重视实验价值发展核心素养

叶春 张岚

摘要：物理实验在物理课堂教学中有着重要的价值，教师通过深入研究并充分挖掘物理实验的价值，能激发学生学习的热情，帮助学生形成正确的物理观念，培养学生的科学思维，提高科学探究的能力。

关键词：物理实验;物理概念;科学思维;科学探究

中图分类号：G647.38文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）22-052-2

高中物理新课标中明确指出，物理学是一门以实验为基础的学科，是基于观察与实验，建构物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和论证形成体系的一门学科。物理实验是物理教学的重要组成部分，在学生的培养中有着独特的魅力和价值。那么如何挖掘物理实验的价值，助力学生核心素养的培养，本文以“磁感应强度”的教学为例，从以下几点进行了探索。

一、创新引入实验，丰富学生的感性认识，激发学生学习热情

师：展示形状大小不同的三块磁铁和一个2kg的铅球，让学生猜想哪个磁铁磁性最强，并请学生上台演示。

生：很多学生会先尝试最大的蹄形磁铁和稍小的条形磁铁去吸引铅球，发现都无法吸起来，最后意外发现利用最小的钕铁硼磁钢吸引起了铅球。

设计意图：现代认知心理学认为，兴趣是产生动力的重要条件，是推动学习的一种内部强劲的动力。学生头脑中存在很多错误的概念，会认为磁性的强弱与磁铁的大小有关，通过经历与日常经验相背的实验，能调动学生的好奇心，激发求知欲，迅速将学生的思维聚焦到所要研究的问题中来。

二、分层演示实验，突出教学重点，帮助学生理解物理概念

类比电场的研究，引导学生理解磁场的性质可以通过磁场对外的作用来进行研究。那么如何研究磁场的方向呢？教师提示引入小磁针，并进行演示实验。

第一层某一个点放一枚小磁针，标识静止后小磁针N级的指向，得到该点的磁场方向。

第二层多个点各放置小磁針，标识静止后N级的指向，得到近似一条线上的各点的磁场方向。

第三层撤去原先条形磁铁下方的白纸，白纸下面是一个排列着小磁针的有机玻璃盒，如图所示，用以描述条形磁铁同一个面上的磁场方向。

第四层动画模拟展示条形磁铁的磁场空间分布情况。

设计意图：演示实验的设计遵循从简单到复杂的研究方式，首先最简单的一个点，到一条线，再到一个面，最后上升到空间，理解磁场的空间存在性和方向性，帮助学生形成场的观念。课堂教学中，物理实验可以为学生理解抽象的物理概念，提供感性材料，通过铺设台阶，创设良好的演示实验的学习环境，可以有效的突出重点，突破难点。

三、注重探究性实验的设计，培养科学思维

描述磁场强弱的物理量磁感应强度的定义可以类比电场强度的定义来进行，这是本节课的重点，也是难点。可以通过任务驱动的方式，来组织学生学习。

任务一：电流元的定义

师：在电场中我们引入了试探电荷研究了电场强度，为了研究磁场中的受力情况，在磁场中应该引入小磁针来作为试探还是引入小段电流来进行试探？两位同学为一小组，互相讨论并说说选择的原因。

生：互相讨论，提出一些想法。

师：引导学生选择小段电流进行探究，并取名电流元。师生一起归纳原因：一是不存在磁单极子，小磁针某一极受力难确定;二是小磁针本身属性很难量化，相反小段电流属性很明确，即电流大小和导线的长度。

任务二：实验方案的设计

师：要定义磁感应强度，那么首先应该选择怎样的磁场来研究比较好？为什么？

生：通过教师的引导，研究问题应该从简单到复杂，从特殊到一般的方法进行。同学通过分析总结得出，先研究最简单的匀强磁场，并且可以分析匀强磁场中的一段导线的受力情况，虽然得出的是一条线上的结论，但是由于匀强，处处相同，可以看作是各点叠加以后的结果。

