浅谈磁场教学的实验设计

2022-03-16广东佛山顺德均安文田初级中学528300黄碧玉

中学教学参考 2022年2期

广东佛山顺德均安文田初级中学（528300）黄碧玉

物理是一门以观察和实验为基础的自然科学。实验在物理教学过程中起着不可替代的作用。实验是研究物理问题的根本方法，也是培养学生动手操作能力的有效途径。针对初中生好奇心强、敢于想象的特点，加强物理实验教学，不但能培养学生的观察能力和动手能力，而且能加深学生对物理知识的理解，激发学生学习物理的兴趣。

有的物理实验浅显易懂，学生易消化吸收。例如，在“光的反射”实验中，学生可以直观地观察到光的反射路径（如图1 所示），并在实验的引导下推导出光的反射定律。又如，在“电流与电压关系”的探究实验中，虽然电看不见，但是学生在生活中已有丰富的感性体验，看到灯泡发光就可以感知电流的存在，知道灯泡越亮，通过灯泡的电流越大（如图2所示）。因此，在实验中当电阻不变时，电压越大，学生可以立刻知道电流也越大。但是，人教版九年级物理第二十章第一节“磁现象磁场”中磁场的教学实验相对难度变大。虽然简单的磁现象学生在小学已学过，但学生观察磁现象时缺乏计划性和目的性，另外学生的概括能力较弱，所以学生很难感知磁场的存在（如图3所示）。

图1 观察光的反射

图2 感知电流

图3 感知磁场

初中生首次接触既看不见又摸不着的“磁场”，用磁感线来描述磁场更要求学生有较强的实验综合能力。磁场的性质决定了磁场教学的实验与以往教学实验的要求截然不同。但是磁场的教学又必须通过实验才能讲透彻，因此实验成为磁场教学的灵魂。那么，根据教学难度和学生的认知特点，磁场的教学实验应该如何设计呢？

先来认识磁场在整个章节里的地位和作用。磁场是继磁现象之后的内容，也是后面学习电生磁、电磁铁等知识的基础，起到承上启下的作用。磁场的教学思路可以是：先从磁针移至磁体附近会发生偏转，得出磁体周围存在磁场；接着通过实验感知磁场的存在；然后通过磁针的指向来规定磁场的方向，进而引出用磁感线描述磁场的分布。磁场的内容体系如表1所示。

表1 磁场的内容体系

磁场的教学思路和内容，要求磁场的实验设计应注意：

1.递进式培养学生的观察感知能力。学生首次接触磁场这种看不见、摸不着的物质，若要让他们在实验中感知磁场的存在，应该先引导他们形成观察感知能力。在生活中，我们看见树叶晃动，就知道风的存在，所以在教学中应该让学生先在类比实验中形成观察感知能力，再把这种能力迁移到磁场的感知中。

2.研究磁场的实验应有序切入。用磁感线来描述磁场要求学生有较强的实验综合能力，所以研究磁场的实验不但要引导学生学会观察分析，而且应该有明确的切入点和清晰的研究思路。例如以小磁针作为载体，按“点→线→面→体”的顺序进行研究，逐步引导学生依据实验现象用磁感线来描述磁场，更符合学生的认知特点。

下面详细阐述磁场教学的实验设计。

一、“感知磁场存在”的实验设计

磁场是看不见摸不着的，如何让学生感知磁场的存在呢？普通实验措施：将一条形磁铁靠近静止的小磁针（如图4所示），让学生观察小磁针的变化情况，然后引导学生得出磁场存在的结论。

图4

评价：教师通过实验让学生感知磁场的存在，但是学生并没有形成直接感知磁场存在的能力。实验前教师没有对学生进行思维启发，学生没有形成分析能力，很难分析出磁场的存在。建议在做此实验前准备一些前提实验，用来培养学生的分析能力。具体实验步骤如表2所示。

表2 实验设计及目的

分析：实验①、②能帮助学生形成分析能力。实验①：用手拨小磁针使其转动，是因为手对小磁针有力的作用。实验②：用嘴吹小磁针使其转动，是因为空气对小磁针有力的作用，本实验还让学生体会到：不直接接触的两个物体，也可以通过其他物质（如风）产生力的作用。通过实验①、②让学生形成一定的分析能力，进而用这种能力分析实验③。详细分析过程如表3所示。

表3 实验分析过程

三个实验的相互关系如表4所示。

表4 三个实验的相互关系

实验③的分析：条形磁铁没有接触小磁针，为什么小磁针会发生转动？这说明磁体周围存在一种物质，磁铁就是通过这种物质对小磁针产生力的作用。这种看不见、摸不着的物质，我们就把它称为磁场。这样层层递进，逐步引导，学生就能从实验中感知磁场的存在。

二、“认识磁场具有方向性”的实验设计

对于看不见的磁场，如何研究它的方向性呢？生活中的风也是看不见的，但是我们依据彩带飘动的方向，就可以感知风的吹动方向。在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量，这种方法是转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中常用这种方法。磁场虽然看不见摸不着，但是磁场对放入其中的物体会有力的作用，因此可以根据小磁针在磁场中的指向来判断磁场的方向，实验设计如下。

1.把小磁针放入磁场中的某一位置，让学生观察小磁针的南北极指向。

实验现象：如图8所示。

图8 相同点的磁场方向的研究实验

2.用手重复拨动静止在磁场中的小磁针，松手后让学生观察小磁针有什么现象。

实验现象：小磁针静止后仍保持原来的指向。

3.换另一个小磁针重复实验，让学生观察小磁针有什么现象。

实验现象：小磁针静止后的指向和前一个小磁针的指向相同。

4.在磁场中不同的点放入小磁针，观察小磁针北极的指向是否相同。

实验现象：不同点的小磁针的北极指向不同（如图9所示）。

图9 不同点的磁场方向的研究实验

实验分析：某处小磁针北极总是指向一个方向，说明小磁针受力方向不变。

实验结论：磁场有方向。同一点的磁场方向不变，不同点的磁场方向不同。

教师解析：物理学规定，把小磁针放在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向定为该点的磁场方向。例如在图10中，A点的磁场方向如图11所示。

图10

图11

从同一点到不同点，在实验的引导下，更有利于学生用小磁针的北极指向来判定磁场的方向。

三、“用磁感线描述磁场”的实验设计

通过以上实验，学生虽然知道了如何判断磁场的方向，但依然看不见磁场。如何让看不见的磁场变得“可见”呢？风吹彩带时，可根据彩带飘动的样子，用带箭头的曲线描画出“风”。同样，我们也可以根据磁场所产生的效应，用磁感线来描述磁场。用磁感线来描述磁场要求学生有较强的实验综合能力，所以教师不但要引导学生学会观察分析，更应该有明确的切入点和清晰的实验思路。为此，以小磁针为载体，按“点→线→面→体”的顺序进行研究，逐步引导学生依据实验现象用磁感线来描述磁场。上面的实验，已经从“点”上研究了磁场。那么不同点的磁场方向之间有没有什么规律呢？实验探究如下。

1.磁场的线性研究：在条形磁铁附近放入小磁针，观察小磁针的排列情况。

小磁针的排列情况如图12所示。