改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，拓寬猜想的空間和途徑

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。