基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究（四）中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究（四）中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)北京師范大學(xué)物理系李春密中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)演示什么？如何進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)？為什么演示？演示實(shí)驗(yàn)的效果?中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的基本過(guò)程中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)確定演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)主題確定中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

課標(biāo)解讀：

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

3-1模塊（三）磁場(chǎng)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)要求：（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)安培力。會(huì)判斷安培力的方向。會(huì)計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的大小。解讀：要求“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)安培力”，對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)形式?jīng)]有要求，而定量測(cè)量安培力是高中物理教學(xué)中的難點(diǎn)，對(duì)于剛接觸磁場(chǎng)內(nèi)容的學(xué)生來(lái)說(shuō)，進(jìn)行獨(dú)立的定量實(shí)驗(yàn)是比較難以實(shí)現(xiàn)的，所以建議這里安排演示實(shí)驗(yàn)顯示磁場(chǎng)對(duì)電流的作用。通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)掌握判斷安培力方向的方法，重在讓學(xué)生體會(huì)怎樣用簡(jiǎn)單的方法來(lái)表示幾個(gè)相關(guān)物理量間的關(guān)系。在演示實(shí)驗(yàn)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(jì)算安培力。如：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)教材內(nèi)容安排針對(duì)安培力的大小安排有“磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線”實(shí)驗(yàn)；針對(duì)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(shí)驗(yàn)；

課后的“做一做”欄目安排一個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)—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(chǎng)——第四節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力”一節(jié)中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

安培力的方向和大小是本節(jié)重點(diǎn)，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(diǎn)。三者都是比較抽象的概念，可以借助演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生分析磁場(chǎng)、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(lái)，加強(qiáng)重點(diǎn)知識(shí)的教學(xué)。

由此可以確定針對(duì)該教學(xué)內(nèi)容的演示實(shí)驗(yàn)主題是：實(shí)驗(yàn)演示影響安培力的大小的因素；實(shí)驗(yàn)演示決定安培力的方向的因素；實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)例如：北師大二附中彭夢(mèng)華老師在講授“通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用”時(shí)安排了如下實(shí)驗(yàn)：演示實(shí)驗(yàn)1：影響安培力大小的因素演示實(shí)驗(yàn)2：影響安培力方向的因素實(shí)驗(yàn)一演示實(shí)驗(yàn)3：影響安培力方向的因素實(shí)驗(yàn)二演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)5：通電平行直導(dǎo)線間的相互作用演示實(shí)驗(yàn)6：自制教具模擬線圈在磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)7：旋轉(zhuǎn)的液體中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)明確演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)2為什么進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)？要實(shí)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(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目的。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)探究能力（4）應(yīng)用已知物理知識(shí)，加深理解中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案需根據(jù)：

（1）所選演示實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容；

（2）演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求；

（3）學(xué)校實(shí)驗(yàn)資源情況；

（4）學(xué)生的情況；

（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)間和教學(xué)所允許的時(shí)間；

（6）演示實(shí)驗(yàn)之間的協(xié)調(diào)銜接關(guān)系。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)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(duì)整個(gè)教學(xué)思路進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，確定大致的教學(xué)環(huán)節(jié)和程序。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)（1）演示—觀察—解釋—?dú)w納的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略（2）演繹—演示—觀察—檢驗(yàn)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略（3）預(yù)測(cè)—觀察—解釋—檢驗(yàn)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本策略中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)提出問(wèn)題創(chuàng)設(shè)情境實(shí)驗(yàn)事實(shí)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—?dú)w納的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略包括針對(duì)教學(xué)情境或問(wèn)題，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察解釋，實(shí)驗(yàn)分析歸納結(jié)論的基本過(guò)程。常規(guī)下演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋歸納。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)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—?dú)w納的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略應(yīng)用注意事項(xiàng)：中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)（2）演繹—演示—觀察—檢驗(yàn)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略提出問(wèn)題演繹推理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)應(yīng)用鞏固首先針對(duì)問(wèn)題，進(jìn)行理論的演繹推理，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，對(duì)演繹推理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)以判斷推理正確與否的基本過(guò)程。常規(guī)下演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是師生共同演繹推理，教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，師生共同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和判斷。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)提出假設(shè)進(jìn)行預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)現(xiàn)象觀察分析歸納科學(xué)抽象實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)得出結(jié)論（3）預(yù)測(cè)—觀察—解釋—檢驗(yàn)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

在實(shí)驗(yàn)演示前，針對(duì)教學(xué)問(wèn)題學(xué)生根據(jù)自己已有的知識(shí)先對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)，教師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，然后學(xué)生對(duì)所觀察的現(xiàn)象進(jìn)行分析抽象和解釋，判斷能否檢驗(yàn)最初的預(yù)測(cè)。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

在預(yù)測(cè)階段，教師介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生在小組內(nèi)討論預(yù)測(cè)的現(xiàn)象，并在全班解釋自己的觀點(diǎn)。

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

在解釋階段，學(xué)生在全班解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)的差別，并對(duì)學(xué)生的不同觀點(diǎn)進(jìn)行討論，最后教師進(jìn)行總結(jié)。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)(1)把握學(xué)生的前概念在預(yù)測(cè)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(shí)質(zhì)、產(chǎn)生的原因及其合理性和局限性，為課前實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)化、生態(tài)化的實(shí)驗(yàn)為了把學(xué)生的前概念充分暴露出來(lái)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有針對(duì)性。預(yù)測(cè)—觀察—解釋—檢驗(yàn)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略應(yīng)用注意事項(xiàng)：中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)在演示之前，一定要讓學(xué)生明確為什么要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)中，應(yīng)設(shè)法創(chuàng)造條件，突出觀察對(duì)象，排除次要因素的干擾。利用演示實(shí)驗(yàn)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(guò)表面現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì)，利用對(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)例如：“通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)當(dāng)中受到力的作用”從實(shí)驗(yàn)要求和教學(xué)要求來(lái)看，實(shí)驗(yàn)方案模型中應(yīng)包含兩個(gè)內(nèi)容(1)磁場(chǎng)；(2)可以通電的，且可運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。實(shí)驗(yàn)主要要觀察的是導(dǎo)體的“動(dòng)”。如何使導(dǎo)體“易動(dòng)”且“動(dòng)得明顯”，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中首先要考慮的問(wèn)題。一般的教學(xué)過(guò)程都采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，這個(gè)裝置采用的方法是讓通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)的作用下，沿水平方向滾動(dòng)。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

除了“滾動(dòng)”的方法外，還有哪些“易動(dòng)”且“動(dòng)得明顯”的方法呢？（1）擺動(dòng)。用懸掛式水平直導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)裝置大致如圖A所示。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)。用豎直的直導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)裝置大致如圖B所示。（3）豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)假設(shè)確定了在水平面上演示通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的方案。這個(gè)方案需要的主要儀器和材料是：

（1）磁體；

（2）運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體和導(dǎo)軌；

（3）電源。中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)（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(duì)磁體的要求不僅要提供磁場(chǎng)的磁場(chǎng)要強(qiáng)，而且磁場(chǎng)的區(qū)域要大一些。對(duì)此，可以把若干塊蹄型磁鐵并起來(lái)，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(lái)加強(qiáng)它的磁性（如圖B）。圖A圖B中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)（2）運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體和導(dǎo)軌

通電導(dǎo)體在水平方向滾動(dòng)，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(chē)輪、車(chē)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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)器材選擇：

對(duì)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(shí)驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體不能太小，特別是截面