基于核心素養(yǎng)的物理實驗教學(xué)研究（四）中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

基于核心素養(yǎng)的物理實驗教學(xué)研究（四）中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計北京師范大學(xué)物理系李春密中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計演示什么？如何進(jìn)行演示實驗？為什么演示？演示實驗的效果?中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計的基本過程中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計確定演示實驗主題1物理課程標(biāo)準(zhǔn)教材內(nèi)容分析具體教學(xué)內(nèi)容分析實驗主題確定中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

課標(biāo)解讀：

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》（2003年）選修3系列

3-1模塊（三）磁場的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)要求：（4）通過實驗，認(rèn)識安培力。會判斷安培力的方向。會計算勻強(qiáng)磁場中安培力的大小。解讀：要求“通過實驗，認(rèn)識安培力”，對具體的實驗形式?jīng)]有要求，而定量測量安培力是高中物理教學(xué)中的難點，對于剛接觸磁場內(nèi)容的學(xué)生來說，進(jìn)行獨立的定量實驗是比較難以實現(xiàn)的，所以建議這里安排演示實驗顯示磁場對電流的作用。通過觀察演示實驗掌握判斷安培力方向的方法，重在讓學(xué)生體會怎樣用簡單的方法來表示幾個相關(guān)物理量間的關(guān)系。在演示實驗的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)安培力的公式，理解公式中各物理量的物理意義，并能計算安培力。如：通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計教材內(nèi)容安排針對安培力的大小安排有“磁場中的通電導(dǎo)線”實驗；針對安培力的方向安排有“平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用”的實驗；

課后的“做一做”欄目安排一個趣味實驗—旋轉(zhuǎn)的液體。

在人教版高中物理教材選修3系列3-1模塊中，設(shè)置了“第三章磁場——第四節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”一節(jié)中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

安培力的方向和大小是本節(jié)重點，弄清安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系是本節(jié)難點。三者都是比較抽象的概念，可以借助演示實驗使學(xué)生分析磁場、電流和安培力三者方向間的關(guān)系，總結(jié)歸納安培力的大小，使直觀形象和物理規(guī)律有效的結(jié)合起來，加強(qiáng)重點知識的教學(xué)。

由此可以確定針對該教學(xué)內(nèi)容的演示實驗主題是：實驗演示影響安培力的大小的因素；實驗演示決定安培力的方向的因素；實驗演示安培力的具體應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容分析中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計例如：北師大二附中彭夢華老師在講授“通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用”時安排了如下實驗：演示實驗1：影響安培力大小的因素演示實驗2：影響安培力方向的因素實驗一演示實驗3：影響安培力方向的因素實驗二演示實驗4：安培力方向、電流方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向之間的關(guān)系演示實驗5：通電平行直導(dǎo)線間的相互作用演示實驗6：自制教具模擬線圈在磁場中的受力和運動演示實驗7：旋轉(zhuǎn)的液體中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計明確演示實驗的教學(xué)目標(biāo)2為什么進(jìn)行演示實驗？要實現(xiàn)什么教學(xué)目的和作用？

依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)，明確演示實驗要實現(xiàn)的教學(xué)目的。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計中學(xué)物理演示實驗教學(xué)目的（1）創(chuàng)設(shè)情境、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣（2）提供必要的感性素材，幫助學(xué)生建立概念和認(rèn)識規(guī)律，形成物理觀念（3）展現(xiàn)邏輯層次，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力和實驗探究能力（4）應(yīng)用已知物理知識，加深理解中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

選擇實驗內(nèi)容、設(shè)計實驗方案需根據(jù)：

（1）所選演示實驗?zāi)康摹?nèi)容；

（2）演示實驗教學(xué)的基本要求；

（3）學(xué)校實驗資源情況；

（4）學(xué)生的情況；

（5）實驗時間和教學(xué)所允許的時間；

（6）演示實驗之間的協(xié)調(diào)銜接關(guān)系。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計中學(xué)物理演示實驗教學(xué)的基本要求中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

根據(jù)演示實驗教學(xué)目標(biāo)和實驗方案，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略和教學(xué)結(jié)構(gòu)模式，并對整個教學(xué)思路進(jìn)行總體設(shè)計，確定大致的教學(xué)環(huán)節(jié)和程序。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計（1）演示—觀察—解釋—歸納的演示實驗教學(xué)策略（2）演繹—演示—觀察—檢驗的演示實驗教學(xué)策略（3）預(yù)測—觀察—解釋—檢驗的演示實驗教學(xué)策略中學(xué)物理演示實驗教學(xué)基本策略中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計提出問題創(chuàng)設(shè)情境實驗事實現(xiàn)象觀察分析歸納科學(xué)抽象得出結(jié)論鞏固應(yīng)用（1）演示—觀察—解釋—歸納的演示實驗教學(xué)策略包括針對教學(xué)情境或問題，進(jìn)行實驗演示，實驗現(xiàn)象的觀察解釋，實驗分析歸納結(jié)論的基本過程。常規(guī)下演示實驗教學(xué)是教師演示實驗，學(xué)生觀察實驗，教師對實驗進(jìn)行解釋歸納。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計操作規(guī)范

演示成功

現(xiàn)象清楚

有效引導(dǎo)

