初中物理“磁生電”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的歷史重構(gòu)及教學(xué)建議

劉 露 錢長炎

(安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,安徽 蕪湖 241002)

“磁生電”一節(jié)是初中物理電磁部分教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),其中蘊(yùn)含著豐富的物理學(xué)史教育資源,對學(xué)生極具教育價(jià)值.本文在對“磁生電”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容作較為深入的分析基礎(chǔ)上,側(cè)重從物理學(xué)史的角度對其中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做必要的重構(gòu),并對教學(xué)提出一些建議,以供教學(xué)實(shí)施參考.

1 “磁生電”一節(jié)內(nèi)容特點(diǎn)及教學(xué)實(shí)驗(yàn)分析

“磁生電”一節(jié)包含了電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)和研究過程中的歷史要素,既是初中物理教學(xué)的重點(diǎn),又是初中學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn).奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)之后,安培等多位物理學(xué)家圍繞著電磁關(guān)系做了進(jìn)一步的探索[1].法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象更是“磁”生“電”系列實(shí)驗(yàn)研究中的重大飛躍,對學(xué)生理解和掌握電磁關(guān)系起著至關(guān)重要的作用.不僅如此,電磁感應(yīng)研究過程中還涵蓋了許多有意義的實(shí)驗(yàn)工作,它們既體現(xiàn)了科學(xué)研究的方法,又反映了科學(xué)先驅(qū)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)問題的思考,對于初中學(xué)生的物理學(xué)習(xí)而言是前所未有且不可或缺的.

而在我國通行的初中物理教科書和相關(guān)教學(xué)研究文獻(xiàn)中,“磁生電”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要圍繞著探究“磁”生“電”條件展開.教學(xué)中,電磁感應(yīng)研究的系列實(shí)驗(yàn)通常被簡單概括為單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并完全利用現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)裝置組織實(shí)施.[2]這些安排顯然不能準(zhǔn)確呈現(xiàn)電磁感應(yīng)的研究過程,也很大程度地忽視了歷史實(shí)驗(yàn)在物理課程中的教育價(jià)值.因此,要克服“磁生電”一節(jié)的教學(xué)實(shí)施困難,我們就有必要將直觀且典型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容補(bǔ)充到教學(xué)之中,充分體現(xiàn)“磁生電”研究工作的連續(xù)性和層次性.

2 “磁生電”一節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重構(gòu)及教學(xué)建議

通過對“磁生電”教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)分析,以及教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的反思,我們認(rèn)為在本節(jié)知識的教學(xué)過程中,應(yīng)該結(jié)合初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),借助《法拉第日記》和相關(guān)研究文獻(xiàn),將安培電磁效應(yīng)的研究工作和法拉第電磁感應(yīng)研究過程中的典型實(shí)驗(yàn)合理融入到課堂教學(xué)中,并采用多種形式的實(shí)驗(yàn)組織方式實(shí)施教學(xué),以此彌補(bǔ)教科書中與電磁感應(yīng)研究相關(guān)的歷史實(shí)驗(yàn)的缺憾,取得良好的教學(xué)效果.

首先,我們認(rèn)為有必要將安培電磁效應(yīng)的研究工作適當(dāng)融入教學(xué)之中.在奧斯特之后,安培圍繞著電磁關(guān)系作了深入的探索,并且在其1822年的實(shí)驗(yàn)中便已然出現(xiàn)了“感應(yīng)電流”卻不自知,最終遺憾地與電磁感應(yīng)現(xiàn)象失之交臂.[1]然而即便如此,安培的相關(guān)研究工作對法拉第等人后續(xù)的電磁研究仍具有一定的啟示意義.

其次,法拉第關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究工作是本節(jié)教學(xué)的核心內(nèi)容,教學(xué)中可以將歷史實(shí)驗(yàn)和教科書中已有的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合,合理組織教學(xué).法拉第首次完成“磁”生“電”實(shí)驗(yàn)的示意圖如圖1所示[3],我們可以使用圖2所示的裝置替代實(shí)施教學(xué)[4].螺線圈與接有檢流計(jì)(圖中未標(biāo)出)的兩根導(dǎo)線相連,螺線圈兩端與U形磁鐵的

圖1 法拉第首次由“磁”生“電”實(shí)驗(yàn)示意圖

圖2 螺線圈在U形磁極間運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)示意圖

兩極相對,改變磁鐵和螺線圈的相對位置時(shí),通過檢流計(jì)觀察電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流.此實(shí)驗(yàn)可以采用演示和師生共同探究的方式組織展開,以便將學(xué)生引入“磁”生“電”的學(xué)習(xí)情境之中,而對其生“電”的緣由則不必深究.

