“磁場”序言課的教學設計

(江蘇省南京市第九中學，江蘇 南京 210018)

《磁現象和磁場》是人教版物理教材選修3-1中第三章磁場的第一節內容，是整章的“序言”課，主要內容分為：磁現象、電流的磁場、磁場的一些基本屬性和地球的磁場．從“點”上看，大部分內容都是學生初中階段已經掌握的，在實際教學過程中，容易把這節課上成匯報課或者復習課．但是，成功的教學設計不僅在于解決學生已有的問題，更要誘發出新的科學問題．筆者在這節課中不想做一個單純的知識傳遞者，而是將這一節的“點”放在了整章的“面”中，做一個課堂環境的創設者，使學生通過序言課的學習成為智慧的探索者．

1 教學設計理念和思路

著名心理學家皮亞杰認為：“學習就是學生對觀察到的環境的組織與適應”，建構知識的過程就是：“通過納入、修改和重建達到與周圍知識環境的平衡，或者不斷打破平衡，建立新平衡的過程．”如果說《磁場》整章需要達成“建立新平衡”的目標，那么“序言”就要讓學生通過“活動”和“交往”能夠“自我發現”，在認知上形成“新的沖突”，為后面的章節學習做好知識、心理準備．

教學思路：生活中的磁現象→磁場的存在→磁場的來源→電流與磁體通過磁場的相互作用→通過磁場發生相互作用的普遍現象→地磁場相關現象→體會到定量研究磁場力的性質的必要性(后續章節)．

2 教學設計實施

(1)用“沖突法”在課堂開始承上啟下

圖1

設計1 用“旋轉的液體”實驗引入，如圖1所示，一個玻璃器皿，四周用金屬箔片粘貼，引出一根接線柱，中央也固定一根金屬接線柱，它們原先是彼此絕緣的．在器皿中倒上鹽水，通上電源，這時電路已經接通，在水面上輕灑紙屑，但是看不到明顯的現象．接著，在器皿下放上一個長方體的裝置，……看到紙屑隨著液體飛快的旋轉起來．提問：液體能夠旋轉一定和長方體的裝置有關，這個裝置是什么？(請學生近處觀察)產生這個現象的原因可能是什么？

這個引入實驗不同于平時看見的簡單磁現象，學生用自己已經有的知識一時無法分析清楚．于是形成了課堂上的第一個“認知沖突”——能說一點兒，但說不清．這符合“適度的新奇原則”，可讓學生充滿熱情的想去完成接下來的學習，同時也讓學生感受到本節課的第一個關鍵詞——磁現象．

(2)用“合作交往”完成科普知識的同化、順化

設計2 提問：生活中有哪些常見的磁體？這些有磁性的物體有沒有共同的特征？它們之間的作用力和常見的摩擦力、彈力有什么不同？

學生回憶、相互交流、補充答案：不同形狀的磁體都有兩個磁極N、S極，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引．他們之間發生相互作用不需要接觸，是通過“磁場”傳遞的．

提問：是不是只有磁體周圍有磁場？“電流周圍有磁場”是如何被發現的?科學家們在探究過程中經歷了哪些困難?這些困難是如何解決的呢？

學生交流、閱讀課本可得出答案：奧斯特實驗說明電流周圍有磁場，所有的科學發現都離不開大膽的猜想、堅持不懈的實驗、精準的實驗設計.

設計演示奧斯特實驗的“小失誤”：第一步讓小磁針呈自然狀態，即靜止后指南北方向；第二步將未通電的導線置于小磁針的上方，與之垂直(看似不經意的隨意擺放)；第三步通電，發現小磁針不會有明顯的現象．

圖2

學生分析實驗失誤的原因，并親自動手嘗試改正實驗方案(如圖2所示)．

課堂上對于某些需要“同化”知識的建構，師生對話式交往效率高于教師的單方面講授，學生交流式自我完善的效率又高于師生的對話式交往．但是對于一些需要“順應”的知識，需要教師在后面推一把、撐一下．

(3)通過課堂活動讓學生“自我發現”

