例谈对阅读材料的探究性教学教案

例谈对阅读材料的探究性教学 ──阅读材料《汽油机点火装置》的探究性教学 四川省宁南县高级中学 杨光喜  【活动目的】     1．通过探究性学习，培养学生的思维能力、分析和解决问题的能力、实验能力和创新能力。     2．通过老师的具体操作，对培养学生的创新能力和动手能力起到潜移默化的作用。     【选题缘由】     高中物理教材上很多章节中都穿插一些发人深思、趣味性又极强的阅读材料。很多教师在对这些阅读材料的处理上都显得过于马虎，如果是与考试有关的，可能会认真的讲解。否则，一代而过，或者让学生自己下来看看就行了。其实，如果老师能认真的引导学生对这些阅读材料进行探究性的学习，那对培养学生的思维能力、探究能力、实验能力和创新能力可以说是有很大帮助的。下面就以《汽油机点火装置》这一题材为例来谈谈如何引导学生进行探究性学习。     【活动方式】     教师引导，师生互动。     【教学重难点】     重点：引导学生进行分析和探究。     难点：按学生意图准备器材。     【活动准备】     摩托车电瓶（12V），摩托车点火器，火花塞，变压器，电灯泡，小直流电动机，干电池，导线及其它可能用到的器材。     【活动地点】     物理实验。     【活动过程】     让学生仔细阅读高二教材（人教版必修加选修）P224的阅读材料──汽油机点火装置（材料内容和图如下）   汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油──空气混合气要靠火花塞点燃。但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花。为此，要使用左图所示的点火装置。这个装置的核心是一个变压器，它的初级线圈通过开连到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端。开关由机械进行自动控制。做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，初级线圈中的电流急剧减小。由于次级线圈的匝数比初级线圈多得多，所以可在次级线圈中感应出很高的电压，可达10000V以上，这样就能在火花塞中产生火花了。     蓄电池提供的是直流，在这里为什么也能用变压器得到高电压呢？请和你的同学们讨论一下。     我让学生讨论了2分钟之后，提出问题：     老师：为什么这里变压器对“直流电”也起作用呢？     学生：在开关接通或断开的瞬间，通过初级线圈的电流方向虽然没有变，但大小在发生急剧变化，初级线圈中产生的磁场也发生急剧变化，这样穿过次级线圈的磁通量也发生急剧变化，所以，次级线圈的两端就会产生感应电动势。     老师：汽油机在工作时每一个工作循环都有一次点火，那么开关该是如何控制的呢？     学生：一定是有一个什么装置能使开关不断的通、断、通、断。     老师：不错！的确在一个特殊的装置来控制开关，现在我们不去研究它是一个什么样的装置，我用一个简单的东西来代替它演示一下好吗？学生很兴奋的回答：好！     于是，我把早已准备好的摩托车上的点火线圈、火花塞、12V的蓄电池（电瓶）、导线（带夹的）等从讲桌下面的柜里一样样的拿上讲台，并一一介绍，最后差一个开关。我说还需要一个特殊的开关，这时学生感到好奇了，这个特殊的开关会是什么样的呢？最后我故作神秘的拿出一块钢锯条，学生轰堂大笑，感到太滑稽了，你那是一块钢锯条，有什么特殊的呢？我快速的按书上的图把电路接好，只是钢锯条只接通了一端的导线，另一端从电源接出的线没有接到锯条的另一端，而是拿在我手里，然后提醒同学们我要演示了，学生一个个都睁大眼睛等待着。我将手里拿的这根导线的自由端快速从钢锯条上有齿的那一侧滑过，学生果然看到火花塞上产生了几乎连续的火花，并伴随有“啪啪啪”的声音。     老师：为什么火花塞会不断的产生火花呢？     学生：这是因为你手里拿的这根导线的那一端接触到锯条的齿尖时，初级线圈回路就被接通了，当滑到齿间时电路就被断开了，这样在次级线圈中就不断的产生出很高的感应电压。     老师：补充说明，次级线圈的两端接在火花塞上，由于火花塞上的两个触点之间的距离很小，这样使得触点之间放电而产生出火花的。     老师：那么，如果将这个装置中的火花塞换成一只我们家用的电灯泡，电灯泡会亮吗（引入本节课所要重点探究的问题）？这时学生更加来兴趣了，但学生的结论也各不相同。     学生：电灯泡应该会亮；由于火花塞产生火花时两端有上万伏的电压，电灯泡可能会被烧坏……。有的学生干脆说，试一试不就知道了吗？     