按学生认知规律开展教学的探讨——以初中的“电磁铁教学”为例

吴立东

(北京市第五中学分校 北京 100009)



按学生认知规律开展教学的探讨
——以初中的“电磁铁教学”为例

吴立东

(北京市第五中学分校 北京 100009)

《物理新课程标准》中明确指出,“在义务教育阶段，重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识以及科学精神的培养.注重让学生经历从自然到物理、从生活到物理的认识过程.” 笔者认为我们的物理教学，就是实践了这一宗旨.通过学习，体验到学科学的乐趣，了解科学方法，获取科学知识，逐步树立科学创新精神.

深化课程改革，创建高效课堂是众多教师都在追寻的目标.但如何才能吸引学生注意，唤起学习兴趣，激发学习热情，调动学习自主和自觉呢？经过多年的研究与实践，我们提出：从认知心理学的角度出发，按照学生的认知规律进行教学，将教师 “会教、好教、乐教”转化为学生“会学、好学、乐学”，完成其“悟”的认知过程.

下面以初中“电磁铁”为例，谈谈遵循初中物理教学的规律，按照学生的认知规律进行物理教学.

1 引入新课

演示：讲台上放置一个箱式平台，将一个毛绒玩具放在箱式平台上，很轻松拿起玩具，再放在平台上，然后做欲倾斜平台的动作.

师：玩具会掉吗？

生：当然会.

演示：高高抬起箱式平台的右端，玩具像粘在平台上，没掉(图1).引起学生关注和思考(停2 s).

师：为什么玩具没有掉下来呢？

生：(恍悟)一定是玩具下面有磁体，平台是铁制成.(本节课前学生已学过磁的一些知识)

演示：再次抬起平台右端，还没等平台的右端抬起多高，玩具却倒了.

图1 平台倾斜，玩具不倒

沉静片刻，有的学生反驳，说：“如果是磁铁吸铁造成的这个现象，为什么现在玩具却倒在平台上呢？”学生们受此启发，进而引导猜想.

生甲：会是螺线管吗？

生乙：不可能，通电螺线管的磁性太弱，怎能吸住这个玩具？

在学生的困惑、质疑中，教师将布掀开解密，让学生观察木箱内部(图2)：8节1号电池，一个线圈加铁芯，还有导线和开关.

图2 木箱内部结构

师：看来还有与永磁体和通电螺线管不一样的有磁性的物品！在通电螺线管内插入一个铁芯的器件我们叫它为电磁铁(取出箱中的电磁铁示意给大家).和不加铁芯的通电螺线管比较，电磁铁的磁性大大增强.

师：今天，我们就一起来学习电磁铁的相关知识.

板书(出课题)：电磁铁

用PPT展示定义：

电磁铁：内部有铁芯的通电螺线管叫电磁铁

2 探究教学

(1)发现问题，提出问题

师：大家想不想自己制作一个电磁铁？老师为大家准备了软铁芯(型号一样)、漆包线(型号一样但有的小组漆包线长，有的短)、干电池(有的组两节电池，有的一节)、开关、大头针、保护电阻(定值)、导线若干，请用自己小组桌上的器材自制一个电磁铁吧，看看哪个组的电磁铁磁性最强.

师：我们用什么办法来判断电磁铁磁性的强弱？

生：让电磁铁吸引大头针，从它吸引大头针的多少来判断.

鼓励各小组学生用课桌上的实验器材动手制作一个电磁铁，让学生用吸引大头针感受自制电磁铁的磁性，鼓励学生进行小组间交流，体验成功的喜悦，同时发现问题，提出问题.

生：为什么我们组的电磁铁吸引大头针的数量这么少？

生：我们组的电磁铁吸引大头针的数量多.

通过自制电磁铁，学生发现电磁铁磁性强弱是不同的.

师：看来不同电磁铁的磁性强弱不同，是什么因素影响电磁铁磁性强弱呢？

生：我发现我们组的漆包线绕的圈数与邻组不同，说明电磁铁的磁性强弱可能与线圈的匝数有关.

生：我发现我们组所用电池节数与邻组不同，说明电磁铁的磁性强弱可能与通过线圈的电流大小有关.

生：(拓展猜想)可能密绕的程度、铁芯的大小、绕线的松紧程度都会影响电磁铁磁性的强弱.

……

教师将学生的猜想一一写在黑板的副板书的位置上.

(2)继续探究，得出定性结论

师：同学们猜想电磁铁磁性强弱和很多因素有关.由于时间关系，在本节课中只研究两个主要因素，一个是电磁铁的磁性强弱和线圈匝数的关系，另一个是和线圈中电流大小的关系.

师：我们研究问题的途径是什么？

生：实验.

师：我们提供图3所示的器材，供同学研究问题.其中，3个线圈分别为20匝、40匝和60匝.

图3 研究电磁铁磁性强弱的实验器材

师：今天我们有两个任务.

任务1：研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系.

任务2：研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系.

师：由于课堂时间有限，为了更充分地进行探究，更好地完成实验，先明确各小组的任务(其中前6个组研究任务1；后6个组研究任务2)，课后，对实验感兴趣的同学，可以到实验室做另一半的实验.

师：在我们用实验回答问题之前，需要先明确实验方法.

生：控制变量.

