以原始物理問題深化學(xué)習(xí)“電生磁”的教學(xué)

傅子杰

摘 要：初中物理“電生磁”部分的教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)模式大多采用先講奧斯特的電生磁部分，之后再引入通電螺線管的磁場判斷和右手螺旋定則，為了改進這種教學(xué)模式的不足，可以原始物理問題引入來展開“電生磁”的教學(xué).教學(xué)實踐表明，在“電生磁”部分結(jié)合生活小制作等原始物理問題展開教學(xué)，可以有效地將理論與實踐相結(jié)合，讓學(xué)生形成一個有序的知識結(jié)構(gòu)，從而改進物理教學(xué)效果.

關(guān)鍵詞：電生磁; 生活小制作;原始物理問題

文章編號：1008-4134（2019）14-0005中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：B

1 問題的提出

在人教版初中物理九年級上第二十章“電與磁”的第二小節(jié)“電生磁”的教學(xué)過程中，在講解了奧斯特的“電生磁”部分之后，課本上進而引入了通電螺線管的磁場判斷和右手螺旋定則的知識講解.誠然，我們通過連接通電直導(dǎo)線、電源、開關(guān)，并且將直導(dǎo)線南北方向放置，小磁針平行放在直導(dǎo)線下面，然后閉合開關(guān)，觀察到小磁針的運動.這個實驗確實能夠簡單直觀地反映出“電生磁”現(xiàn)象.然后教師在課堂上就直接進行通電螺線管的磁場判定和安培定則的理論知識講解，達成對于學(xué)生“電生磁”部分知識的培養(yǎng).進而通過課后的習(xí)題，來強化學(xué)生對于“電生磁”的學(xué)習(xí).這樣的依靠物理習(xí)題讓學(xué)生進一步熟練知識的方式是有待考究的.在課堂教學(xué)中應(yīng)該更加深化學(xué)生對于“電生磁”知識的理解.筆者認為，加上生活小制作演示這一步，并不會浪費很長時間，可能只需要增加課堂五分鐘的巧妙展現(xiàn)，就可以清晰地將“電生磁”的物理知識與實踐相結(jié)合，讓學(xué)生利用所學(xué)知識去判斷實際物理現(xiàn)象.作者認為在學(xué)完“電生磁”之后，加上一個原始物理問題分析，就可以達到很好的教學(xué)效果.

眾所周知，物理是一門從現(xiàn)象出發(fā)的學(xué)科.我們從現(xiàn)象出發(fā)，研究物理問題，這個過程就是在深化學(xué)生的知識體系.原始物理問題的引入，就可以很好地解決這樣的問題.原始問題的表述形式是對科學(xué)現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字敘述的方式呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，與習(xí)題顯著不同的是，沒有習(xí)題中常常給定的已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)置.所以，筆者認為，原始物理問題對于知識的深化的很有幫助，它可以顯現(xiàn)出學(xué)生是否真的明白了物理原理，而不是學(xué)會了物理習(xí)題的“套路”.有鑒于此，筆者認為“電生磁”這一小節(jié)中，可以在講解完安培定則的現(xiàn)象之后，進行原始物理問題的分析，加深學(xué)生對于“電生磁”的理解，希冀對這一小節(jié)教學(xué)有所裨益.

2 教學(xué)的邏輯

首先通過教師的演示實驗（連接通電直導(dǎo)線、電源、開關(guān)，并且將直導(dǎo)線南北方向放置，小磁針平行放在直導(dǎo)線下面，然后閉合開關(guān)）觀察到小磁針的運動.從而引導(dǎo)學(xué)生思考，相互討論得出結(jié)論（小磁針運動，說明周圍存在磁場.但是在實驗過程中只有通電，并沒有外加磁場，這說明是電流對于小磁針產(chǎn)生了作用，進而引導(dǎo)學(xué)生思考出是電流產(chǎn)生了磁場，這個磁場對小磁針作用，促使了小磁針運動.）在這一小環(huán)節(jié)最后教師進行總結(jié)與歸納：實驗揭示的是電流的磁效應(yīng)現(xiàn)象，也就是我們常說的“電生磁”現(xiàn)象.這個現(xiàn)象說明了在電流的周圍產(chǎn)生了磁場，而通過磁場的作用使得小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動.這就是奧斯特的電生磁實驗.

