奇妙的電世界

徐浩然

【摘 要】高中物理是一門(mén)生活性、創(chuàng)新性較強(qiáng)的自然學(xué)科，在其所構(gòu)筑的奇妙世界中，我們能夠充分領(lǐng)略物理知識(shí)的魅力，感受物理實(shí)驗(yàn)的價(jià)值，促進(jìn)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。對(duì)此，本文以高中物理“電”知識(shí)為切入點(diǎn)，從改進(jìn)式創(chuàng)新、自發(fā)式創(chuàng)新和拓展式創(chuàng)新三方面入手，探討高中物理知識(shí)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新路徑，以期為高中階段的學(xué)弟學(xué)妹們提供有益借鑒。

【關(guān)鍵詞】高中物理；電；創(chuàng)新路徑

高中物理知識(shí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的根本目的在于優(yōu)化教學(xué)方式，突破知識(shí)重點(diǎn)，解決知識(shí)難點(diǎn)，培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力和物理創(chuàng)造性思維能力，在加深物理知識(shí)理解的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力。重要的是，高中物理知識(shí)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要面向?qū)W生，凸顯學(xué)生主體地位，讓學(xué)生自己動(dòng)腦，動(dòng)手，使之成為學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、態(tài)度有機(jī)整合的載體。對(duì)此，本文結(jié)合物理學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以物理教材為根本依據(jù)，針對(duì)高中物理“電知識(shí)”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，提出了三點(diǎn)自己的看法。

一、改進(jìn)式創(chuàng)新：看得見(jiàn)的充放電過(guò)程

本質(zhì)上來(lái)講，教材是教學(xué)生成的根本，在人才培養(yǎng)中起著導(dǎo)向性作用。一直以來(lái)，我國(guó)非常重視教材建設(shè)，尤其是國(guó)本教材都是經(jīng)過(guò)權(quán)威論證和實(shí)踐證實(shí)的，具有內(nèi)容豐富、專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)、科學(xué)規(guī)范、形式新穎等特點(diǎn)。所以，在高中物理的創(chuàng)新學(xué)習(xí)中，我們必須深入挖掘教材內(nèi)容，通過(guò)對(duì)教材的詳細(xì)研究，對(duì)現(xiàn)有教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)式創(chuàng)新，以加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與掌握。

例如，在“電容器與電容”的課堂學(xué)習(xí)中，教材雖然介紹了電容器充放電的過(guò)程，但抽象的理論講解很難讓學(xué)生形成正確的感性認(rèn)知，成為了許多學(xué)生難以突破的一大障礙。此外，如果按照教材所提供的電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因充放電時(shí)間過(guò)短，學(xué)生很難看到充放電時(shí)形成的電流。對(duì)此，筆者經(jīng)過(guò)深入思考后，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)果如下：

電容器充放電電流隨時(shí)間的變化i=e，其中E代表電動(dòng)勢(shì)初始電壓，R代表總電阻，時(shí)間常數(shù)τ=RC，C代表電容。不難發(fā)現(xiàn)，最大電流Im=，放電時(shí)間由τ=RC所決定。如圖1所示，在原電路圖上設(shè)置一個(gè)大電阻R，就能夠極大地增加時(shí)間常數(shù)。然后再連接上一個(gè)示波器，就形成了一個(gè)看得見(jiàn)的充放電過(guò)程。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)式創(chuàng)新后，我們能夠清楚地看到充電過(guò)程中電流減小，電壓升高，而在放電時(shí)電流和電壓都降低，且充放電所形成的電流方向相反，實(shí)現(xiàn)了抽象物理知識(shí)的具象化，加深了學(xué)生的知識(shí)理解。

二、自發(fā)式創(chuàng)新：閉合電路的歐姆定律

在高中物理學(xué)習(xí)中，并非所有知識(shí)點(diǎn)都配有實(shí)驗(yàn)，但為了全面把握那些重難點(diǎn)知識(shí)，我們可結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)高中物理知識(shí)的自發(fā)式創(chuàng)新。