縝密講解演示—觀察—解釋—歸納的演示實驗教學(xué)策略應(yīng)用注意事項：中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計（2）演繹—演示—觀察—檢驗的演示實驗教學(xué)策略提出問題演繹推理實驗檢驗應(yīng)用鞏固首先針對問題，進(jìn)行理論的演繹推理，再進(jìn)行實驗演示，實驗現(xiàn)象的觀察，對演繹推理的實驗進(jìn)行檢驗以判斷推理正確與否的基本過程。常規(guī)下演示實驗教學(xué)是師生共同演繹推理，教師演示實驗，學(xué)生觀察實驗，師生共同進(jìn)行實驗檢驗和判斷。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計提出假設(shè)進(jìn)行預(yù)測實驗事實現(xiàn)象觀察分析歸納科學(xué)抽象實驗檢驗得出結(jié)論（3）預(yù)測—觀察—解釋—檢驗的演示實驗教學(xué)策略

在實驗演示前，針對教學(xué)問題學(xué)生根據(jù)自己已有的知識先對實驗現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測，教師演示實驗時，學(xué)生觀察實驗，然后學(xué)生對所觀察的現(xiàn)象進(jìn)行分析抽象和解釋，判斷能否檢驗最初的預(yù)測。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

在預(yù)測階段，教師介紹實驗內(nèi)容，學(xué)生預(yù)測實驗現(xiàn)象，學(xué)生在小組內(nèi)討論預(yù)測的現(xiàn)象，并在全班解釋自己的觀點。

在演示階段，教師演示實驗，學(xué)生觀察、記錄實驗現(xiàn)象，小組內(nèi)討論實驗現(xiàn)象。

在解釋階段，學(xué)生在全班解釋實驗現(xiàn)象、預(yù)測與實驗的差別，并對學(xué)生的不同觀點進(jìn)行討論，最后教師進(jìn)行總結(jié)。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計(1)把握學(xué)生的前概念在預(yù)測階段，應(yīng)使學(xué)生充分暴露前概念，教師準(zhǔn)確地判斷出各種前概念的實質(zhì)、產(chǎn)生的原因及其合理性和局限性，為課前實驗的設(shè)計和課堂上學(xué)生認(rèn)知沖突、概念轉(zhuǎn)變提供依據(jù)。(2)設(shè)計系統(tǒng)化、生態(tài)化的實驗為了把學(xué)生的前概念充分暴露出來，實驗的設(shè)計應(yīng)具有針對性。預(yù)測—觀察—解釋—檢驗的演示實驗教學(xué)策略應(yīng)用注意事項：中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計在演示之前，一定要讓學(xué)生明確為什么要做這個實驗，以及打算怎樣進(jìn)行；出示的儀器應(yīng)當(dāng)有所交待。在演示實驗中，應(yīng)設(shè)法創(chuàng)造條件，突出觀察對象，排除次要因素的干擾。利用演示實驗培養(yǎng)學(xué)生正確的觀察思路，全面客觀的反映觀察到的事物屬性。要透過表面現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì)，利用對比的方式進(jìn)行觀察使思維向縱深方向發(fā)展。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計例如：“通電導(dǎo)線在磁場當(dāng)中受到力的作用”從實驗要求和教學(xué)要求來看，實驗方案模型中應(yīng)包含兩個內(nèi)容(1)磁場；(2)可以通電的，且可運動的導(dǎo)體。實驗主要要觀察的是導(dǎo)體的“動”。如何使導(dǎo)體“易動”且“動得明顯”，是實驗設(shè)計中首先要考慮的問題。一般的教學(xué)過程都采用如圖所示的實驗裝置，這個裝置采用的方法是讓通電導(dǎo)線在磁場的作用下，沿水平方向滾動。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計

除了“滾動”的方法外，還有哪些“易動”且“動得明顯”的方法呢？（1）擺動。用懸掛式水平直導(dǎo)線實驗裝置大致如圖A所示。（2）轉(zhuǎn)動。用豎直的直導(dǎo)線實驗裝置大致如圖B所示。（3）豎直平面內(nèi)的運動。裝置大致如圖C、D所示。圖A圖B圖C圖D中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計假設(shè)確定了在水平面上演示通電導(dǎo)體在磁場中運動的方案。這個方案需要的主要儀器和材料是：

（1）磁體；

（2）運動導(dǎo)體和導(dǎo)軌；

（3）電源。中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計（1）磁體

磁體是使通電導(dǎo)體受力且直接影響受力大小的重要因素之一。裝置對磁體的要求不僅要提供磁場的磁場要強(qiáng)，而且磁場的區(qū)域要大一些。對此，可以把若干塊蹄型磁鐵并起來，組成一塊大的磁體（如圖A）或給蹄型磁鐵加上一些小的強(qiáng)磁鐵來加強(qiáng)它的磁性（如圖B）。圖A圖B中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計（2）運動導(dǎo)體和導(dǎo)軌

通電導(dǎo)體在水平方向滾動，根據(jù)導(dǎo)體和導(dǎo)軌形狀的不同，可以有多種組合方式。如：a.導(dǎo)體為圓柱體，導(dǎo)軌為兩根金屬棒；b.導(dǎo)體為圓管，導(dǎo)軌為兩根金屬棒；c.導(dǎo)體像車輪、車軸形狀，導(dǎo)軌為兩塊金屬平板，如圖所示。圖中學(xué)物理演示實驗教學(xué)設(shè)計器材選擇：

對圓管的要求是：一方面質(zhì)量要小，要質(zhì)量小就需使管壁薄一些、管子細(xì)一些（受磁體空間限制）；另一方面作為課堂演示實驗，運動導(dǎo)體不能太小，特別是截面