接著教師會進行通電螺線管的磁場判斷和安培定則的理論教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)會判斷電生磁.

進而我們通過生活小制作，展示一個生活中的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生基于這個原始物理問題，分析現(xiàn)象，提升物理深度.

我們選擇常見的干電池，作為實驗的核心材料.利用生活中常見的強磁鐵，將其與電池一端相吸，形成電池在上，強磁鐵在下的體系.再利用生活中常見的銅絲，將銅絲繞制成所需半徑的彈簧，具有一定的彈性（如圖1所示），根據(jù)選擇的電池大小有異，我們可以將銅絲繞成比所選電池半徑略大的線圈，以使得可將線圈彈簧套在電池周圍.再將線圈彈簧上端做出一個突出的線圈頭，使彈簧套在電池外側(cè)時，彈簧線圈上端可接觸電池的一端電極，而彈簧下端可以接觸與電池相連的強磁鐵.從而電池、強磁鐵、線圈，三者相連形成一個整體.

在這個“電與磁”的生活實驗中，可以得到多種不同的現(xiàn)象.這樣就形成了原始物理問題，這樣的現(xiàn)實問題，可以更好地激發(fā)學(xué)生的思考，它不像物理習(xí)題，只是讓學(xué)生做出一個數(shù)學(xué)結(jié)果，而是能很好地培養(yǎng)學(xué)生分析物理本質(zhì)的能力.

隨著電池的擺放、強磁鐵極性擺放的不同，實驗可能出現(xiàn)如下兩種現(xiàn)象：一是彈簧持續(xù)上下振動效果;二是彈簧被拉長吸住不動.

這種彈簧持續(xù)上下振動的現(xiàn)象對應(yīng)的物理原理為：當(dāng)線圈放在電池外側(cè)時，線圈上端與電池相接觸，下端接口與電池下側(cè)磁鐵相接觸，強磁鐵是導(dǎo)電的，所以線圈、強磁鐵、電池三者可以接觸形成閉合回路，從而在回路中形成電流.由奧斯特提出的“電流的磁效應(yīng)”可知，這個環(huán)形電流的產(chǎn)生會隨之產(chǎn)生磁場，由于線圈是順時針繞行，產(chǎn)生的電流也是順時針的，根據(jù)右手螺旋定則（又稱安培定則）可知電源電流產(chǎn)生的磁場是向下的，這個線圈產(chǎn)生的磁場可以看作是一個條形磁鐵產(chǎn)生的磁場，那么，可以認為銅絲線圈上方為S極，下方為N極.又由于強磁鐵是N極在上，S極在下，因為線圈放在強磁鐵上方，于是線圈下方的“N極”與強磁鐵上方的N極形成同性磁極相對.由于同性磁極相互排斥的原理，形成“斥”現(xiàn)象，所以彈簧反彈.而后又因為彈簧線圈彈起，使彈簧線圈上端原與電池相接觸的接口與電池上端正極相離，使回路不再閉合而變成了斷路.在斷路中，彈簧線圈沒有了電流，也就不存在（由電流產(chǎn)生的）磁場了.線圈受重力作用，所以減速上升到開始下落.從線圈跳起，開始減速到零然后開始向下加速運動，到彈簧線圈上端接口再次與電池上端正極接觸，此時回路再次閉合，又形成因彈簧線圈電流產(chǎn)生的磁場，又一次同性磁極相斥，形成反彈.以此循環(huán)，最終達到了我們看到的彈簧持續(xù)上下強烈振動效果.

