课堂演示实验的改进

随着计算机技术应用的普及, 课堂教学的多媒体化成为一种风气。特别是在理科教学中, 由于教学场地和技术的限制, 很多教师用多媒体模拟代替了传统的课堂演示实验, 甚至用来代替学生实验。这种做法可以使实验的演示效果更加明显、规律突出。但是我们也要看到:长此以往却可能潜移默化地使教师和学生养成惰性, 动手能力下降, 更何况这种“实验”的可信性也大成问题。

在理科课堂教学中, 有些课堂演示实验确实存在对实验器材、实验环境要求较高, 实验现象不易观察等问题。长期以来, 我们已经在传统演示方法上进行了很多改进, 但效果仍不尽理想 (如物理有关电磁感应现象的演示等) 。许多老师就想到用计算机动画模拟的方式来演示, 这已成为一种普遍现象。

在高中物理第二册第十六章《电磁感应》一节中, 有三个电磁感应现象的演示实验。这三个实验的演示, 对学生理解电磁感应的帮助是很大的。物理教师在本章教学中, 对这三个实验的演示都非常重视。

在课堂实验的条件下, 本实验中产生的感应电动势很小, 演示的可见性较差。许多物理教师和专家都针对问题做过研究, 对实验采取了一些改进措施。如利用放大器放大感应电流, 增大磁场的面积和磁感强度等。经过这些改进, 特别是采用电流放大器后, 实验的演示效果确实提高不少。但改进也带来了一些新的问题, 如电流放大器的保养问题和使用的可靠性问题等。笔者就曾为一台破旧的电流放大器而大伤脑筋, 调试许久仍不能可靠工作。而且电流放大器本身需要电源, 遇到较真的同学, 仍不能使其很好的信服。

能不能利用学校现有条件来改进实验效果呢?为了在忠实原实验的前提下, 更好的演示本实验, 笔者做了一些尝试。

“工欲善其事, 必先利其器”。笔者首先在检测仪表上想办法, 学校原有的演示电表存在转动惯量较大、灵敏度不高的问题。笔者手边刚好有从工厂淘汰下来的光电检流计, 就将其改造一番替代演示电表。光电检流计的指示是利用投射光影的办法完成的, 其转动惯量相当小, 灵敏度极高。为了使其指示亮度增加, 笔者换用了更大功率的光源, 采用外接电源的方法使其更适于课堂演示教学。令笔者想不到的是:使用这台光电检流计来演示电磁感应现象, 可谓“毛毫毕现”。以前根本不可能检测的电磁感应现象, 如教材第195页第3题涉及到的线圈面积变化引起的感应电流, 都能在这台光电检测计中明显的显示出来。这大大地丰富了电磁感应现象的实验演示范围, 使学生对知识的认知面得以扩展。这使得课堂教学效果令人相当满意。

毕竟并不是每所中学都配有光电检流计, 那么还有别的方法吗?笔者在看到教室里配备的实物投影仪时, 眼前一亮:如果使用普通的灵敏电流计 (不是演示电流计) , 利用投影仪的放大投影, 是不是也能解决问题呢?如果可行, 既能解决仪表的灵敏度问题, 又能提高实验的可见度。

通过实际的课堂实践, 这个想法得以证实。从实验演示的过程来看, 普通学生电流计几乎没有延迟地反映了电磁感应发生的条件和规律, 课堂可见性极高。看来以后演示电磁感应现象, 再也不需要搬动和调试那笨重的演示电表了。后来, 笔者无意中看到电脑城里出售的摄像头时, 设想用摄像头替代实物投影仪, 那么观察的角度将更加随意、灵活。经实地操作取得圆满成功。虽然使用普通灵敏电流计比光电检流计效果差一些, 不能很好地演示微小的磁通量变化所发生的电磁感应现象, 但用作一般的教学课堂演示已足够了。

第二个改进, 是制造一个足够大、尽可能强的磁场。根据电磁感应规律, 较大的磁场范围即可有较大的演示范围, 又有利于产生较大的感应电动势。查阅资料后, 笔者选定了两个方案, 如下图一所示。也可以用电磁铁代替永久磁铁。经实验验证, 效果十分理想。

另外, 笔者还“巧妙”地利用长软导线制成的“多匝线圈”来代替单根导线切割磁感线, 演示电磁感应现象, 如图二。经实验确定:演示时使用普通蹄型磁铁的话, 线圈只需十匝左右即可取得很好的效果。

在实验的准备过程中, 笔者发现:多数学校的实验室存在磁铁保管上没有注意磁路的闭合, 长时间随意放置的磁铁的磁性衰减很快。我们在改进实验的同时, 也要关注实验器材的使用和保管问题。

在教学中, 注重科学性的培养, 尊重事实, 按客观规律办事, 是通过教师的言传身教来完成的。一味地使用可以自行设计和修改的实验模拟、仿真实验是达不到这个效果的。我对电磁感应实验的改进, 希望能抛砖引玉, 引起广大教师的思考, 为切实践行素质教育而开动脑筋。老师和同学共同挖掘课堂资源、想方设法改进理科实验的效果, 既能够解决实验本身的问题, 又能加深学生对知识的理解和运用, 提高学生的动手能力。这不失为开展学生课外活动和开发校本课程的理想内容。