中學(xué)物理興趣探究課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與研究

馬小花　沈宏君

摘? 要 實(shí)驗(yàn)探究是物理教學(xué)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，興趣教學(xué)是高效的教學(xué)策略，讓學(xué)生在基于興趣的基礎(chǔ)上經(jīng)歷物理實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，可以幫助學(xué)生高效學(xué)習(xí)。以制作“簡(jiǎn)易的特斯拉線圈”為例，設(shè)計(jì)一節(jié)興趣探究課，并結(jié)合中學(xué)物理實(shí)際教學(xué)情況進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞 特斯拉線圈;中學(xué)物理;實(shí)驗(yàn);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）15-0120-03

1 前言

依據(jù)傳統(tǒng)的物理教學(xué)實(shí)際，學(xué)生主要是從課堂上教師的講授或者在課后通過(guò)參考教材等學(xué)習(xí)物理知識(shí)。學(xué)生如此學(xué)物理有悖于物理學(xué)科的發(fā)展規(guī)律，也會(huì)消磨掉學(xué)生的熱情，不利于學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。物理興趣探究課堂是建立于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐之上的學(xué)習(xí)，可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，激發(fā)其物理學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量[1]。

2 研究意圖

物理課標(biāo)要求分析? 依據(jù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求，教學(xué)目標(biāo)必須致力于學(xué)生的終身發(fā)展，激發(fā)并保持學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生切身經(jīng)歷和親身體驗(yàn)物理探究的過(guò)程，讓每個(gè)學(xué)生的內(nèi)在潛能都得到發(fā)展。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師必須注重教學(xué)方式的多樣性，教學(xué)設(shè)計(jì)需結(jié)合當(dāng)今社會(huì)科技的發(fā)展，讓學(xué)生跟隨時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步學(xué)習(xí)物理，真正體驗(yàn)到從生活走向物理，然后在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的基礎(chǔ)上解決生活實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐培養(yǎng)創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力。

學(xué)情分析? 中學(xué)物理固定的教學(xué)模式讓很多教師只注重學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)“表面”的掌握程度，要求學(xué)生的“紙上功夫”，離開(kāi)“花式做題”技能的支撐，教學(xué)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)一系列阻礙學(xué)生長(zhǎng)久發(fā)展的問(wèn)題。學(xué)生逐漸懶于思考，缺乏質(zhì)疑問(wèn)題事實(shí)的能力，物理學(xué)習(xí)方式被動(dòng)單一，只注重書(shū)本知識(shí)的掌握，沒(méi)有辦法脫離書(shū)本來(lái)認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)物理。現(xiàn)在的中學(xué)生普遍存在動(dòng)手實(shí)踐能力差，缺乏正確的科學(xué)思維方法，缺乏物理學(xué)習(xí)精神以及對(duì)學(xué)習(xí)物理存在枯燥、乏味、晦澀難懂的錯(cuò)誤認(rèn)知等一系列問(wèn)題[2]。

方式單一刻板的教學(xué)模式讓中學(xué)物理教師和學(xué)生都忽略了物理本身的魅力，教師在沒(méi)有激發(fā)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生將會(huì)處于被動(dòng)的狀態(tài)接納這種傳統(tǒng)的知識(shí)的灌輸。學(xué)生學(xué)習(xí)物理并非是真正出于對(duì)物理的熱愛(ài)，而是源于社會(huì)要求，這些都讓學(xué)生在心理上產(chǎn)生對(duì)學(xué)習(xí)物理的負(fù)面情緒，在心理上處于抗拒的狀態(tài)。如此的學(xué)習(xí)是沒(méi)有實(shí)際意義的，可以說(shuō)是扼殺了學(xué)生在物理方面的創(chuàng)造性。因此，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，興趣學(xué)習(xí)尤為重要，基于興趣的學(xué)習(xí)才能真正調(diào)動(dòng)他們對(duì)于學(xué)習(xí)物理的激情。一節(jié)興趣探究課是學(xué)生學(xué)習(xí)物理所必需的“敲門(mén)磚”，也是學(xué)生長(zhǎng)久學(xué)習(xí)物理的“調(diào)味劑”，更是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的“指路燈”。