這種彈簧被拉長吸住不發(fā)生振動的現(xiàn)象對應(yīng)的物理原理為：當(dāng)線圈放在電池外側(cè)時，線圈上端與電池相接觸，下端接口與電池下側(cè)磁鐵相接觸，強磁鐵是導(dǎo)電的，所以線圈、強磁鐵、電池三者可以接觸形成閉合回路，從而在回路中形成電流.由奧斯特提出的“電流的磁效應(yīng)”可知，這個環(huán)形電流的產(chǎn)生會隨之產(chǎn)生磁場，由于線圈是順時針繞行，根據(jù)右手螺旋定則（又稱安培定則）可知電源電流產(chǎn)生的磁場是豎直向下的，這個線圈產(chǎn)生的磁場可以看作是一個條形磁鐵產(chǎn)生的磁場，那么，可以認為銅絲線圈上方為S極，下方為N極.又由于強磁鐵此時N極在下，S極在上，因為線圈放在強磁鐵上方，于是線圈下方的“N極”與強磁鐵上方的S極形成異性磁極相吸.由于異性磁極相互吸引的原理，形成“吸住”現(xiàn)象，所以彈簧被持續(xù)吸引.

通過這樣的原始物理問題分析，可以很綜合地培養(yǎng)學(xué)生對于“電生磁”部分知識的理解.原始問題的表述形式是對科學(xué)現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字敘述的方式呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，與習(xí)題顯著不同的是，沒有習(xí)題中常常給定的已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)置.我想這樣的模式，是非常符合對學(xué)生深化學(xué)習(xí)的培養(yǎng)的.

3 反思和啟示

《從習(xí)題到原始問題：科學(xué)教育方式的重要變革》中強調(diào)“加強物理教育中人文精神的教育，重視文理滲透.當(dāng)今世界的基礎(chǔ)教育，為了適應(yīng)21世紀高科技的飛速發(fā)展，雖然出現(xiàn)了科技教育的傾向，但這種傾向是以人文精神為靈魂的.”我想，這樣的教學(xué)設(shè)計，正是很好地將“電與磁”原始物理問題代替了“電與磁”物理習(xí)題. 原始問題教學(xué)讓科學(xué)教育從純粹的知識傳授模式中走出來，進入科學(xué)知識傳授與應(yīng)用相結(jié)合的新階段.對于“電生磁”物理知識的學(xué)習(xí)，引入原始物理問題，是一個很新穎的教學(xué)模式，這和以往的常規(guī)教學(xué)設(shè)計不同.這是具有創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計.這樣的教學(xué)可以讓學(xué)生從“會做題”轉(zhuǎn)變到真正的“會物理”.

在現(xiàn)行的物理教學(xué)中，“應(yīng)試教育”的氣息過重.而應(yīng)試教育中重要的標(biāo)簽是習(xí)題.物理高考命題委員會認為：“做題是非常重要的.我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn).因為題海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質(zhì)量，使學(xué)生根本來不及對習(xí)題以及與習(xí)題有關(guān)的問題進行思考.”為解決這一問題，原始物理問題的理念被提出.比如，“1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長桿走鋼絲跨越長江三峽.科克倫如何使用手中的長桿？這樣的問題就稱為原始問題.相反，目前科學(xué)教育中廣泛采用的習(xí)題卻很難為學(xué)生提供這樣的情境.”

物理課程作為一門重要的基礎(chǔ)教育課程，在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)方面有著重要的不可替代的作用.它除了培養(yǎng)學(xué)生了解自然、學(xué)習(xí)自然規(guī)律、培養(yǎng)操作動手能力和探究能力之外，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義和愛國主義思想，培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價值觀，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的良好行為習(xí)慣、道德品質(zhì)以及良好的科學(xué)態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣.我國物理教學(xué)論的發(fā)展，實際上落回到了對于“人”的培養(yǎng).

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