按學生認知規律開展教學的探討
——以初中的“電磁鐵教學”為例

吳立東

(北京市第五中學分校 北京 100009)

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按學生認知規律開展教學的探討
——以初中的“電磁鐵教學”為例

吳立東

(北京市第五中學分校 北京 100009)

《物理新課程標準》中明確指出,“在義務教育階段，重視對學生終身學習愿望、科學探究能力、創新意識以及科學精神的培養.注重讓學生經歷從自然到物理、從生活到物理的認識過程.” 筆者認為我們的物理教學，就是實踐了這一宗旨.通過學習，體驗到學科學的樂趣，了解科學方法，獲取科學知識，逐步樹立科學創新精神.

深化課程改革，創建高效課堂是眾多教師都在追尋的目標.但如何才能吸引學生注意，喚起學習興趣，激發學習熱情，調動學習自主和自覺呢？經過多年的研究與實踐，我們提出：從認知心理學的角度出發，按照學生的認知規律進行教學，將教師 “會教、好教、樂教”轉化為學生“會學、好學、樂學”，完成其“悟”的認知過程.

下面以初中“電磁鐵”為例，談談遵循初中物理教學的規律，按照學生的認知規律進行物理教學.

1 引入新課

演示：講臺上放置一個箱式平臺，將一個毛絨玩具放在箱式平臺上，很輕松拿起玩具，再放在平臺上，然后做欲傾斜平臺的動作.

師：玩具會掉嗎？

生：當然會.

演示：高高抬起箱式平臺的右端，玩具像粘在平臺上，沒掉(圖1).引起學生關注和思考(停2 s).

師：為什么玩具沒有掉下來呢？

生：(恍悟)一定是玩具下面有磁體，平臺是鐵制成.(本節課前學生已學過磁的一些知識)

演示：再次抬起平臺右端，還沒等平臺的右端抬起多高，玩具卻倒了.

圖1 平臺傾斜，玩具不倒

沉靜片刻，有的學生反駁，說：“如果是磁鐵吸鐵造成的這個現象，為什么現在玩具卻倒在平臺上呢？”學生們受此啟發，進而引導猜想.

生甲：會是螺線管嗎？

生乙：不可能，通電螺線管的磁性太弱，怎能吸住這個玩具？

在學生的困惑、質疑中，教師將布掀開解密，讓學生觀察木箱內部(圖2)：8節1號電池，一個線圈加鐵芯，還有導線和開關.

圖2 木箱內部結構

師：看來還有與永磁體和通電螺線管不一樣的有磁性的物品！在通電螺線管內插入一個鐵芯的器件我們叫它為電磁鐵(取出箱中的電磁鐵示意給大家).和不加鐵芯的通電螺線管比較，電磁鐵的磁性大大增強.

師：今天，我們就一起來學習電磁鐵的相關知識.

板書(出課題)：電磁鐵

用PPT展示定義：

電磁鐵：內部有鐵芯的通電螺線管叫電磁鐵

2 探究教學

(1)發現問題，提出問題

師：大家想不想自己制作一個電磁鐵？老師為大家準備了軟鐵芯(型號一樣)、漆包線(型號一樣但有的小組漆包線長，有的短)、干電池(有的組兩節電池，有的一節)、開關、大頭針、保護電阻(定值)、導線若干，請用自己小組桌上的器材自制一個電磁鐵吧，看看哪個組的電磁鐵磁性最強.

師：我們用什么辦法來判斷電磁鐵磁性的強弱？

生：讓電磁鐵吸引大頭針，從它吸引大頭針的多少來判斷.

鼓勵各小組學生用課桌上的實驗器材動手制作一個電磁鐵，讓學生用吸引大頭針感受自制電磁鐵的磁性，鼓勵學生進行小組間交流，體驗成功的喜悅，同時發現問題，提出問題.

生：為什么我們組的電磁鐵吸引大頭針的數量這么少？

生：我們組的電磁鐵吸引大頭針的數量多.

通過自制電磁鐵，學生發現電磁鐵磁性強弱是不同的.

師：看來不同電磁鐵的磁性強弱不同，是什么因素影響電磁鐵磁性強弱呢？

生：我發現我們組的漆包線繞的圈數與鄰組不同，說明電磁鐵的磁性強弱可能與線圈的匝數有關.

生：我發現我們組所用電池節數與鄰組不同，說明電磁鐵的磁性強弱可能與通過線圈的電流大小有關.

生：(拓展猜想)可能密繞的程度、鐵芯的大小、繞線的松緊程度都會影響電磁鐵磁性的強弱.

……

教師將學生的猜想一一寫在黑板的副板書的位置上.

(2)繼續探究，得出定性結論

師：同學們猜想電磁鐵磁性強弱和很多因素有關.由于時間關系，在本節課中只研究兩個主要因素，一個是電磁鐵的磁性強弱和線圈匝數的關系，另一個是和線圈中電流大小的關系.

師：我們研究問題的途徑是什么？

生：實驗.

師：我們提供圖3所示的器材，供同學研究問題.其中，3個線圈分別為20匝、40匝和60匝.

圖3 研究電磁鐵磁性強弱的實驗器材

師：今天我們有兩個任務.

任務1：研究電磁鐵磁性強弱與電流大小的關系.

任務2：研究電磁鐵磁性強弱與線圈匝數的關系.

師：由于課堂時間有限，為了更充分地進行探究，更好地完成實驗，先明確各小組的任務(其中前6個組研究任務1；后6個組研究任務2)，課后，對實驗感興趣的同學，可以到實驗室做另一半的實驗.

師：在我們用實驗回答問題之前，需要先明確實驗方法.

