STEM课程创新设计：活动17，驱动楞次定律

课程背景

楞次定律是高中物理电磁学知识的重点和难点，学生很难理解并灵活应用。学生通过自己亲手制作实验仪器体验动手的快乐，设计实验方案寻求科学家的足迹，进行科学探究挖掘现象背后的科学规律，激发学习兴趣，感知科学情怀。

课程目标

1.STEM教学目标

（1）科学：通过科学探究验证楞次定律，进而理解并灵活应用。

（2）技术：培养学生应用3D打印技术的能力，学会使用电压传感器测电压。

（3）工程：学生亲自制作不同型号的线圈，培养学生的动手能力。

2.核心素养

通过科学探究培养学生的科学思维能力、实事求是、团结合作的科学态度。

课时安排

共三课时。

第一课时：制作内芯和不同型号的线圈。

第二课时：设计实验方案小组合作完成实验。

第三课时：联系生活实际拓展活动。

设计方案

提前网购准备实验材料，指导学生制作不同内芯（3D打印内芯和铝制材料内芯）、不同匝数的各种型号的线圈。不同型号的线圈，内芯不同（3D打印内芯和铝制材料内芯），匝数不同。给出相关的实验器材，引导学生对照人教版高中物理选修3-2（2010年4月第3版）“楞次定律”实验（第四章“电磁感应”第3节内容）设计不同的实验方案验证自己的想法，借助传感器解决实验中遇到的各种问题，结合生活实际拓展活动。

合作探究

1.材料

直径0.4mm的漆包铜导线1kg，内径26mm、厚度4mm、外径34mm、高12cm的铝管和铜管各一个，内径28mm、厚度2mm、外径32mm、高3cm的铝管若干，起电电压为1.8V的黄色和红色二极管若干，直径为2cm、高1cm的圆柱形钕铁硼强磁铁若干，朗威数字化信息系统实验室配套实验仪器及传感器。

2.实验步骤

（1）自制线圈

利用实验室的3D打印机指导学生打印内径28mm、厚度2mm、外径32mm、高3cm和6cm的塑料内芯若干；指导学生绕制不同型号的线圈（内芯分别为铝环和塑料，匝数分别为200匝和400匝），高分别为3cm和6cm。

（2）用简易实验器材诱惑学生，在游戏中刺激认知。

（3）引导学生设计实验方案判断感应电流的方向。

（4）传统实验仪器和传感器对比使用，呈现问题，刺激认知。

（5）寻求证据解释、交流实验现象，总结实验规律。

3.实验数据记录及分析

（1）自制线圈（在表17-1中填写制作时间和制作过程应注意的问题）

表17-1

（2）设计实验方案

方案一：用线圈、磁铁和电流表设计实验判断感应电流方向。

方案二：用线圈、磁铁和发光二极管设计实验判断感应电流方向，并用电压表测量二极管发光时线圈两端的电压。

方案三：设计实验让静止在轨道上的小车运动起来，并判断感应电流的方向。

方案四：用线圈、磁铁、发光二极管和传感器设计实验电路，测量二极管发光时线圈两端的电压。

自己设计方案：

记录科学探究过程中发现的问题及解决方案（表17-2）。

表17-2

(www.zuozong.com)

作品展示与交流

学生制作各种型号线圈如图17-1所示。课前热身小实验如图17-2所示。学生设计实验电路图如图17-3所示。电压传感器测量电压，图像如图17-4所示。

图17-1

图17-2

图17-3

图17-4

问题及改进

1.磁铁个数增加，但磁场是非匀强磁场，不同位置磁铁强弱变化差异较大。

2.根据所学知识，把实验拓展验证法拉第电磁感应定律。

拓展活动

1.安检仪

拆开安检仪，让学生研究安检仪的内部构造（如图17-5），并完成一些有趣的小实验。

图17-5

（1）把不同物体放在线圈内部时，听蜂鸣器是否发出声音，进一步把物体分类。

（2）自制简易安检仪。

2.电磁炉

（1）拆开电磁炉，了解内部构造，如图17-6所示。

图17-6

（2）电磁炉工作时，完成一些有趣的小实验，如图17-7所示。

图17-7

（3）手机无线充电，如图17-8所示。

图17-8

（4）电磁感应灯如图17-9所示。

图17-9

昆明三中庞桂香老师参加第34届云南省青少年科技创新大赛比赛获得昆明赛区优秀教师一等奖和省级三等奖。获奖证书如图17-10、17-11所示。

图17-10

图17-11