物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要方面。在教學(xué)實(shí)踐中，一些“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)非常有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。

一、應(yīng)用自制實(shí)驗(yàn)儀器培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神

質(zhì)疑是一種重要的科學(xué)思維品質(zhì)，是能夠提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的前提，是批判精神和批判能力的顯性表現(xiàn)。具有質(zhì)疑品質(zhì)的學(xué)生往往不盲目輕信已有結(jié)論，在教學(xué)中當(dāng)學(xué)生對(duì)某些觀點(diǎn)提出不同看法時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)對(duì)學(xué)生的這種精神給予支持，鼓勵(lì)他們通過(guò)創(chuàng)造性思維解決問(wèn)題。

電磁感應(yīng)教學(xué)過(guò)程中有一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題：磁鐵通過(guò)金屬管時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼，但是磁鐵通過(guò)開(kāi)縫銅管時(shí)，還有沒(méi)有電磁阻尼呢？這不僅是教材中的練習(xí)題，還是很多教輔書(shū)中常見(jiàn)的習(xí)題。許多教輔書(shū)認(rèn)為這時(shí)沒(méi)有電磁阻尼，也有許多物理工作者認(rèn)為這時(shí)電磁阻尼很微弱，甚至包括一些教師用書(shū)中都認(rèn)為磁鐵通過(guò)開(kāi)縫銅管時(shí)產(chǎn)生的電磁阻尼很微弱。教學(xué)中有學(xué)生提出這樣的質(zhì)疑：開(kāi)縫后就沒(méi)有電磁阻尼或電磁阻尼很弱，實(shí)際上真是這樣嗎？有什么依據(jù)呢？

為了更好地解決學(xué)生的疑問(wèn)，筆者帶領(lǐng)學(xué)生自制電磁阻尼比較儀，用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。首先是在盒蓋內(nèi)面板上用支架分別固定銅管、鋁管、塑料管、開(kāi)縫銅管，盒體內(nèi)部底層鋪上緩沖布毯，其中銅管、鋁管、塑料管、開(kāi)縫銅管這4根管子長(zhǎng)度完全相同，如圖1所示（1左右支架、2銅管、3鋁管、4塑料管、5開(kāi)縫銅管、6布毯、7鋁管、8盒蓋、9盒體、10合頁(yè)）。

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具體探究過(guò)程是先讓磁鐵通過(guò)塑料管，由于近似自由落體， 磁鐵下落很快；再讓磁鐵通過(guò)銅管、鋁管，由于產(chǎn)生電磁阻尼，磁鐵下落慢得多；接著讓磁鐵通過(guò)開(kāi)縫銅管，結(jié)果發(fā)現(xiàn)依然很慢，最后讓對(duì)比通過(guò)開(kāi)縫銅管、不開(kāi)縫銅管及塑料管，發(fā)現(xiàn)在開(kāi)縫銅管中下落只比不開(kāi)縫銅管稍慢些，但比塑料管要慢得多。

實(shí)驗(yàn)表明，磁鐵通過(guò)開(kāi)縫銅管產(chǎn)生的電磁阻尼依然非常強(qiáng)烈，磁鐵下落要比相同長(zhǎng)度、相同口徑的塑料管慢得多。

以上研究結(jié)論既是對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的深層詮釋，也是對(duì)廣大師生包括教材編寫(xiě)人員錯(cuò)誤認(rèn)知的斧正。在此基礎(chǔ)上，筆者鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)查閱資料，從理論層面探討這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，學(xué)生不久就得到結(jié)果：原來(lái)磁鐵通過(guò)開(kāi)縫銅管時(shí)產(chǎn)生了縱向渦流，所以電磁阻尼依然存在并且不弱。

二、應(yīng)用自制實(shí)驗(yàn)儀器培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是核心素養(yǎng)理念下物理教學(xué)的獨(dú)特育人價(jià)值。