生：控制變量.

師：通過控制變量來探究“電磁鐵磁性強弱與電流大小的關系”時，只改變電流的大小，其他因素都保持不變，看看電流大小對電磁鐵磁性強弱的影響.

師：在設計實驗方案前還需解決的問題如下(用PPT展示通過小組討論的實驗設計方案).

1)這個實驗需要哪些器材？電路怎樣設計，畫出電路圖.

2)怎樣改變自變量？

3)控制哪些因素不變，怎樣控制？

4)設計實驗表格.

5)實驗過程的注意事項和實驗結論.

附：實驗電路(圖4)，兩實驗表格及一個實驗小組的數據(表1和表2).

圖4 實驗電路圖

表1 電磁鐵磁性強弱與電流大小關系的相關數據線圈匝數40 匝

表2 電磁鐵磁性強弱與線圈匝數關系的相關數據電流2 A

在實際教學中，還會涉及如下問題，我們是通過師生交流來解決的.

師：能和大家交流一下自己在完成任務過程中的注意事項嗎？讓其他同學少走些彎路！

生甲：連接電路時，使電流從電流表的“+”流進，“-”流出；滑動變阻器接一上一下兩個接線柱；開關閉合前，使滑片滑到阻值最大端.

生乙：電流不超過0.6 A時，用小量程，超過0.6 A時，用大量程.

生丙：實驗時電流不要過大，否則吸引大頭針的數量過多，不易數；電磁鐵吸引大頭針后要換個地方斷電，數個數，再做下一個實驗.

師：為了使整個線圈都能套在鐵芯上，我事先在鐵芯的一端固定了一小段膠帶，并提供了一根橡皮筋，固定的膠帶是防止線圈的一端從鐵芯上滑落，橡皮筋是用來固定鐵芯上線圈的另一端，也起到線圈緊貼鐵芯的作用.(教師邊演示邊講授.)

學生分組進行實驗操作.教師巡視指導，解決實驗中出現的問題.

請不同小組的代表把記錄下來的實驗結果向全班匯報.

(3)用PPT展示學生通過實驗歸納出的結論

1)當電磁鐵線圈的匝數不變，電流逐漸增大時，電磁鐵吸引大頭針的數目是增多的.

2)在電流相同的情況下，電磁鐵線圈的匝數增加時，吸引大頭針的數目是增多的.

用PPT板書總結：

影響電磁鐵磁性強弱的因素:

電流的大小;螺線管線圈匝數的多少.

3 應用

師：(重新展示圖1)在引入新課中，我是如何控制毛絨玩具，讓它倒它就倒；不讓它倒，它就不敢倒？

生：您控制電源開關，斷開電源電磁鐵沒有磁性，毛絨玩具就倒；接通電源電磁鐵有磁性，吸住毛絨玩具底上的軟鐵，它就不會倒.

師：我們利用這種方法，可以制作一個振動錘.(演示圖5的裝置，用觸點開關控制振動錘的振動頻率)

師：利用這個實驗，我讓振動錘向右，它就向右；不讓它向右，它就回位(應該作為電磁繼電器的鋪墊實驗來演示.為提高演示效果，配合動作還應說“向右”、“原位”；“向右”、“原位”).

如果在振動錘旁放置一個響鈴，它就成為一個電鈴(用觸點開關演示圖6的電鈴).

圖5 用電磁鐵制作振動錘

圖6 制作電鈴

你們對我發明的電鈴有什么想法？

生：這個電鈴太麻煩了，它離不開手！只有用手不停地通電、斷電，通電、斷電才工作，手一離開開關就不會響了！能做一個合上開關就響個不停，只有斷開開關才不響的電鈴嗎？

師：你的想法很好！如何制作一個不用手就能自動實現通電、斷電功能的電鈴？

每個小組都有一個用組件組裝的電鈴(圖7，兩節5號電池在背后)，請你們幫我查找這個電鈴是如何不用手就能自動實現通電、斷電功能的.

圖7 組裝的電鈴

學生用圖8解釋電鈴工作原理(略).

圖8 電鈴工作原理圖

4 總結

師：今天我們學習了電磁鐵，能對電磁鐵的優點做一評價嗎？

生：磁性有無可以靠通、斷電控制.

生：磁極的方向可以靠電流的方向控制.

生：磁性強弱可以靠電流大小和線圈匝數控制.

師：請把電磁鐵的3個優點寫在筆記本上.

師(布置作業)：留一道搜集資料的作業——請同學們上網查一查，搜集一下電磁鐵在生活中的具體應用,特別是電磁起重機的工作原理.

說明：筆者曾以本教學方案，受國家教育部國培計劃之邀，代表北京于2013年11月10日，在青海省海東市民和回族土族自治縣，以當地學生為對象進行課堂授課.考慮少數民族地區學生沒有經歷過課堂探究教學，沒有想過還可以自己動手用實驗來探究物理問題這些情況，筆者臨時調整了教學設計，在課堂上特地留有充分時間讓學生動手實驗.通過耐心引導，帶著學生從了解吸鐵石開始認識電磁鐵，讓學生制作電磁鐵到使用電磁鐵，從課堂知識擴展到了實際生活.隨著誘導和學生實驗的成功，學生的學習興趣和積極性很快被調動起來，交流發言從開始的扭扭捏捏，互相推諉，轉為大膽、踴躍，教學目標在興趣盎然中完成.有近100名民和縣的物理教師參加本堂課的觀摩，課后評議會上，他們說，“沒有想到物理課還可以這樣上！這樣上物理課，學生沒有不愛學，沒有學不會的！”

2015-09-30)