磁悬浮技术在物理教学中的渗透

周 磊

(天津市滨海新区塘沽渤海石油第一中学 天津 300452)

0 引 言

物理学作为现代科学技术的基础学科是青少年接受科学教育的重要组成部分，对于培养学生的科学素质起着重要的作用。它在最基本的层次上决定着一个国家公民的科学文化素质及科技发展的程度。[1]在中学物理教学中渗透科技前沿知识对于启发学生思维以及了解运用相关知识解决生活问题起着至关重要的作用。渗透科技前沿知识也为教师摆脱教学传统模式提供了新思路和方法。

1 中学物理教学中的前沿科技知识

物理学作为一门集理论与实践于一身的自然科学，存在着许多抽象概念。因不容易解释或个别实验难以实现，使学生对某些重要的定理或一些抽象的概念、规律无法形成具体清晰的认识。纵观世界各国教育，很多发达国家都将前沿科学作为教育的重点。面对这一状况，我国应更加重视在教学中渗透前沿科技知识并进行新课程改革。

物理学前沿是指当前物理学家正在关注和研究的一些现象和规律，如：天体物理、凝聚态物理以及与其他学科交叉产生的边缘学科。[2]在中学物理课程中渗透科技前沿知识，对于全面提高学生的科学素养以及培养科技型人才具有重要的意义。[3]

2 科技前沿和中学物理知识的衔接

中学物理教材中所涉及到的关于物理前沿的科技知识有很多，比如“失重和宇宙开发”，这就涉及到了超重和失重；宇宙速度课堂学习也包括了“黑洞”的知识；动量守恒学习涉及到反冲火箭等“航天科技发展和宇宙航行”的知识；法拉第电磁感应定律学习涉及到“磁悬浮列车”的知识等等。

由此我们不难发现，原来物理的前沿科技就在我们身边。本文中我们将就中学物理教学中涉及到的“磁悬浮列车”的相关知识进行展开论述，使其深入中学教学课堂。

3 在中学物理中渗透磁悬浮技术的教学设计方案

3.1 教学方案设计

3.1.1 教学目标

本节课是法拉第电磁感应定律和楞次定律的延续和应用，将走在科技前沿的“磁悬浮列车”中所包含的知识渗透进课堂。将课程内容与实际科技知识联系起来，应用磁悬浮列车这一条主线；将磁悬浮列车发展历史、实际应用、驱动原理与学生的物理知识有机结合起来，用以激发学生的兴趣，开阔视野，培养探索知识的精神。

3.1.2 教学构思

通过复习相关知识引入新课，给学生设置悬念“为什么磁悬浮列车会悬浮？”使学生们展开积极的讨论，并鼓励学生说出自己的见解。教师展示磁悬浮列车的发展历史，增强学生的感性认识。教学过程中由教师引导学生结合自己所学知识理解其中的相关原理。最后通过练习等形式使得学生真正掌握和巩固电磁学相关内容，达到将前沿科技渗透进初中物理教学课堂的目的。

3.1.3 教学过程

教师带领学生回顾已经学过的电磁学内容。在此教师运用多媒体以填空的形式对学生进行知识复习。通过复习为其学好这堂课打下基础。

在讲授新知的过程中，教师首先展示关于磁悬浮技术的图片并讲述引言。第二步，向学生提出问题并要求学生结合以前学过的知识加以讨论：磁悬浮列车是怎么实现悬浮的呢？通过提问的形式使学生开动脑筋加以思考，从而成为学习的主动者。第三步，讲述磁悬浮列车的分类以及展示历史发展简表。第四步，详细介绍磁悬浮列车所涉及到的物理学知识，并解释其中的原理。

3.1.4 巩固练习及总结提升

教师陈述知识点，进一步巩固本节课所讲述的内容，列举习题并进行讲解使学生充分吸收本节课所学习的知识点。举一个简单例题如下：

磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力。其推进原理可以简化为如图 1所示的模型：在水平面上相距 b的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布的匀强磁场B1和B2，且B1＝B2＝B，每个磁场的长度都是 a，相间排列，所有这些磁场都以速度 v向右匀速运动。这时跨在两导轨间的长为a、宽为 b的金属框 MNQP(悬浮在导轨正上方)在磁场力作用下也将会向右运动。设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，求：

①磁悬浮列车在运行过程中金属框所产生的最大电流Im。

②磁悬浮列车所能达到的最大速度。

图1 磁悬浮列车动力原理习题示意图Fig.1 Exercise of maglev train’s motive power principle

通过这个课堂练习可以使学生进一步掌握磁悬浮列车的推进原理，让学生通过综合运用电磁学的知识达到巩固提高本节课所学内容的目的。

3.2 教学设计反思

本节课是一节复习课，除了系统复习有关电磁学的内容外，还在学生已经掌握楞次定律、法拉第电磁感应定律的基础之上，通过引入新科技——磁悬浮列车让学生从新的角度去思考如何让列车悬浮起来。

3.3 教学过程反思

教学过程安排合理，在教学过程中由于知识容量大造成教师主导性语言过多，给学生参与讨论研究的机会较少。

3.4 学生学情反思

学生在本节课中表现得比较积极，有浓厚的学习兴趣，在教学过程中积极思考相关问题，课程很好地渗透了前言科技知识，获得了不错的效果。

4 结 语

通过列举《磁悬浮列车悬浮及推进原理》的具体教案，可以使教师更加直观地效仿这一课程，将物理前沿科技知识衔接到中学物理教学中去。为教师灵活运用所掌握的物理知识与科技前沿相联系提供了一个详实的例子以供参考。综上所述，在中学物理教学中渗透科技前沿可以为教师和学生间构建起一座知识的桥梁，教师将对物理前沿知识的进一步理解带到课堂教学的实践中去。在全面提高教学质量的同时还可以培养学生的知识迁移能力并拓宽学生的科技视野。

［1］ 李成永. 浅谈中学物流教学渗透现代物理前沿知识的思考[J]. 中国体卫艺教育，2009(7)：106-107.

［2］ 郭华芳. 论物理前沿知识课堂教学渗透的路径选择[J]. 中学物理，2008(10)：5-6.

［3］ 徐阳，籍金艳，卢慕稚. 关于中学物理科技活动课程的一个案例[J]. 科教文汇(下旬刊)，2011(3)：110-111.

［4］ 张士勇. 磁悬浮技术的应用现状与展望[J]. 工业仪表与自动化装置，2003(3)：63-64.

［5］ 毛保华，黄荣，贾顺平. 磁悬浮技术在中国的应用前景分析[J]. 交通运输系统工程与信息，2008(1)：30-31.

［6］ 史筱红，潘冬花. 磁悬浮列车的发展及现状[J]. 黑龙江科技信息，2011(23)：28.

［7］ 陆一娣. 磁悬浮列车的原理及应用[J]. 现代物理知识，2009(6)：43-44.