3 探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)：制作簡(jiǎn)易的特斯拉線圈

探究目標(biāo)

1）知識(shí)與技能。學(xué)生通過(guò)本節(jié)以“制造簡(jiǎn)易的特斯拉線圈”為核心的興趣探究課堂的體驗(yàn)之后，首先會(huì)對(duì)尼古拉·特斯拉這位偉大的發(fā)明家、物理學(xué)家有一定的了解和認(rèn)識(shí)，了解他的主要成就，并從中體會(huì)到尼古拉·特斯拉這位偉大的物理“達(dá)人”是怎樣影響現(xiàn)代世界的，以此來(lái)樹(shù)立學(xué)習(xí)榜樣，激發(fā)學(xué)習(xí)欲望。通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能理解特斯拉線圈實(shí)驗(yàn)原理，會(huì)動(dòng)手制作簡(jiǎn)易特斯拉線圈。

2）過(guò)程與方法。學(xué)生首先通過(guò)觀看精彩的特斯拉線圈視頻，進(jìn)行提問(wèn)和猜想;然后通過(guò)教師的介紹，了解尼古拉·特斯拉的生平事跡，進(jìn)行課堂討論;最后，全班學(xué)生分組動(dòng)手完成小型特斯拉線圈的制作任務(wù)，制作完成之后，分組進(jìn)行展示和分享。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀。首先從學(xué)生學(xué)習(xí)心理的角度出發(fā)，讓學(xué)生觀看神奇的特斯拉線圈實(shí)驗(yàn)視頻，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心和興趣，讓學(xué)生對(duì)于尼古拉·特斯拉這位杰出的物理學(xué)家生出欽佩之情。通過(guò)引課，會(huì)讓學(xué)生對(duì)特斯拉線圈實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)生心里產(chǎn)生疑惑，從內(nèi)心產(chǎn)生自己也想動(dòng)手制作這樣的特斯拉線圈的欲望，在整節(jié)課的體驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)識(shí)偉大的科學(xué)精神，建立學(xué)習(xí)物理堅(jiān)韌不移的信念，體會(huì)到學(xué)習(xí)物理所應(yīng)具備的態(tài)度，懂得與同學(xué)合作才能事半功倍，培養(yǎng)努力不懈的學(xué)習(xí)精神，在心里認(rèn)可自己，為自己的成果而感到驕傲。

課前實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)備

1）準(zhǔn)備一截直徑為2.6 cm、長(zhǎng)度為12 cm的PVC管，一塊長(zhǎng)方形木板，一卷規(guī)格為0.25 mm的漆包線，一段1.2 mm

的銅線，一個(gè)2N2222A三極管，一節(jié)22 k?的電阻，五節(jié)9 V

電池，一個(gè)開(kāi)關(guān)，一個(gè)乒乓球，一卷錫紙，三個(gè)規(guī)格分別為5 W、9 W、15 W的節(jié)能燈。

2）準(zhǔn)備記錄卡片，將所遇到的問(wèn)題和發(fā)現(xiàn)記錄下來(lái)。

探究過(guò)程

1）閱讀材料。

尼古拉·特斯拉1856年出生于克羅地亞戈斯皮奇。起初，他在卡爾洛瓦次縣上的一所普通學(xué)校讀書(shū)，在這之后的13年，他憑借優(yōu)異的成績(jī)考上了格拉茨理工大學(xué)。他對(duì)物理學(xué)、數(shù)學(xué)和機(jī)械學(xué)十分感興趣，他的專業(yè)研究方向也由此確定。由于社會(huì)局勢(shì)的變化，他失去了助學(xué)金，因?yàn)闆](méi)有辦法負(fù)擔(dān)巨額的學(xué)費(fèi)，迫于無(wú)奈選擇退學(xué)。實(shí)際上特斯拉在格拉茨理工大學(xué)只完成了一學(xué)年的課程。

