中学物理兴趣探究课堂教学设计与研究

    马小花　沈宏君

    

    

    摘? 要 实验探究是物理教学中至关重要的环节，兴趣教学是高效的教学策略，让学生在基于兴趣的基础上经历物理实验探究过程，可以帮助学生高效学习。以制作“简易的特斯拉线圈”为例，设计一节兴趣探究课，并结合中学物理实际教学情况进行分析研究。

    关键词 特斯拉线圈;中学物理;实验;教学设计

    中图分类号：G633.7? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）15-0120-03

    1 前言

    依据传统的物理教学实际，学生主要是从课堂上教师的讲授或者在课后通过参考教材等学习物理知识。学生如此学物理有悖于物理学科的发展规律，也会消磨掉学生的热情，不利于学生的长远发展。物理兴趣探究课堂是建立于学生动手实践之上的学习，可以有效调动学生的内在学习动机，激发其物理学习兴趣，提高学习质量[1]。

    2 研究意图

    物理课标要求分析? 依据物理课程标准要求，教学目标必须致力于学生的终身发展，激发并保持学生的内在学习动机，让学生切身经历和亲身体验物理探究的过程，让每个学生的内在潜能都得到发展。在实际教学过程中，教师必须注重教学方式的多样性，教学设计需结合当今社会科技的发展，让学生跟随时代的发展和进步学习物理，真正体验到从生活走向物理，然后在学习物理知识的基础上解决生活实际问题，通过实践培养创新精神和动手实践能力。

    学情分析? 中学物理固定的教学模式让很多教师只注重学生对于物理知识“表面”的掌握程度，要求学生的“纸上功夫”，离开“花式做题”技能的支撑，教学过程中就会出现一系列阻碍学生长久发展的问题。学生逐渐懒于思考，缺乏质疑问题事实的能力，物理学习方式被动单一，只注重书本知识的掌握，没有办法脱离书本来认识和学习物理。现在的中学生普遍存在动手实践能力差，缺乏正确的科学思维方法，缺乏物理学习精神以及对学习物理存在枯燥、乏味、晦涩难懂的错误认知等一系列问题[2]。

    方式单一刻板的教学模式让中学物理教师和学生都忽略了物理本身的魅力，教师在没有激发学生兴趣的基础上进行教学，学生将会处于被动的状态接纳这种传统的知识的灌输。学生学习物理并非是真正出于对物理的热爱，而是源于社会要求，这些都让学生在心理上产生对学习物理的负面情绪，在心理上处于抗拒的状态。如此的学习是没有实际意义的，可以说是扼杀了学生在物理方面的创造性。因此，对于学生来说，兴趣学习尤为重要，基于兴趣的学习才能真正调动他们对于学习物理的激情。一节兴趣探究课是学生学习物理所必需的“敲门砖”，也是学生长久学习物理的“调味剂”，更是学生学习物理的“指路灯”。

    3 探究实验过程设计：制作简易的特斯拉线圈

    探究目标

    1）知识与技能。学生通过本节以“制造简易的特斯拉线圈”为核心的兴趣探究课堂的体验之后，首先会对尼古拉·特斯拉这位伟大的发明家、物理学家有一定的了解和认识，了解他的主要成就，并从中体会到尼古拉·特斯拉这位伟大的物理“达人”是怎样影响现代世界的，以此来树立学习榜样，激发学习欲望。通过探究实验，学生能理解特斯拉线圈实验原理，会动手制作简易特斯拉线圈。

    2）过程与方法。学生首先通过观看精彩的特斯拉线圈视频，进行提问和猜想;然后通过教师的介绍，了解尼古拉·特斯拉的生平事迹，进行课堂讨论;最后，全班学生分组动手完成小型特斯拉线圈的制作任务，制作完成之后，分组进行展示和分享。

