“磁场”序言课的教学设计

(江苏省南京市第九中学，江苏 南京 210018)

《磁现象和磁场》是人教版物理教材选修3-1中第三章磁场的第一节内容，是整章的“序言”课，主要内容分为：磁现象、电流的磁场、磁场的一些基本属性和地球的磁场．从“点”上看，大部分内容都是学生初中阶段已经掌握的，在实际教学过程中，容易把这节课上成汇报课或者复习课．但是，成功的教学设计不仅在于解决学生已有的问题，更要诱发出新的科学问题．笔者在这节课中不想做一个单纯的知识传递者，而是将这一节的“点”放在了整章的“面”中，做一个课堂环境的创设者，使学生通过序言课的学习成为智慧的探索者．

1 教学设计理念和思路

著名心理学家皮亚杰认为：“学习就是学生对观察到的环境的组织与适应”，建构知识的过程就是：“通过纳入、修改和重建达到与周围知识环境的平衡，或者不断打破平衡，建立新平衡的过程．”如果说《磁场》整章需要达成“建立新平衡”的目标，那么“序言”就要让学生通过“活动”和“交往”能够“自我发现”，在认知上形成“新的冲突”，为后面的章节学习做好知识、心理准备．

教学思路：生活中的磁现象→磁场的存在→磁场的来源→电流与磁体通过磁场的相互作用→通过磁场发生相互作用的普遍现象→地磁场相关现象→体会到定量研究磁场力的性质的必要性(后续章节)．

2 教学设计实施

(1)用“冲突法”在课堂开始承上启下

图1

设计1 用“旋转的液体”实验引入，如图1所示，一个玻璃器皿，四周用金属箔片粘贴，引出一根接线柱，中央也固定一根金属接线柱，它们原先是彼此绝缘的．在器皿中倒上盐水，通上电源，这时电路已经接通，在水面上轻洒纸屑，但是看不到明显的现象．接着，在器皿下放上一个长方体的装置，……看到纸屑随着液体飞快的旋转起来．提问：液体能够旋转一定和长方体的装置有关，这个装置是什么？(请学生近处观察)产生这个现象的原因可能是什么？

这个引入实验不同于平时看见的简单磁现象，学生用自己已经有的知识一时无法分析清楚．于是形成了课堂上的第一个“认知冲突”——能说一点儿，但说不清．这符合“适度的新奇原则”，可让学生充满热情的想去完成接下来的学习，同时也让学生感受到本节课的第一个关键词——磁现象．

(2)用“合作交往”完成科普知识的同化、顺化

设计2 提问：生活中有哪些常见的磁体？这些有磁性的物体有没有共同的特征？它们之间的作用力和常见的摩擦力、弹力有什么不同？

学生回忆、相互交流、补充答案：不同形状的磁体都有两个磁极N、S极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．他们之间发生相互作用不需要接触，是通过“磁场”传递的．

提问：是不是只有磁体周围有磁场？“电流周围有磁场”是如何被发现的?科学家们在探究过程中经历了哪些困难?这些困难是如何解决的呢？

学生交流、阅读课本可得出答案：奥斯特实验说明电流周围有磁场，所有的科学发现都离不开大胆的猜想、坚持不懈的实验、精准的实验设计.

设计演示奥斯特实验的“小失误”：第一步让小磁针呈自然状态，即静止后指南北方向；第二步将未通电的导线置于小磁针的上方，与之垂直(看似不经意的随意摆放)；第三步通电，发现小磁针不会有明显的现象．

图2

学生分析实验失误的原因，并亲自动手尝试改正实验方案(如图2所示)．

课堂上对于某些需要“同化”知识的建构，师生对话式交往效率高于教师的单方面讲授，学生交流式自我完善的效率又高于师生的对话式交往．但是对于一些需要“顺应”的知识，需要教师在后面推一把、撑一下．

(3)通过课堂活动让学生“自我发现”