师：通过控制变量来探究“电磁铁磁性强弱与电流大小的关系”时，只改变电流的大小，其他因素都保持不变，看看电流大小对电磁铁磁性强弱的影响.

师：在设计实验方案前还需解决的问题如下(用PPT展示通过小组讨论的实验设计方案).

1)这个实验需要哪些器材？电路怎样设计，画出电路图.

2)怎样改变自变量？

3)控制哪些因素不变，怎样控制？

4)设计实验表格.

5)实验过程的注意事项和实验结论.

附：实验电路(图4)，两实验表格及一个实验小组的数据(表1和表2).

图4 实验电路图

表1 电磁铁磁性强弱与电流大小关系的相关数据线圈匝数40 匝

表2 电磁铁磁性强弱与线圈匝数关系的相关数据电流2 A

在实际教学中，还会涉及如下问题，我们是通过师生交流来解决的.

师：能和大家交流一下自己在完成任务过程中的注意事项吗？让其他同学少走些弯路！

生甲：连接电路时，使电流从电流表的“+”流进，“-”流出；滑动变阻器接一上一下两个接线柱；开关闭合前，使滑片滑到阻值最大端.

生乙：电流不超过0.6 A时，用小量程，超过0.6 A时，用大量程.

生丙：实验时电流不要过大，否则吸引大头针的数量过多，不易数；电磁铁吸引大头针后要换个地方断电，数个数，再做下一个实验.

师：为了使整个线圈都能套在铁芯上，我事先在铁芯的一端固定了一小段胶带，并提供了一根橡皮筋，固定的胶带是防止线圈的一端从铁芯上滑落，橡皮筋是用来固定铁芯上线圈的另一端，也起到线圈紧贴铁芯的作用.(教师边演示边讲授.)

学生分组进行实验操作.教师巡视指导，解决实验中出现的问题.

请不同小组的代表把记录下来的实验结果向全班汇报.

(3)用PPT展示学生通过实验归纳出的结论

1)当电磁铁线圈的匝数不变，电流逐渐增大时，电磁铁吸引大头针的数目是增多的.

2)在电流相同的情况下，电磁铁线圈的匝数增加时，吸引大头针的数目是增多的.

用PPT板书总结：

影响电磁铁磁性强弱的因素:

电流的大小;螺线管线圈匝数的多少.

3 应用

师：(重新展示图1)在引入新课中，我是如何控制毛绒玩具，让它倒它就倒；不让它倒，它就不敢倒？

生：您控制电源开关，断开电源电磁铁没有磁性，毛绒玩具就倒；接通电源电磁铁有磁性，吸住毛绒玩具底上的软铁，它就不会倒.

师：我们利用这种方法，可以制作一个振动锤.(演示图5的装置，用触点开关控制振动锤的振动频率)

师：利用这个实验，我让振动锤向右，它就向右；不让它向右，它就回位(应该作为电磁继电器的铺垫实验来演示.为提高演示效果，配合动作还应说“向右”、“原位”；“向右”、“原位”).

如果在振动锤旁放置一个响铃，它就成为一个电铃(用触点开关演示图6的电铃).

图5 用电磁铁制作振动锤

图6 制作电铃

你们对我发明的电铃有什么想法？

生：这个电铃太麻烦了，它离不开手！只有用手不停地通电、断电，通电、断电才工作，手一离开开关就不会响了！能做一个合上开关就响个不停，只有断开开关才不响的电铃吗？

师：你的想法很好！如何制作一个不用手就能自动实现通电、断电功能的电铃？

每个小组都有一个用组件组装的电铃(图7，两节5号电池在背后)，请你们帮我查找这个电铃是如何不用手就能自动实现通电、断电功能的.

图7 组装的电铃

学生用图8解释电铃工作原理(略).

图8 电铃工作原理图

4 总结

师：今天我们学习了电磁铁，能对电磁铁的优点做一评价吗？

生：磁性有无可以靠通、断电控制.

生：磁极的方向可以靠电流的方向控制.

生：磁性强弱可以靠电流大小和线圈匝数控制.

师：请把电磁铁的3个优点写在笔记本上.

师(布置作业)：留一道搜集资料的作业——请同学们上网查一查，搜集一下电磁铁在生活中的具体应用,特别是电磁起重机的工作原理.

说明：笔者曾以本教学方案，受国家教育部国培计划之邀，代表北京于2013年11月10日，在青海省海东市民和回族土族自治县，以当地学生为对象进行课堂授课.考虑少数民族地区学生没有经历过课堂探究教学，没有想过还可以自己动手用实验来探究物理问题这些情况，笔者临时调整了教学设计，在课堂上特地留有充分时间让学生动手实验.通过耐心引导，带着学生从了解吸铁石开始认识电磁铁，让学生制作电磁铁到使用电磁铁，从课堂知识扩展到了实际生活.随着诱导和学生实验的成功，学生的学习兴趣和积极性很快被调动起来，交流发言从开始的扭扭捏捏，互相推诿，转为大胆、踊跃，教学目标在兴趣盎然中完成.有近100名民和县的物理教师参加本堂课的观摩，课后评议会上，他们说，“没有想到物理课还可以这样上！这样上物理课，学生没有不爱学，没有学不会的！”

2015-09-30)