不僅如此,法拉第利用導(dǎo)體棒在磁極間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的系列實(shí)驗(yàn)也極具代表性,圖3所示的實(shí)驗(yàn)便是其中之一[3],利用圖4所示的裝置即可完成此實(shí)驗(yàn)的教學(xué)[4].矩形導(dǎo)線懸于鐵架臺上,一邊置于U形磁鐵兩極之間,兩端與檢流計(jì)(圖中未標(biāo)出)相連,通過檢流計(jì)觀察產(chǎn)生的感應(yīng)電流.此實(shí)驗(yàn)是初中“磁生電”一節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容,建議采用學(xué)生分組合作探究的方式組織實(shí)施.同時(shí)結(jié)合教科書中“探究什么情況下磁可以生電”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2],對“磁”生“電”的條件作進(jìn)一步探究,幫助學(xué)生明確電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件,從而達(dá)到“磁生電”一節(jié)既定的教學(xué)目標(biāo).

圖3 法拉第利用導(dǎo)體棒產(chǎn)生感應(yīng)電流實(shí)驗(yàn)示意圖

圖4 導(dǎo)線在U形磁鐵中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流實(shí)驗(yàn)示意圖

最后,我們還可以將法拉第利用地磁產(chǎn)生感應(yīng)電流的相關(guān)實(shí)驗(yàn)以課外探究活動(dòng)的方式融入教學(xué)之中[3],具體實(shí)施過程可參照圖5[5].這項(xiàng)探究活動(dòng)既有趣又富有創(chuàng)意,能夠使學(xué)生進(jìn)一步理解“磁”生“電”現(xiàn)象的產(chǎn)生條件.

圖5 利用地磁產(chǎn)生感應(yīng)電流探究活動(dòng)示意圖

通過上述實(shí)驗(yàn)和教科書中已有內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生不僅會(huì)對“磁生電”的探索過程獲得更為全面的了解,又能對其生“電”條件有更深入的理解,對后續(xù)的“發(fā)電機(jī)”等應(yīng)用知識的學(xué)習(xí)同樣有所助力,進(jìn)而幫助學(xué)生更好地完成“磁生電”一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí).

3 小結(jié)與啟示

在對“磁生電”一節(jié)內(nèi)容特點(diǎn)的分析和相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的重構(gòu)過程中,我們對其教學(xué)實(shí)施過程有了更加全面的認(rèn)識.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究經(jīng)歷了艱難而曲折的過程,其中包含了法拉第等眾多科學(xué)先驅(qū)的創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)研究工作,這既是課堂教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)也是機(jī)遇.鑒此,在“磁生電”一節(jié)的教學(xué)中,我們可以從還原歷史實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新相結(jié)合的角度對其教學(xué)實(shí)施過程做更加深入全面的思考,同時(shí)結(jié)合初中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),恰當(dāng)挑選電磁感應(yīng)研究過程中關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)工作融入教學(xué)之中,幫助學(xué)生了解“磁生電”現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的真實(shí)過程.

不僅如此,對“磁生電”一節(jié)的教學(xué)反思也讓我們深刻體會(huì)到物理學(xué)史內(nèi)容融入教學(xué)的重要性.尤其對于那些研究過程曲折艱辛的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)而言,將物理學(xué)史教育資源恰當(dāng)融入相關(guān)知識的教學(xué)中,不僅可以幫助學(xué)生更好地掌握難點(diǎn)內(nèi)容,更能啟發(fā)他們深入理解科學(xué)研究過程的本質(zhì)特點(diǎn),這也是我們教師在物理教學(xué)中不可推卸的責(zé)任.正如著名的物理學(xué)教育家弗倫奇所言:“如果我們的目的是給出世世代代物理學(xué)如何發(fā)展的真實(shí)圖像,那么,作為物理教師,我們就應(yīng)竭盡全力去利用職業(yè)歷史學(xué)家所揭示的科學(xué)歷史.”[6]

參考文獻(xiàn)：

1 Ross S.The Search for Electromagnetic Induction:1820—1831[J].Notes & Records of the Royal Society of London,1965,20(2):184-219.

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