自制教具在物理实验创新教学中的案例研究——以“自制电磁铁探究

2020年2月Vol . 38 No . 04 中学物理
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以“自制电磁铁探究仪”为例
韦兵余
(连云港市塔山中学江苏连云港222123)
摘要：自制教具是实施物理实验创新教学的重要途後之一.笔者从中学物理思想方法和教学实际的角度出发，以 苏科版物理教材中的电磁铁教学设计方案为例，剖析其不足之处，巧妙借助自制教具可视化电磁铁探究仪解决了教学 困惑，突破了教学难点.
关键词：自制教具；实验创新；电磁铁探究仪文章编号：1〇〇8 - 4134(2020)04 - 0018
中图分类号:G 633.7
文献标识码
《义务教育物理课程标准（2011版）》在“实施建 议”栏目中的“教学建议”部分内容中明确指出：实验 教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目 标,全面提高学生科学素养的重要途径.同时也强调 应大力提倡用身边的物品做实验，特别是合理利用它 们自制实验教具、学具，不仅能够培养师生的创新能 力，还可以培养师生的动手能力，促使他们亲身体验 到科学探究的乐趣[H .笔者现以苏科版九年级下册物
理教材第16章第2节“电流的磁场”一节中“电磁铁 及其应用”部分内容为例[2]，引导学生利用实验室废 旧器材及生活中常见物品，对教材中教学内容进行可 视化创新设计，在充分考虑了电磁铁相比于永磁体众 多优点的基础上，指导学生自制电磁铁工作特点探究 装置——
可视性电磁铁探究仪.利用它能够将抽象的
物理知识进行可视化处理，帮助学生搭建思维阶梯，突破学习过程中逻辑思维上的障碍，实现科学知识的 有效建构.1
对教材中设计方案的分析
基于笔者所处地域关系，所使用的是由刘炳昇教 授、李容老师主编的苏科版物理教材，本教材的最大 亮点是凸显了物理实验教学的独特魅力，处处都以学 生实验、活动、课后小实践等形式引导学生去动脑、动 手探究，帮助学生突破对物理概念、物理规律的认知 障碍，有效地进行科学知识网络的自我架构，从而不 断提升学生的科学素养.然而，教材中对电磁铁部分 内容处理时却以“读一读”文本形式直接呈现，特别是 对于电磁铁磁性强弱与哪些影响因素有关的问题，缺 乏探究的具体过程，不符合初中学生的认知特点，无 法实现科学知识的有效建构.
作者简介：韦兵余（1969 -)，男，江苏连云港人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理实验教学. • 18 .
为此，笔者研读国内现行的其它几种版本物理教 材发现，编者大多数都设计了学生活动，指导学生采 用大铁钉、漆包线自制电磁铁，再利用吸引大头针数 目多少体现电磁铁磁性的强弱，从知识建构角度上相 对于苏科版教材有一定改进.若从节能的角度来讲， 实验时所使用的大头针非常容易被磁化，无法重复进 行实验，造成不必要的浪费.同时，自制的电磁铁不便 于探究铁芯对电磁铁磁性强弱的影响，实验过程中若 抽出铁芯（大铁钉），通电线圈几乎对所有大头针失去 吸引作用.
2本教具的制作过程、创新之处与主要用途2.1实验装置的制作过程 2.1.1主要器材
“2011 1A ”滑动变阻器、2. 5V 小灯泡、电池组（由 3节5号普通干电池串联而成）、学生用电流表表头、 开关、直径1mm 铜漆包线、电烙铁、PVC 管材、条形微 型磁体、导线若干（其中需要带鳄鱼夹导线两根）、大 头针一盒、热熔枪、4〇cm x 50cm 三合板一块、手钢锯、 美工刀一把以及泡沫双面胶一个等.2. 1.2制作方法
(1)取一块复合地板，截裁成2个形状完全相同 的梯形板材，再利用手钢锯在梯形上边中央处锯一个 宽约3mm 、深约2cm 的豁口（如图1所示）.
图1
图2
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(2)
取一块三合板，截取一块长50cm 、宽40cm 板 材，将其插入复合地板底座的豁口处，然后用热熔胶
将其固定冷却后备用.(3) 截取一段长约15cmPVC 电线管，用热熔胶在 两端做隔圈以防止漆包线在绕制过程中松散、脱落， 然后用直径为1mm 铜漆包线在线管上进行绕制，在 绕制时线管中央处预留一线头，要求漆包线来回绕制 3层即可（如图2所示），并利用线管固定夹固定在三 合板上.