在閉合電路歐姆定律的教學(xué)中有學(xué)生提出，外電壓可以用電壓表顯示，內(nèi)電壓怎樣才能直觀顯示出來(lái)呢？電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)外電壓之和怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)直觀驗(yàn)證呢？

內(nèi)電壓是由于電流在內(nèi)阻上引起的電勢(shì)降落，在實(shí)際教學(xué)中如何把內(nèi)電壓直觀地顯現(xiàn)出來(lái)一直是教師回避的一個(gè)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)。為此，筆者和學(xué)生一起研究制作了電池內(nèi)電壓數(shù)字顯示儀，基本原理是用醋酸作為弱反應(yīng)電池的液體，用銅棒和鋅片作為電池的正負(fù)極，用銅質(zhì)探針作為電池內(nèi)部電壓的電極，用高精度集成數(shù)字模塊顯示電池的內(nèi)電壓和路端電壓。

操作時(shí)取下U型玻璃管注滿食用醋，然后接入電路中；把外接電壓表（0—2.5v）接到儀器外接端子上；閉合電源開(kāi)關(guān)K1，儀器內(nèi)數(shù)顯電壓表點(diǎn)亮；撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K2到“接通”檔，電流表、電壓表有數(shù)值顯示；調(diào)節(jié)電位器旋鈕，觀察電池內(nèi)、外電壓及電流的變化（圖略）。

通過(guò)以上操作學(xué)生清楚地看到了電源的內(nèi)電壓和外電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器旋鈕，可看到在電池內(nèi)、外電壓變化的過(guò)程中其和基本不變。該自制儀器可以培養(yǎng)學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，通過(guò)這次創(chuàng)新，學(xué)生更加全面地了解了電池的構(gòu)造，對(duì)電源內(nèi)部和外部有了一個(gè)具象認(rèn)知，使學(xué)生的電源學(xué)習(xí)變得更為具體且更容易理解和記憶。

三、在實(shí)驗(yàn)探究中提升學(xué)生科學(xué)思維

科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、得出結(jié)論并給出解釋，以及對(duì)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估和反思的能力；科學(xué)思維則是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式。科學(xué)探究和科學(xué)思維貫穿于物理知識(shí)學(xué)習(xí)的全過(guò)程，二者相輔相成，一方面科學(xué)思維的培育依賴于科學(xué)探究過(guò)程，另一方面科學(xué)探究過(guò)程同時(shí)也有助于提升科學(xué)思維培育。

在自由落體運(yùn)動(dòng)教學(xué)中，自由落體運(yùn)動(dòng)是什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)核心問(wèn)題。此問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)方案有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器法、頻閃照相法等，但頻閃照相法受限于儀器和環(huán)境，在課堂做并不現(xiàn)實(shí)。從提升核心素養(yǎng)的角度來(lái)看打點(diǎn)計(jì)時(shí)器法無(wú)疑是最合適的，因?yàn)樗芨玫伢w現(xiàn)科學(xué)探究和科學(xué)思維。筆者將實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后三個(gè)階段，在這三個(gè)階段中，教師的作用體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)前的引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)中的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)后的反思；學(xué)生的探究表現(xiàn)為在教師的啟發(fā)下設(shè)計(jì)方案—觀察發(fā)現(xiàn)—分析論證—評(píng)估交流（表1、表2、表3）。

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由上述內(nèi)容得到自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)：初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。教師接著可以介紹自由落體加速度，之后再引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的基礎(chǔ)上得到自由落體運(yùn)動(dòng)的相關(guān)公式。而實(shí)驗(yàn)后繼續(xù)研討的主要目的是解決學(xué)生認(rèn)知上的一些障礙，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，使其思維不因?qū)嶒?yàn)的結(jié)束而止步，從而擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的廣度，提升實(shí)驗(yàn)的效度。

作者單位  陜西省西安市第八十五中學(xué)

責(zé)任編輯：張言