《几种常见的磁场》的“翻转”课堂设计

2016-01-11吴玉琴

物理教学探讨 2015年12期

关键词：磁感线磁场教学设计

吴玉琴

摘要：本文介绍了翻转课堂的有关概念，阐述了物理课堂如何实现翻转，并详细地说明了对《几种常见的磁场》一节内容进行翻转课堂的教学设计。

关键词：翻转课堂；教学设计；磁场；磁感线

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）12-0073-4

1 翻转课堂式的教学模式

翻转课堂也称颠倒课堂，通过对知识传授和知识内化的颠倒安排，改变了传统教学中师生的角色，并对课堂时间的使用进行了重新规划，实现了对传统教学模式的革新。在翻转课堂中，信息技术和活动学习为学习者构建出个性化协作式的学习环境，有助于形成新型的学习文化。互联网的普及和计算机技术在教育领域的应用，使“翻转课堂式”教学模式变得可行和现实。

1.1 创建教学视频

什么样的内容适合制作成视频？视频是否是其最合适传授知识的方式？实践证明，最合适在视频中讲授的内容，是不需要教师在场指点的单向解释性的知识。所有的教学视频，一个共同的特点就是短小精悍。大多数的视频都只有几分钟的时间，比较长的视频也只有十几分钟。每一个视频都针对一个特定的问题，有较强的针对性，查找起来也比较方便。美国网络数学教育先锋萨尔曼的教学视频有一个显著的特点，就是在视频中唯一能够看到的就是他的手，不断地书写一些数学的符号，并缓慢地填满整个屏幕。除此之外，就是配合书写进行讲解的画外音。用萨尔曼·可汗自己的话语来说：“这种方式，它似乎并不像我站在讲台上为你讲课，它让人感到贴心，就像我们同坐在一张桌子面前，一起学习，并把内容写在一张纸上。”这是“翻转课堂”的教学视频与传统的教学录像的不同之处。传统教学（后者）视频中出现的教师头像以及教室里的各种物品摆设，都会分散学生的注意力，特别是在学生自主学习的情况下。“翻转课堂”教学（前者）视频内容的形式，可以是文本、PPT课件、插图、3D动画，录像（实验或生活片段的视频）等等。

1.2 组织课堂活动

学生通过自主学习教材和视频中的内容后，对于存在疑惑的知识，在课堂上通过学生与学生、学生与老师之间的互动来解决。教师要提前了解学生的学习困难，在课堂上给予最有效的辅导。这样教师的角色实现了变化，有更多的责任去理解学生的问题和引导学生去运用知识，而课堂也实现了翻转。

现以新“人教版”选修（3-1）第三章第三节《几种常见的磁场》为例，谈一下笔者是如何实现课堂教学翻转的。

2 “翻转”课堂的教学设计

笔者将《几种常见的磁场》中磁感线的概念、直线电流、环形电流与通电螺线管的磁感线分布以及磁通量的概念与计算这几部分知识放在视频中，供学生在家中自学。这些知识点难度不高，初中都有所接触，且较多属于单向知识性传授。关键是讲解几种电流的磁场需要实验、三维动画等教学手段，所以适合制作视频供学生自习。然后在与学生面对面的课堂中，组织学生动手实验验证磁场的方向。最后，与学生一起探讨安培定则的应用和磁通量的计算。

2.1 《几种常见的磁场》视频设计模块

（1）磁感线

在前面学习静电场时，我们引入了物理量E，即电场强度来描述电场，并应用假想的电场线来形象描述电场。此时，提出问题让学生回忆怎样利用电场线来描述电场的强弱和方向。

前面第二节中，我们引入物理量磁感应强度B来描述磁场，所以也可以引入假想的线来形象描述磁场，用这些线的疏密来表示磁感应强度B的大小，曲线上每一点的切线方向与该点磁感应强度方向一致。

初中，我们利用铁屑或是小磁针来模拟磁感线的分布，视频展示单根条形磁铁、马蹄形磁铁、一对同名磁极、一对异名磁极的磁感线模拟图，并提问让学生观察哪里的磁感应强度较大。

设计意图：首先展示本节课的三维目标，然后应用复习和类比的方法引出磁感线的概念。在视频中应当像在课堂上指导教学时一样，教师应有恰当的提问，有计划地让学生对学习的知识进行思考。如果视频中没有让学生进行反思思考，那么翻转课堂就不是有效的。

（2）几种常见的电流周围的磁场

①直线电流的磁场

视频首先展示实验操作，利用铁屑来模拟直线电流周围的磁感线分布以及用小磁针探究周围空间磁场方向，并用动画展示磁场的三维立体分布。接着向学生提出问题，直线电流方向与磁场方向有什么关系呢？然后图文音并茂引入安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。视频中还要引入用“点”和“叉”的概念来讲解直线电流的横截面图（如图1）和纵截面图（如图2）中磁感线分布。最后，让学生思考磁感应强度的大小与通电直导线距离的关系。