(4)
用老虎钳截取一小段长约4mm 的永磁体，确 保一端为N 极，另一端为S 极.
(5)
用塑料泡沫自制一个大指针，并用透明胶带 在指针下端固定一小长方形磁体，要求磁极方向与指 针相互垂直，用大头针将大指针固定在三合板板材
上，注意调节好大指针与三合板之间的距离.
(6) 用泡沫双面胶将滑动变阻器、灯座、开关、电 池盒等元件固定在三合板板材上.2. 1.3实验装置实物图
整套装置由复合地板自制的 底座、自制螺线管、铁芯、滑动变阻 器、电流表表头、附有灯座小灯泡 以及开关等元件组合而成的（如图 3所示）.
2.2 本教具的主要创新之处
(1)
电磁铁磁性有无可通过指
针是否发生偏转来判别.
(2) 电磁铁磁性强弱可通过指针偏转角度的大小 来判别.
(3) 电磁铁极性可通过指针偏转方向来判别.
(4) 电磁铁线圈中电流大小可通过小灯泡亮暗程 度粗略判别，也可通过电流表示数直观显示.(5)
便于探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的 关系.
(6) 便于探究铁芯对电磁铁磁性强弱的影响.2.3 本教具的主要用途 2.3.1探究电磁铁磁性的有无
将实验装置组装好，检查无误后，闭合开关，观察 大指针是否会发生偏转•若大指针发生偏转，说明电 磁铁周围产生了磁场，具有磁性;若大指针没有明显 偏转，说明电磁铁周围没有产生磁场，不具有磁性• 2.3.2探究铁芯对电磁铁磁性强弱的影响
将实验装置组装好，闭合开关后，可观察到大指 针发生微弱偏转，说明通电线圈周围产生了微弱磁 场.然后，分别在自制线圈的PVC 管中插入形状完全
相同的铜棒、铝棒和钢棒，可观察到铜棒、铝棒插入
时，大指针的偏转角度无明显变化，当钢棒插人时，大
指针偏转角度明显变化，从而直观形象说明了铁芯对
电磁铁磁性强弱影响较大.2.3.3探究线圈匝数对电磁铁磁性强弱的影响
将实验装置组装好，将线圈中间接头、其中一段接 头接人电路，闭合开关后，观察到大指针有明显偏转，说 明电路连接正确,记录此时电流表的示数和大指针所
偏转的位置.然后，断开开关，将电磁铁线圈的两头接线
头接人电路，闭合开关后调节滑动变阻器滑片位置使 电流表示数保持不变，会观察到大指针偏转角度发生 明显变化，并记录下大指针偏转的位置,说明了电磁铁
线圈匝数多少与电磁铁磁性强弱的关系.
2. 3.4探究电流大小对电磁铁磁性强弱的影响
将实验装置组装好，闭合开关后，观察到指针有 明显偏转，说明电路连接正确，记录下此时大指针所 偏转的位置;改变滑动变阻器滑片的位置，观察大指 针偏转情况并记录指针偏转位置.很容易观察到，电 磁铁线圈中电流越大，大指针偏转角度也越大，形象 说明了电磁铁线圈中电流大小与电磁铁磁性强弱的 关系.
2.3.5探究电流方向对电磁铁极性方向的影响
将实验装置组装好，闭合开关后，观察到大指针 有明显偏转，说明电路连接正确，记录大指针的偏转 方向，再结合表盘上所标志的N 、S 符号可以直接判别
出电磁铁极性.若大指针向右偏转，说明大指针下端 小磁体左端与电磁铁右端极性相反，相互吸引而靠 近，即电磁铁的右端为N 极;若大指针向左偏转，说明
大指针下端小磁体左端与电磁铁右端极性相同，相互
排斥而远离，即电磁铁的右端为S 极.
总而言之，我们利用生活中废旧物品自制教具、 学具辅助教学，其目的就是为了拉近学生现有的认知
水平与即将达到的认知水平之间的距离[3]，这也契合 了教育心理学中最近发展区理论，可以帮助学生进行 科学知识内化，也能够有效提升学生的科学素养.
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准 (2011年版）[M ].北京:北京师范大学出版社，2012.
[2 ]赵雪珍，陈宇，魏志方等.初中物理教科书与课程标准 的一致性分析—
以人教版、北师大版和苏科版为例[■!].物
理教师，2018,39( 12) :48 -52 +61.
[3]胡世龙.对一类简单课题教学策略的案例研究[J ].物 理教学,2017,39(01) :43-45.
(收稿曰期：2019 -10 -06)
图3
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