为了防止因电流大而烧坏摩托车的点火器，于是我换了一个可拆装的用来演示通电自感和断电自感的变压器，这样又便于学生观察变压器的结构。我把匝数少的那一端作初级、匝数较多的那一端作为次级（匝数比大约1：20左右），仍按上图把电路接好，把原来的火花塞换成了一只“220V、10W”的电灯泡（带灯头），同样将导线的一端快速地从锯条上滑过，果然，电灯泡闪烁地发光了。我重复了几次，让学生看清灯泡发光时是在不断的闪烁，并不像他们想象的那样稳定的发光。     老师：如何让灯泡一直发光呢？     学生：那就不停了把导线重复在锯条上来回的滑动就行了。     老师：那多累啊！哪个同学愿意上来不停了做这个工作呢？（这时学生只是一个个的笑，没有人愿意上来。既然你们不愿意上来，那就动脑筋想办法吧。）     学生：用圆锯来代替直的锯条，再想办法使圆锯转动起来，再把原来接在锯条上的固定导线接（压）在圆锯的侧壁上，另一根的自由端与圆锯的齿接触就行了。     老师：这个办法不错！可哪里去找圆锯？又用什么来带动圆锯转动呢？     这一下学生不知所措了，不知道怎么办。下面学生的讨论又开始热闹起来了。     2分钟之后，有两个学生提出：能否将课本上这个电路的开关让它处于长通状态，再想办法用一个不导电的东西将开关的两个触点顶开，这个东西最好是会转动的，每转动一次就顶开一次，这样开关就可以处于不断的通、断、通、断，这样电灯泡不就可以持续的亮了吗？     老师：这个办法好像行得通。那是否可以用转动的小电动机的轴来代替那个会转动的东西呢？（有意的引导）     学生：可以。     于是，我又从讲台下面的柜中拿出一个小的直流电动机（额定电压6V），接着问：这个电机能用这个12V的电瓶作电源吗？     学生：不能！（因为在初中的电学部分做过用电机提升物体做功的实验，知道这种电机好像只用2、3节干电池就能转动）     老师：那我们只好另用干电池来带动它转动了。又从柜中拿出两节电池和事先做好的开关，并当着学生的面在电机轴的顶端紧套了一个塑料凸轮，快速把电路重新接好（示意图如下所示）。   电路接通后，电机开始转动，电灯泡果然持续地发光了。可出现两处不足之处：一是灯泡不停的闪，根本不像家里的电灯泡那样正常发光。二是发现开关的两触点之间会产生火花，好像变成了前面那个实验中的“火花塞”了。这时我急忙断开电动机的电源，又提出了新的问题。     老师：①为什么电灯泡发光时会发生闪烁而不像我们家里的那样稳定呢？这个问题又怎么解决呢？②开关的触点处会不断的产生火花，那这个开关耐用吗？我们如果消除触点处的火花呢？这两个问题学生又讨论了几分钟，在学生讨论过程中我也不时的走下去听听他们的分析讨论，并作了一些启发。最后同学们基本上找出了问题的原因，并提出了一些解决的方法。     学生：我们家里电灯发光时，通过灯泡的电流方向是每秒钟改变100次，而这个实验中电机的转速较慢，每秒钟可能只有10～20次，也就是最后通过电灯的电流变化的频率太小，所以，要提高电流变化的频率即提高电机的转速才能解决问题，根据视觉暂留的原因，灯泡中电流变化快了我们就感觉不到灯泡在闪烁了。     学生：好像前面老师讲过日光灯中启动器中的那个小电容就是用来消除火花的，是否也可以在开关的两个触点之间并联一个电容呢？     老师：同学们提到在开关的触点之间并联一个电容来消除火花，这个想法真好！我们完全可以办得到的。可是，你们提出通过提高电机的转速不很现实，因为要提高转速，只能提高电机两端的电压，即只有多用几节电池，但这样万一烧坏了电机怎么办？大家再想想，能否在电机转轴上的那个凸轮上做文章？这一下好多同学都想到了。     学生：电机上安装的那个凸轮，电机转动一周才使初级回路通断一次，如果把凸轮换成齿轮，且齿轮的齿数越多，那电机转动一周，那开关通断的次数不就多了吗？     老师：这个建议非常好！那我们就来试一试吧！   我拿出事先准备好的这些器材，快速的又把电路组装好，然后开始了最后的演示，结果效果比较好，前面提到的那些不足之处都解决了。这时我听到下面有些同学在说，回去我也要做一个这个装置，如果家里停电了，它就可以起作用了。既然电灯都点得亮，那一定还可以用来放电视。到时别家都没有电，而我家不但有“电”，而且还可以看电视，那多神气！啊，看来学好物理用处可大了。     这一节课，表面上初看没觉得有什么，可我认为通过这节课，充分调动了学生动脑筋参与的积极性，在实验探究过程中不但把前面所学的很多知识都复习了（而且通过这种方式学习，比老师讲很多遍，学生更易于掌握所学知识），而且还有效的培养了学生探究问题、分析问题、解决问题和创新设计的能力。虽然所有的操作都是老师来完成的，但我相信，对学生的终身学习一定会起到根深蒂固的影响。