师：电流的大小可以通过改变电压实现，那么匀强磁场范围有限，导线的长度如何改变呢？

生：通过改变线圈的匝数来改变磁场中导线的长度。

师：线圈电流的受力我们怎么测量？

生：在教师引导下，得出可以类比电流表的指针偏转来进行，也可以根据力的作用是相互的原理，转换测量对象，研究磁场的受力来进行。

教师展示装置：

1.用磁性很强的环形磁铁，两面包裹铁皮的方式制成长约15cm、厚约1cm的板形磁铁，并用长约20cm，宽约10cm的木料制作骨架

2.用直径0.5mm的漆包线绕制成200匝左右的多抽头线圈（在50匝、100匝、150匝、200匝处抽头）

3.铁架台固定线圈，电源、电流表、滑动变阻器、导线和电键构成简单串联电路

4.实验装置如图：通过测量通电后电子天平上磁铁的受力变化，来研究线圈受的磁场力作用

设计意图：根据建构主义理论，概念教学要通过顺应，同化进而进行意义建构。许多实验设计构思巧妙，思想方法独特。学生通过实验原理的分析，灵活的选择器材，经历实验设计的过程，可以让学生更好的理解，培养学生的科学思维方法。

四、经历实验探究过程，学会数据分析归纳，培养学生科学探究能力

在完成实验设计后，接下来学生要一起完成设计表格，记录数据，并对数据进行归纳和论证。由于导线受力与导线长度、电流大小以及电流方向和磁场的方向的夹角都有关系，应当采用控制变量的思想。首先确定电流和磁场垂直，接下来设计表格。

师：现在我们要探究导线受力和电流大小、导线长度的关系，应该保持哪些物理量不变？改变哪些物理量呢？

生：保持电流不变，改变线圈的匝数，从而改变导线的长度，接着保持匝数不变，改变电流的大小，电流的大小可以通过滑动变阻器的调节来实现。

师：那么接下来我们怎么设计表格呢？

教师和学生合作设计表格，并完成实验数据的收集。

师：首先来研究I不变的时候，F与L的关系。请同学们分析数据，思考如何找规律？

生：教师引导下，利用图像法分析，可以得到，在误差允许范围内，F∝L。

师：接下来研究L不变的时候，F与I的关系。

生：同理可得结论：误差允许范围内，F∝I。

师：那么F与I、L两者存在怎样的关系呢？

师：启发学生综合分析，得出结论F∝IL，即F/IL是一个定值。思考同一个磁场比值是定值，那么不同的磁场比值会怎样呢？

师生合作进一步实验，在原来磁铁处再加两块磁铁，磁场增强，发现比值仍是定值，不过比原来的大了。通过这一实验，可以归纳得出，F/IL是可以用来描述磁场强弱的物理量。

师：类比电场，比较电场强度的定义和磁感应强度的定义的联系和区别，并思考如果非匀强磁场，这个定义式成立吗？

生：都是利用引入试探的研究对象进行比值定义的方式得到的，如果非匀强磁场，只要导线长度足够短，研究的位置还是可以当做匀强处理，所以仍旧成立。

设计意图：苏霍姆林斯基说过，“人的内心里有一种根深蒂固的需求——总想感觉到自己是发现者、探究者。”注重让学生经历数据收集处理过程，从现象和实验中归纳科学规律，是物理教学的重要环节。通过使用图像法和比值法等数学方法，能形成学生初步的数据分析概括的能力，提高学生科学探究的能力。

综上所述，着眼于激发学生兴趣的引入实验、着眼于观察分析与推理能力的演示实验、着眼于探究意识和探究能力的探究实验，通过创新实验方法，挖掘实验价值，引领学生体验透过现象发现本质的科学思维过程，从中学到科学方法，提高思维品质，发展科学素养。

[参考文献]

[1]汪海.中学物理实验教学的价值和策略[J].教育理论与实践，2012（35）：59-61.

[2]鲁世明.挖掘物理实验价值促进学生积极主动发展[J].物理教师，2015（9）：11-14.

[3]王超良.强化实验意识提高探究能力——"磁感应强度"的教学设计[J].教学仪器与实验，2013，29（1）：11-14.

（作者單位：浙江省慈溪中学，浙江慈溪315300）