设计3 提问：电流能通过磁场对磁体产生作用力使之偏转，那么磁体能否对电流(通电导线)有力的作用？生活中有哪些事例利用了这两个结论？

学生回答：根据力的作用是相互的，电流和磁体之间的作用是相互的，能够通过磁场相互传递．举例说明：生活中的电磁铁就是利用电流周围的磁场．电动机就是电流(通电导线)在磁场中受力的表现．

图片解说：如图3、图4所示，分析电磁铁相比于传统的“吸铁石”有哪些优势；观察如图5所示的实验，此实验简单易行，学生课后可以自己动手操作．

图3

图4

图5

提问：通过以上的学习，我们已经知道磁体和磁体可以通过磁场发生相互作用，磁体和电流也可以通过磁场发生相互作用，同学们有没有什么新的、大胆的推理猜想呢？

学生大胆猜想：电流和电流之间是否能通过磁场相互作用呢？电流的微观本质是运动的电荷，那么运动电荷在磁场中是否会受到力呢？

实验验证如图6所示，利用阴极射线管形成一束定向移动的电子，分别用不同的磁极靠近，观察偏转现象，验证猜想．如图7所示：用两长条锡纸平行、松弛固定，利用串、并联电路使其通过同向、反向电流，观察平行电流之间的相互作用，进而验证推理．

图6

图7

提问：我们周围最大的磁场在哪儿？生活中哪些自然现象与地磁场有关？如果没有地磁场可能会发生什么呢？学生进行开放式回答．高中物理和初中物理探究式学习中都有一个重要的环节就是猜想与假设，但是他们有一个很大的区别，初中物理的猜想更为开放，通常依据的是“经验”；而对于高中生来说“经验”的思维层次是远远不够的，这里的“自我发现”更应该是依据“理论”，最后让学生在心里形成序言中完整的知识体系(如图8)，即是整章学习的知识基础．设计中的最后一个提问是通过一段科幻电影(美国电影《地心末日》)的节选来回答的，主要为两个片段，一是由于地磁场消失，候鸟找不到飞行的方向；二是没有地磁场的保护，宇宙中的电磁辐射直接到达地球，会造成极大的破坏(与图6所示的实验相对应)．这些震撼的画面让学生由理论回到了生活实际．最终本节课也成功地激发了学生进一步“定量”认识磁场的兴趣．

图8

3 教学反思

(1)本节“序言”课的完成决不能是简单的知识回顾，它需要完成知识体系的初步建构，为后面整个章节的学习打下基础，做好思想准备和方法准备．

(2)尽管高中物理教材内容设计重视物理情景的创设、重视实验探究，但高考考核的压力会让学生认为：物理就是解一道道题目，教学中应该引导学生从身边熟悉的自然现象和生活现象出发，认识、探索和思考物理规律．“序言”课在其中发挥着举足轻重的作用．

(3)学生能够“自我发现、大胆推理”是一种能力，也是一种高效的学习习惯，其养成需要日积月累，所以在课堂设计中教师需要扮演的是一个“组织者”、“设计者”而不是一个“传业者”．

(4)这节课中有的演示实验是课本后面第四、五节中出现的，笔者将它提前到序言课中做了定性讨论，目的是建立较为完整的知识体系．但是否有“过于提前”的倾向，还需要进一步斟酌、思考，希望能够通过序言课的设计不断提升教学设计能力．

参考文献：

[1]朱建廉.《绪论》课教学功能的研究[J].中学物理教学参考，2011，40(7).

[2]何善亮.序言课教学——作为先行组织者了吗？[J].教育理论与实践，2008，(4).

[3]魏霞.皮亚杰的儿童发展观及其教学启示[J].吉林省教育学院学报，2011，27(3).

[4]吴招德.图式理论在物理习题教学中的应用初探[J].物理通报，2005，(6).

[5]许云风.从皮亚杰认知-发展理论看物理概念教学[J].临沂师范学院学报，2011,23(6).