例如，在“閉合電路的歐姆定律”的課堂學(xué)習(xí)中，教材對(duì)外電路定義、內(nèi)電路、電勢(shì)變化情況、能量守恒解釋、原理推導(dǎo)等都是理論概述，并未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)闡述，這就導(dǎo)致許多學(xué)生無(wú)法形成明確的感性認(rèn)知，甚至?xí)a(chǎn)生“電池使用時(shí)是否會(huì)形成內(nèi)電壓”的懷疑。對(duì)此，為了消除該知識(shí)點(diǎn)的思維障礙，筆者進(jìn)行了如下的自發(fā)式實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：

實(shí)驗(yàn)器材：電壓傳感器、小燈泡、可調(diào)內(nèi)阻電池、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線(xiàn)、開(kāi)關(guān)等。

實(shí)驗(yàn)步驟：（一）電源極板電勢(shì)提升

1.對(duì)極板兩極電壓展開(kāi)實(shí)際測(cè)量；

2.改變外電阻大小，重復(fù)上述步驟；

3.改變內(nèi)電阻，重復(fù)上述兩步驟；

4.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終得到極板電壓提升等于內(nèi)外電壓之和的結(jié)論。

（二）演示內(nèi)電阻對(duì)用電器工作有影響

1.用小燈泡替代外電路用電器；

2.閉合開(kāi)關(guān)，小燈泡亮起；

3.加大電源內(nèi)阻，小燈泡隨之變暗，減小電源內(nèi)阻，小燈泡隨之變亮；

4.經(jīng)分析得出內(nèi)電阻對(duì)用電器工作有影響的結(jié)論。

通過(guò)上述的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，閉合電路的歐姆定律知識(shí)變得更加直觀，不僅有助于深化知識(shí)認(rèn)知與理解，而且留下了深刻印象，充分激發(fā)了物理實(shí)驗(yàn)探究的興趣與欲望。

三、拓展式創(chuàng)新：“人體”觸電的演示

新課改的深入開(kāi)展，使得高中物理教材更加注重知識(shí)的邏輯性，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生課程核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。因此，在高中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生要在吃透教材的前提下，加強(qiáng)拓展創(chuàng)新，在深入理解相關(guān)知識(shí)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，拓展物理知識(shí)視野和提高物理科學(xué)素質(zhì)。

在高中物理學(xué)習(xí)中，許多有關(guān)“電”的知識(shí)，都具有非常強(qiáng)的實(shí)用性，但其中很多知識(shí)都是“一筆帶過(guò)”，或“一圖帶過(guò)”，如人體高壓觸電、低壓觸電的區(qū)別，單靠教材很難深刻理解和把握，這就需要我們對(duì)這些知識(shí)展開(kāi)拓展式實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，以達(dá)到高效學(xué)習(xí)的目的。對(duì)此，筆者進(jìn)行了如下“人體”觸電的演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

實(shí)驗(yàn)器材：木板、電源、機(jī)器人、導(dǎo)線(xiàn)、發(fā)光二極管等。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.接通電源，將機(jī)器人放在裸露導(dǎo)線(xiàn)前，并將機(jī)器人左右手分別連接火線(xiàn)和零線(xiàn)，此時(shí)機(jī)器人身上的二極管發(fā)光，代表人體觸電；

2.接通電源，將機(jī)器人放在裸露導(dǎo)線(xiàn)前，并將機(jī)器人左手連接火線(xiàn)，腳下放置絕緣木板，此時(shí)機(jī)器人身上的二極管不發(fā)光，代表人體不觸電；

3.接通電源，將機(jī)器人放在裸露導(dǎo)線(xiàn)前，并將機(jī)器人左手連接火線(xiàn)，腳下放置金屬板，此時(shí)機(jī)器人身上的二極管發(fā)光，代表人體觸電；

4.接通電源，模擬高壓電線(xiàn)落于地面。在機(jī)器人向高壓線(xiàn)行進(jìn)途中，當(dāng)兩腳之間出現(xiàn)一定距離時(shí)，二極管發(fā)光，而并攏后就不會(huì)發(fā)光，演示了跨步電壓觸電。

綜上所述，在高中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生要立足教材，積極開(kāi)展改進(jìn)式、自發(fā)式、拓展式實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，構(gòu)筑奇妙的電、光、磁、波等物理世界，實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張文超.高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法探討[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016（21）

[2]金加團(tuán)，楊雪明.基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新與實(shí)踐[J].中學(xué)物理，2016（19）

[3]張秋平.高中物理中“演示實(shí)驗(yàn)”的改革與創(chuàng)新[J].高中數(shù)理化，2016（16）