雖然大學(xué)的門(mén)在他面前已經(jīng)關(guān)上，但是他并沒(méi)有放棄自己的學(xué)習(xí)。再后來(lái)的幾年，即便承受著生活的壓力，他也沒(méi)有放棄自己的研究。直到1884年的秋天，已經(jīng)28歲的尼古拉·特斯拉迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)，他加入了愛(ài)迪生的分公司，職務(wù)是一名工程師?；诙嗄甑目鄬W(xué)研究，他發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)模型。

過(guò)了將近兩年的時(shí)間，他決定前往美國(guó)，正式和愛(ài)迪生一起從事研究。起初他所負(fù)責(zé)的工作只是設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的電器，因?yàn)榉浅ＥΓ赃M(jìn)步很快，沒(méi)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間，他就成為實(shí)驗(yàn)室不可多得的人才。他在工作期間一直堅(jiān)持不懈，努力也最終有了成果，在實(shí)驗(yàn)室工作期間，實(shí)驗(yàn)室直流電機(jī)的設(shè)計(jì)由他全盤(pán)負(fù)責(zé)。

幾年之后，他有了創(chuàng)立自己的公司的能力，他的公司的主要業(yè)務(wù)是他自己發(fā)明創(chuàng)造的弧光照明系統(tǒng)。以此為引，后來(lái)他發(fā)明了發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)整流器，這也是他第一次為自己的發(fā)明申請(qǐng)專利。令人振奮的特斯拉線圈在1891年問(wèn)世，他對(duì)于科學(xué)發(fā)明有著自己所堅(jiān)持的熱愛(ài)和珍惜。隨著自己的不斷拼搏和努力，1892年，特斯拉擔(dān)任了美國(guó)電力工程師協(xié)會(huì)的副主席，任職兩年。1893年，在交流電照明發(fā)展歷程中發(fā)生了一件大事，在芝加哥舉行的哥倫比亞世界博覽會(huì)上，西屋公司取得了用交流電照明的工程，也正因?yàn)檫@次難得的機(jī)會(huì)，讓人們真正認(rèn)識(shí)了交流電，知道了它的可靠性和安全性。

19世紀(jì)80年代，尼古拉·特斯拉在“電流之戰(zhàn)”中取得令人矚目的輝煌成就，他用自己的發(fā)明讓世界認(rèn)可了這個(gè)一直對(duì)科學(xué)對(duì)物理堅(jiān)持不懈的人。1894年，尼古拉·特斯拉的短波無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)成功，也因此讓全世界認(rèn)識(shí)了他，成為當(dāng)時(shí)最具有影響力的電氣工程師之一。1891年，尼古拉·特斯拉的無(wú)線能量傳輸實(shí)驗(yàn)取得圓滿成功，最后成為商業(yè)化的無(wú)線傳輸。

尼古拉·特斯拉是一個(gè)見(jiàn)證了物理“美學(xué)”的發(fā)明家、物理學(xué)家，他打開(kāi)了現(xiàn)代世界的大門(mén)，讓物理與現(xiàn)代世界接軌。他的一生充滿傳奇色彩，他讓物理這門(mén)學(xué)科有了特別的色彩，也因此有了沃登克里弗塔的存在。

2）實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示。

3）實(shí)驗(yàn)原理如圖2所示。特斯拉線圈本質(zhì)是利用兩個(gè)回路進(jìn)行線圈耦合，實(shí)驗(yàn)中首先讓9 V電池對(duì)其中的一個(gè)回路進(jìn)行充電，然后通過(guò)三極管將回路中的電流放大，當(dāng)回路中的電壓上升到一定程度，變壓器初級(jí)線圈的通路形成，能量將會(huì)在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間持續(xù)震蕩，并通過(guò)耦合傳遞到次級(jí)線圈。次級(jí)線圈的構(gòu)成相當(dāng)于一個(gè)電感，因此會(huì)產(chǎn)生LC震蕩。當(dāng)振蕩頻率達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，電源的能量就會(huì)被傳遞到次級(jí)線圈，尖端就會(huì)放電[3]。