②环形电流与通电螺线管周围的磁场

视频首先仍旧展示实验操作，利用铁屑来模拟环形电流和通电螺线管周围的磁感线分布以及用小磁针探究周围磁场方向，并用动画展示磁感线的三维立体分布。接着图文音并茂引入安培定则的另一种形式：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。特别强调拇指所指的方向在环形电流与通电螺线管中的特别意义，并与前面判断直线电流磁场的安培定则作区别。视频最后提出思考问题：①从通电直导线到环形电流再到通电螺线管，你体会到由直到曲的转化、由少到多的叠加过程了吗？会用微元思想、化曲为直地分析环形电流的磁场分布吗？②通电螺线管的外部磁场分布与条形磁铁的磁场分布一致，你能联想到条形磁铁内部的磁场是如何分布的吗？③根据前面画截面图的方法，画出环形电流（图3）与通电螺线管（图4）的磁感线横、纵截面图。

设计意图：这几种电流的磁场分布是本节课的重点与难点。通过实验进行磁感线的模拟，可以将抽象的知识具体化。因为这些实验对环境有一定的要求，且比较费时间和材料，可以放在视频中进行演示讲解，也能让学生很好地观察到此现象。特别是视频中可以应用动画将磁感线的三维空间分布展现出来，让学生更好地掌握磁场的立体分布，也让后面画横纵截面图事半功倍。最后提出的问题，能让学生从形象思维中懂得逻辑思维，注意到这种联系，而不是孤立地罗列这些磁场各自的规律，有利于培养学生科学的思想方法。

（3）安培分子电流假说、匀强磁场、磁通量

这部分视频主要是以书本上所讲述的单向知识进行讲解，主要是用PPT展示文字和图片，配一段“磁现象的电本质”录像。对于磁通量这个概念主要以计算匀强磁场的磁通量，从B与S垂直到不垂直进行讲解，并明确磁通量是标量，有正、负之分，举例说明正负号的含义。知道磁感应强度的另一种定义。

设计意图：对于安培分子电流假说这部分知识，只需要了解就行，而匀强磁场这个概念，由于学习了匀强电场，也很好理解。所以，视频的重点放在磁通量的概念上，理解其物理意义是非常困难的，但这个概念又是一个非常重要的基本概念，是学习电磁感应的基础。视频中应用“光通过墙洞”的类比加以说明，“光通量”由光的强弱及洞的有效面积决定。

（4）作业

①巩固：应用安培定则补充完整图5中的电流方向或磁感线方向。

②总结：电场线与磁感线的相似点与不同点。

③练习：（Ⅰ）有a、b、c、d四个小磁针，分别放置在通电螺线管的附近和内部，如图6所示。小磁针的指向错误的是（）

A.a B.b

C.c D.d

（Ⅱ）如图7，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是（）

A.a点 B.b点

C.c点 D.d点

（Ⅲ）如图8所示，在x轴和y轴构成的平面直角坐标系中，过原点再作一个z轴，就构成了空间直角坐标系。匀强磁场的磁感应强度为B=0.2 T，方向沿x轴的正方向，且ab=dc=0.4 m，bc=ef=ad=0.3 m，be=cf=0.3 m。通过面S1（abcd）、S2（befc）和S3（aefd）的磁通量Φ1、Φ2、Φ3各为多少？

设计意图：整节课的视频中若没有让学生进行反思思考，那么翻转课堂就不是有效的。作业中让学生熟练掌握应用安培定则判断常见磁场的分布，以及掌握磁感应强度的矢量运算和磁通量的计算，注意磁通量的正负号。

2.2 课堂活动设计模块

要求每个学生在视频学习完后，思考其中的问题并完成相应的作业。对于其中没有弄懂的问题，或是理解过程中的疑惑在课前反馈给教师，教师整理好问题以及作业中常见的错误后，有针对性地开发课堂学习材料。

（1）开展小组合作学习，共同探讨教师整理好的有探究价值的问题。教师在教室中巡走，进行个别的指导。反映比较多的重点、难点问题则与全班学生一起进行讨论。

（2）合作交流，动手实验。学生小组实验：教材后面“做一做”验证环形电流的磁场方向。

（3）归纳：电场线与磁感线的相似点与不同点（表1）。

特别提醒：

①从电场、磁场的概念理解两种场线的相似点：

矢量性——线的切线；强弱——线的疏密；

方向的唯一性——空间任意一点场线不相交。

②从两种场线的区别理解两种场的区别：

电场线——电荷有正负——电场线有始终；磁感线——N、S极不可分离——磁感线闭合，外部是从N到S，内部是从S到N。