上海市洋涇中學(xué) 關(guān) 偉
在物理學(xué)發(fā)展史上不難發(fā)現(xiàn),物理學(xué)家們的物理研究規(guī)律是先對(duì)一些物理問題進(jìn)行定性分析,幾乎不用任何計(jì)算就能粗略地獲得各量之間的關(guān)系,顯示出該問題的物理景象,并產(chǎn)生一個(gè)能夠得到預(yù)期結(jié)果的方案。而在定性的分析中,經(jīng)常采用的物理思想方法就是猜想。
“猜想是人們根據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)材料和已知事實(shí)為依據(jù),對(duì)未知事實(shí)或現(xiàn)象的原因及其規(guī)律所作的一種有一定推測(cè)性的說(shuō)明,它是經(jīng)驗(yàn)材料和科學(xué)理論之間的一座橋梁,對(duì)所研究的問題作出預(yù)見性思考,指出解決問題的方向?!边@句話中談到了經(jīng)驗(yàn)材料、已知事實(shí)的重要性。教師在課堂教學(xué)中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力,為學(xué)生提供豐富的經(jīng)驗(yàn)材料和已知事實(shí)。而提供實(shí)驗(yàn)器材是最真實(shí)、最重要的事實(shí)材料,但有時(shí)實(shí)驗(yàn)室中提供的實(shí)驗(yàn)器材有一定的局限性,不能提供誒學(xué)生更多、更廣的猜想,這就需要教師對(duì)實(shí)驗(yàn)器材做出改進(jìn),給學(xué)生提供更多的猜想途徑和空間。
在“安培力”的教學(xué)中,學(xué)生已經(jīng)知道了通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用,并且也學(xué)習(xí)了左手定則,接下來(lái)要學(xué)習(xí)安培力和哪些因素有關(guān),存在什么關(guān)系,通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力。
第一次教學(xué)嘗試:
(1)實(shí)驗(yàn)器材介紹:軌道寬5.8cm,梯形磁鐵寬3.5cm,約8cm 長(zhǎng)的鋁棒,滑動(dòng)變阻器0—20Ω,四節(jié)電動(dòng)勢(shì)為1.5V 干電池,電路中電流變化范圍0—0.6A。
(2)判斷安培力大?。和ㄟ^(guò)金屬棒啟動(dòng)快慢來(lái)反映安培力的大小。
學(xué)生猜想的途徑和空間:學(xué)生可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器改變電流的大小,判斷安培力。但是由于金屬棒和軌道之間的摩擦力,金屬棒啟動(dòng)時(shí)要用手輕輕推動(dòng),而且也很難觀察到啟動(dòng)快慢。由于軌道內(nèi)只能放置一塊磁鐵,很難再猜測(cè)安培力大小與放入磁場(chǎng)中金屬棒有效長(zhǎng)度的關(guān)系,其他情況更難提供猜測(cè)的途徑。猜想的物理量,如果不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),那么這個(gè)猜想沒有實(shí)際結(jié)果。
第二次教學(xué)嘗試:
(1)實(shí)驗(yàn)器材介紹:邊長(zhǎng)為6cm,有約50匝導(dǎo)線繞制成的矩形線圈(重為0.3N),蹄形磁鐵的寬度 3.5cm,四節(jié)電動(dòng)勢(shì)為1.5V 的干電池,滑動(dòng)變阻器0—20Ω 電路中的電流變化范圍為0—0.6A。
(2)判斷安培力的大小:通過(guò)線圈偏離豎直方向的角度來(lái)判斷
猜想的途徑和空間:懸掛起來(lái)的線圈只要水平方向受到一點(diǎn)力都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),所以學(xué)生在改變滑動(dòng)變阻器、改變電流大小時(shí)或者線圈離磁鐵遠(yuǎn)近時(shí),線圈與豎直方向的角度會(huì)發(fā)生明顯的變化(電流為0.25A 時(shí),線圈偏轉(zhuǎn)約30左右;電流0.5A 時(shí),線圈偏轉(zhuǎn)約80左右)。學(xué)生的猜想得到驗(yàn)證,但是由于線圈中不能放置兩塊或更多磁鐵,所以猜測(cè)有效長(zhǎng)度與安培力大小的關(guān)系時(shí),即使能夠猜測(cè)出來(lái),也不能得到檢測(cè),這樣也限制猜想的途徑。如果通過(guò)增加線圈匝數(shù)來(lái)增加放入磁場(chǎng)中導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度,對(duì)于學(xué)生而言,不是很直觀,猜測(cè)的難度比較大。
第三次教學(xué)嘗試:
(1)實(shí)驗(yàn)器材介紹:自制邊長(zhǎng)為11cm,匝數(shù)50匝導(dǎo)線繞制的矩形線圈(重約0.2N)、四節(jié)干電池和能夠提供1.5、3.0、4.5、6.0v 的電池盒、滑動(dòng)變阻器0—20Ω 電路中的電流變化范圍為(0—0.6A)、兩塊梯形磁鐵(每塊磁鐵寬度3.5cm)。
(2)判斷安培力的大?。和ㄟ^(guò)線圈偏離豎直方向的角度判斷。
在課堂教學(xué)中,學(xué)生根據(jù)教師提供的器材提出了8種猜想結(jié)果。通過(guò)提供不同的電源,學(xué)生在猜測(cè)電流與安培力關(guān)系時(shí),不再局限于改變滑動(dòng)變阻器也可以改變電源的電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)自制線圈,線圈的邊長(zhǎng)增大,能夠放置兩塊磁鐵,從直觀上看,學(xué)生的猜測(cè)空間加大。在實(shí)際的教學(xué)中,學(xué)生們提出很多改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱的方法,為進(jìn)一步的探究提出了新的問題。
例如,第五種情景,學(xué)生開始時(shí)認(rèn)為磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化,后來(lái)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),導(dǎo)線進(jìn)入第二磁場(chǎng)中,安培力方向與原來(lái)方向相反,線圈不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn);第六種情況,經(jīng)過(guò)分析線圈在磁場(chǎng)中部分,磁場(chǎng)的強(qiáng)度沒有發(fā)生變化,這部分線圈中不同部分受到相反方向的安培力,所以線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn),并不能研究安培力與磁場(chǎng)強(qiáng)弱的關(guān)系;第七種情況,學(xué)生分析磁場(chǎng)的強(qiáng)弱并沒有發(fā)生改變;第八種情景,當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),安培力的大小如何變化。這些由學(xué)生猜想出來(lái)的想法很有研究?jī)r(jià)值的,即激發(fā)了學(xué)生的空間想象力,又激活了學(xué)生的思維。
教師為學(xué)生有目的、有計(jì)劃地提供實(shí)驗(yàn)材料或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材,為學(xué)生積累感性材料,有利于學(xué)生提高觀察、猜測(cè)、想象能力。這樣的猜想為科學(xué)探究提供正確的方向,縮小探究的范圍,起到事半功倍的效果。
當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究2015年4期