設計3 提問：電流能通過磁場對磁體產生作用力使之偏轉，那么磁體能否對電流(通電導線)有力的作用？生活中有哪些事例利用了這兩個結論？

學生回答：根據力的作用是相互的，電流和磁體之間的作用是相互的，能夠通過磁場相互傳遞．舉例說明：生活中的電磁鐵就是利用電流周圍的磁場．電動機就是電流(通電導線)在磁場中受力的表現．

圖片解說：如圖3、圖4所示，分析電磁鐵相比于傳統的“吸鐵石”有哪些優勢；觀察如圖5所示的實驗，此實驗簡單易行，學生課后可以自己動手操作．

圖3

圖4

圖5

提問：通過以上的學習，我們已經知道磁體和磁體可以通過磁場發生相互作用，磁體和電流也可以通過磁場發生相互作用，同學們有沒有什么新的、大膽的推理猜想呢？

學生大膽猜想：電流和電流之間是否能通過磁場相互作用呢？電流的微觀本質是運動的電荷，那么運動電荷在磁場中是否會受到力呢？

實驗驗證如圖6所示，利用陰極射線管形成一束定向移動的電子，分別用不同的磁極靠近，觀察偏轉現象，驗證猜想．如圖7所示：用兩長條錫紙平行、松弛固定，利用串、并聯電路使其通過同向、反向電流，觀察平行電流之間的相互作用，進而驗證推理．

圖6

圖7

提問：我們周圍最大的磁場在哪兒？生活中哪些自然現象與地磁場有關？如果沒有地磁場可能會發生什么呢？學生進行開放式回答．高中物理和初中物理探究式學習中都有一個重要的環節就是猜想與假設，但是他們有一個很大的區別，初中物理的猜想更為開放，通常依據的是“經驗”；而對于高中生來說“經驗”的思維層次是遠遠不夠的，這里的“自我發現”更應該是依據“理論”，最后讓學生在心里形成序言中完整的知識體系(如圖8)，即是整章學習的知識基礎．設計中的最后一個提問是通過一段科幻電影(美國電影《地心末日》)的節選來回答的，主要為兩個片段，一是由于地磁場消失，候鳥找不到飛行的方向；二是沒有地磁場的保護，宇宙中的電磁輻射直接到達地球，會造成極大的破壞(與圖6所示的實驗相對應)．這些震撼的畫面讓學生由理論回到了生活實際．最終本節課也成功地激發了學生進一步“定量”認識磁場的興趣．

圖8

3 教學反思

(1)本節“序言”課的完成決不能是簡單的知識回顧，它需要完成知識體系的初步建構，為后面整個章節的學習打下基礎，做好思想準備和方法準備．

(2)盡管高中物理教材內容設計重視物理情景的創設、重視實驗探究，但高考考核的壓力會讓學生認為：物理就是解一道道題目，教學中應該引導學生從身邊熟悉的自然現象和生活現象出發，認識、探索和思考物理規律．“序言”課在其中發揮著舉足輕重的作用．

(3)學生能夠“自我發現、大膽推理”是一種能力，也是一種高效的學習習慣，其養成需要日積月累，所以在課堂設計中教師需要扮演的是一個“組織者”、“設計者”而不是一個“傳業者”．

(4)這節課中有的演示實驗是課本后面第四、五節中出現的，筆者將它提前到序言課中做了定性討論，目的是建立較為完整的知識體系．但是否有“過于提前”的傾向，還需要進一步斟酌、思考，希望能夠通過序言課的設計不斷提升教學設計能力．

參考文獻：

[1]朱建廉.《緒論》課教學功能的研究[J].中學物理教學參考，2011，40(7).

[2]何善亮.序言課教學——作為先行組織者了嗎？[J].教育理論與實踐，2008，(4).

[3]魏霞.皮亞杰的兒童發展觀及其教學啟示[J].吉林省教育學院學報，2011，27(3).

[4]吳招德.圖式理論在物理習題教學中的應用初探[J].物理通報，2005，(6).

[5]許云風.從皮亞杰認知-發展理論看物理概念教學[J].臨沂師范學院學報，2011,23(6).