    3）情感态度与价值观。首先从学生学习心理的角度出发，让学生观看神奇的特斯拉线圈实验视频，以此调动学生的好奇心和兴趣，让学生对于尼古拉·特斯拉这位杰出的物理学家生出钦佩之情。通过引课，会让学生对特斯拉线圈实验产生浓厚的兴趣，学生心里产生疑惑，从内心产生自己也想动手制作这样的特斯拉线圈的欲望，在整节课的体验过程中认识伟大的科学精神，建立学习物理坚韧不移的信念，体会到学习物理所应具备的态度，懂得与同学合作才能事半功倍，培养努力不懈的学习精神，在心里认可自己，为自己的成果而感到骄傲。

    课前实验仪器准备

    1）准备一截直径为2.6 cm、长度为12 cm的PVC管，一块长方形木板，一卷规格为0.25 mm的漆包线，一段1.2 mm

    的铜线，一个2N2222A三极管，一节22 k?的电阻，五节9 V

    电池，一个开关，一个乒乓球，一卷锡纸，三个规格分别为5 W、9 W、15 W的节能灯。

    2）准备记录卡片，将所遇到的问题和发现记录下来。

    探究过程

    1）阅读材料。

    尼古拉·特斯拉1856年出生于克罗地亚戈斯皮奇。起初，他在卡尔洛瓦次县上的一所普通学校读书，在这之后的13年，他凭借优异的成绩考上了格拉茨理工大学。他对物理学、数学和机械学十分感兴趣，他的专业研究方向也由此确定。由于社会局势的变化，他失去了助学金，因为没有办法负担巨额的学费，迫于无奈选择退学。实际上特斯拉在格拉茨理工大学只完成了一学年的课程。

    虽然大学的门在他面前已经关上，但是他并没有放弃自己的学习。再后来的几年，即便承受着生活的压力，他也没有放弃自己的研究。直到1884年的秋天，已经28岁的尼古拉·特斯拉迎来了转机，他加入了爱迪生的分公司，职务是一名工程师。基于多年的苦学研究，他发明了世界上第一台感应电机模型。

    过了将近两年的时间，他决定前往美国，正式和爱迪生一起从事研究。起初他所负责的工作只是设计一些简单的电器，因为非常努力，所以进步很快，没过多长时间，他就成为实验室不可多得的人才。他在工作期间一直坚持不懈，努力也最终有了成果，在实验室工作期间，实验室直流电机的设计由他全盘负责。

    几年之后，他有了创立自己的公司的能力，他的公司的主要业务是他自己发明创造的弧光照明系统。以此为引，后來他发明了发电机的电力系统整流器，这也是他第一次为自己的发明申请专利。令人振奋的特斯拉线圈在1891年问世，他对于科学发明有着自己所坚持的热爱和珍惜。随着自己的不断拼搏和努力，1892年，特斯拉担任了美国电力工程师协会的副主席，任职两年。1893年，在交流电照明发展历程中发生了一件大事，在芝加哥举行的哥伦比亚世界博览会上，西屋公司取得了用交流电照明的工程，也正因为这次难得的机会，让人们真正认识了交流电，知道了它的可靠性和安全性。

    19世纪80年代，尼古拉·特斯拉在“电流之战”中取得令人瞩目的辉煌成就，他用自己的发明让世界认可了这个一直对科学对物理坚持不懈的人。1894年，尼古拉·特斯拉的短波无线通信实验成功，也因此让全世界认识了他，成为当时最具有影响力的电气工程师之一。1891年，尼古拉·特斯拉的无线能量传输实验取得圆满成功，最后成为商业化的无线传输。

    尼古拉·特斯拉是一个见证了物理“美学”的发明家、物理学家，他打开了现代世界的大门，让物理与现代世界接轨。他的一生充满传奇色彩，他让物理这门学科有了特别的色彩，也因此有了沃登克里弗塔的存在。

