关系.在控制接入电路中线圈匝数多少不变的情况下，改变学生电源的电压高低，可以通过电子台秤示数变化大小直接判断电磁铁磁性强弱的变化情况.

2.3 本教具的主要用途

2.3.1 探究电磁铁磁性的强弱

将实验装置组装好，将学生电源电压调至4.5V位置处，先按电子台秤开关按钮使其启动，再按“清零”按钮使电子秤示数为零.检查无误后闭合开关，观察电子台秤是否有示数.若电子台秤有示数显示，说明电磁铁周围产生磁场，电子秤所显示的示数越大，表示电磁铁的磁性也越强.

2.3.2 探究电磁铁磁极的方向

将实验装置组装好，将电子台秤示数清零后，检查无误后观察电子秤所显示的示数是正数还是负数.若电子秤所显示的示数是正数，表示电磁铁与铷磁体上表面靠近那端是一对同名磁极，即电磁铁下端为N极;若电子秤所显示的示数是负数，表示电磁铁与铷磁体上表面靠近那端是一对异名磁极，即电磁体下端为S极.

2.3.3 探究电流大小对电磁铁磁性强弱的影响

将实验装置组装好，将电子台秤示数清零后，检查无误后闭合开关，观察电子台秤是否有示数.若电子台秤有示数显示，说明电路是通路.现将电源电压逐渐调低使电磁铁线圈中电流减小，可以观察到电子秤的示数逐渐变小，说明电磁铁磁性在逐渐减弱.再将电源电压逐渐调高使电磁铁线圈中电流增大，可以观察到电子台秤的示数也逐渐变大，说明电磁铁磁性也在逐渐增强（注意，此处电源电压不能调太高，防止烧坏电路中的小灯泡）.

2.3.4 探究线圈匝数对电磁铁磁性强弱的影响

将实验装置组装好，先将电子台秤示数清零后，将线圈中间接头、其中一端接入电路，检查无误后闭合开关，观察电子台秤的示数大小.再断开开关，将电磁铁线圈的两端接线头接入电路，可以观察到电子台秤的示数明显增大，说明电磁铁线圈匝数越多，电磁铁磁性越强.

2.3.5 探究电流方向对电磁铁磁极的影响

将实验装置组装好，将电子台秤示数清零后，检查无误后闭合开关，观察并记录下此时电子台秤所显示的示数，此时需要注意观察电子台秤示数是正数还是负数.再将接在学生電源正负接线柱两根导线对调以改变线圈中电流方向，观察到此时电子台秤所显示的示数大小没有发生改变，但电子台秤所显示示数正负值发生了改变，直观地说明电磁铁磁极方向与线圈中电流方向有关.

综上所述，巧借生活中易得物品进行实验创新，不仅能够拉近物理实验与学生的生活距离，推动物理实验生活化的应用，也契合教育心理学中建构主义理论，有助于培养学生的创新能力，帮助学生实现物理知识的有效建构，不断提升学生科学素养.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

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[3]陈海深，王帅.核心素养视域下物理实验生活化应用——以易拉罐的应用为例[J].物理教师，2019，40（10）：79-80+83.

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[5]陈晓霞，邢红军.初中物理实验方法的显化研究[J].中学物理，2018，36（24）：20-22.

（收稿日期：2021-03-12）