4 教學(xué)過(guò)程

【教學(xué)環(huán)節(jié)一】教師利用多媒體等設(shè)備播放各種精彩的特斯拉線圈實(shí)驗(yàn)視頻，學(xué)生進(jìn)行觀看。

【教學(xué)建議】學(xué)生觀看視頻后，教師提出問(wèn)題，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出自己觀察到的現(xiàn)象，并讓學(xué)生做出猜想。教師需要巧妙利用特斯拉線圈實(shí)驗(yàn)視頻做引導(dǎo)，為接下來(lái)的尼古拉·特斯拉生平事跡及特斯拉線圈的介紹做好鋪墊。

【教學(xué)環(huán)節(jié)二】教師向?qū)W生介紹尼古拉·特斯拉的生平事跡以及特斯拉線圈的發(fā)明。

【教學(xué)建議】

1）教師可以讓學(xué)生觀看有關(guān)尼古拉·特斯拉的影片。

2）教師可以向?qū)W生簡(jiǎn)要介紹尼古拉·特斯拉的人生經(jīng)歷和偉大發(fā)明，并介紹他的偉大發(fā)明是如何推動(dòng)和影響現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的，以及他的發(fā)明運(yùn)用到了生活中的哪些方面，讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)尼古拉·特斯拉的同時(shí)體驗(yàn)到物理和生活是息息相關(guān)、密不可分的。

3）引出本節(jié)課的研究對(duì)象——特斯拉線圈

【教學(xué)環(huán)節(jié)三】小組完成探究實(shí)驗(yàn)“制作小型特斯拉線圈”，方法步驟如下。

1）首先將規(guī)格為0.25 mm漆包線均勻地纏繞在PVC管上（不要壓線），兩端各預(yù)留出一段。

2）將乒乓球用錫紙包裹，并將線圈上端的細(xì)線與錫紙相接，最后用熱熔膠將其固定在線圈上端。再用熱熔膠將開(kāi)關(guān)、PVC管固定在木板上。

3）用膠帶固定三極管位置，將電阻和三極管焊在一起，把1.2 mm的銅絲在PVC管外纏繞兩圈，將PVC管底部銅絲和電阻焊接在一起。

4）把規(guī)格為1.2 mm的銅絲的一端和三極管焊接在一起，把1.2 mm的銅絲的另外一端和電阻焊接在一起。

5）將電阻和開(kāi)關(guān)用導(dǎo)線連接起來(lái)，把9 V電池連接件分別和三極管與開(kāi)關(guān)連接在一起。

6）安裝電池，進(jìn)行測(cè)試。

【教學(xué)環(huán)節(jié)四】學(xué)生分組展示自己的特斯拉線圈，并和老師、同學(xué)分享收獲和經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高中生制作“簡(jiǎn)易的特斯拉線圈”這個(gè)案例進(jìn)行課堂實(shí)踐和研究之后，能夠發(fā)現(xiàn)這類探究興趣課的優(yōu)勢(shì)所在。首先，興趣探究課上注重的是學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，重在學(xué)生參與和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，而且這類課堂的研究成果往往更加傾向于學(xué)生的所得所感。本文案例中，教學(xué)設(shè)計(jì)第一環(huán)節(jié)就是通過(guò)精彩絕倫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)抓住學(xué)生眼球，讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課產(chǎn)生濃厚的興趣，再通過(guò)層層遞進(jìn)的方法，讓學(xué)生走進(jìn)課堂、沉浸在課堂中，最后再走出課堂。

本文的研究初衷是通過(guò)一節(jié)興趣探究課設(shè)計(jì)案例來(lái)凸顯當(dāng)前中學(xué)教育在學(xué)生興趣培養(yǎng)方面的欠缺。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)物理不可或缺的條件，教師可以通過(guò)探究性興趣課堂來(lái)觀察和分析學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究能力，也可以把探究興趣課堂的優(yōu)勢(shì)與日常教學(xué)相結(jié)合，為日常的物理教學(xué)設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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[3]龔軍龍，盧榮德.特斯拉線圈演示儀的制作與應(yīng)用[J].大學(xué)物理，2019，38（1）：58-61，66.