    2）实验装置图如图1所示。

    3）实验原理如图2所示。特斯拉线圈本质是利用两个回路进行线圈耦合，实验中首先让9 V电池对其中的一个回路进行充电，然后通过三极管将回路中的电流放大，当回路中的电压上升到一定程度，变压器初级线圈的通路形成，能量将会在初级线圈和次级线圈之间持续震荡，并通过耦合传递到次级线圈。次级线圈的构成相当于一个电感，因此会产生LC震荡。当振荡频率达到一个阈值时，电源的能量就会被传递到次级线圈，尖端就会放电[3]。

    4 教学过程

    【教学环节一】教师利用多媒体等设备播放各种精彩的特斯拉线圈实验视频，学生进行观看。

    【教学建议】学生观看视频后，教师提出问题，适当引导学生说出自己观察到的现象，并让学生做出猜想。教师需要巧妙利用特斯拉线圈实验视频做引导，为接下来的尼古拉·特斯拉生平事迹及特斯拉线圈的介绍做好铺垫。

    【教学环节二】教师向学生介绍尼古拉·特斯拉的生平事迹以及特斯拉线圈的发明。

    【教学建议】

    1）教师可以让学生观看有关尼古拉·特斯拉的影片。

    2）教师可以向学生简要介绍尼古拉·特斯拉的人生经历和伟大发明，并介绍他的伟大发明是如何推动和影响现代社会发展的，以及他的发明运用到了生活中的哪些方面，让学生在认识尼古拉·特斯拉的同时体验到物理和生活是息息相关、密不可分的。

    3）引出本节课的研究对象——特斯拉线圈

    【教学环节三】小组完成探究实验“制作小型特斯拉线圈”，方法步骤如下。

    1）首先将规格为0.25 mm漆包线均匀地缠绕在PVC管上（不要压线），两端各预留出一段。

    2）将乒乓球用锡纸包裹，并将线圈上端的细线与锡纸相接，最后用热熔胶将其固定在线圈上端。再用热熔胶将开关、PVC管固定在木板上。

    3）用胶带固定三极管位置，将电阻和三极管焊在一起，把1.2 mm的铜丝在PVC管外缠绕两圈，将PVC管底部铜丝和电阻焊接在一起。

    4）把规格为1.2 mm的铜丝的一端和三极管焊接在一起，把1.2 mm的铜丝的另外一端和电阻焊接在一起。

    5）将电阻和开关用导线连接起来，把9 V电池连接件分别和三极管与开关连接在一起。

    6）安装电池，进行测试。

    【教学环节四】学生分组展示自己的特斯拉线圈，并和老师、同学分享收获和经验。

    5 结语

    通过对高中生制作“简易的特斯拉线圈”这个案例进行课堂实践和研究之后，能够发现这类探究兴趣课的优势所在。首先，兴趣探究课上注重的是学生的动手实践，重在学生参与和体验实验的过程，而且这类课堂的研究成果往往更加倾向于学生的所得所感。本文案例中，教学设计第一环节就是通过精彩绝伦的实验现象来抓住学生眼球，让学生对本节课产生浓厚的兴趣，再通过层层递进的方法，让学生走进课堂、沉浸在课堂中，最后再走出课堂。

    本文的研究初衷是通过一节兴趣探究课设计案例来凸显当前中学教育在学生兴趣培养方面的欠缺。兴趣是学生学习物理不可或缺的条件，教师可以通过探究性兴趣课堂来观察和分析学生的物理实验探究能力，也可以把探究兴趣课堂的优势与日常教学相结合，为日常的物理教学设计提供参考。

    参考文献

    [1]叶丽.构建以实验探究为核心的物理兴趣課堂[J].中学课程资源，2017（3）：12-13，40.

    [2]李小丹.营造兴趣课堂，提高物理教学有效性[J].学周刊，2015（19）：148.

    [3]龚军龙，卢荣德.特斯拉线圈演示仪的制作与应用[J].大学物理，2019，38（1）：58-61，66.