探秘電磁

李春藜　張丹

“探秘電磁”項目是依托重慶科技館館校結(jié)合綜合實踐活動平臺，基于基礎(chǔ)科學(xué)展廳磁電展區(qū)展品開展的系列探究課程。課程以電磁學(xué)發(fā)展史為線索，在“做中學(xué)，玩中學(xué)”理念的指導(dǎo)下，以探究式學(xué)習(xí)方式，再現(xiàn)科學(xué)家的經(jīng)典實驗，體現(xiàn)情景式教學(xué)，充分激發(fā)青少年的科學(xué)興趣，更加突出青少年的主體地位，補充學(xué)?？茖W(xué)教育資源的不足。

項目概況

重慶科技館的館校結(jié)合綜合實踐活動自2015年10月正式實施以來，以滿足學(xué)校需求為導(dǎo)向，以啟迪好奇心、培育想象力、激發(fā)創(chuàng)造力為目標(biāo)，依托科技館展品資源，開發(fā)多層次、多樣化的展教產(chǎn)品線，現(xiàn)累計已有117門自主研發(fā)的課程項目。同時，采用科技館特色的教育方式，以適應(yīng)學(xué)校學(xué)科方向、課程標(biāo)準(zhǔn)、課時和班級組織形式開展綜合實踐活動，滿足學(xué)校1—9年級學(xué)生的不同需求。其中，“探秘電磁”系列課程就是館校結(jié)合項目打造的精品課程之一。

探秘電磁項目系列課程的目標(biāo)受眾為7 9年級的初中學(xué)生。課程以義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中電和磁部分的內(nèi)容為基礎(chǔ)，著重把電和磁的科學(xué)史及知識點進(jìn)行融合拓展。例如：奧斯特和法拉第是如何發(fā)現(xiàn)電和磁的關(guān)系的，安培如何發(fā)現(xiàn)安培定則……收集這一時期各個科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)與成果并設(shè)計相應(yīng)課程，學(xué)習(xí)探素者的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，幫助學(xué)生了解電磁學(xué)發(fā)展史的整個構(gòu)架，輔助學(xué)生在學(xué)校電磁課程的學(xué)習(xí)。同時注重加強課程內(nèi)容與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會和科技發(fā)展的聯(lián)系，了解電磁學(xué)的發(fā)展對生活社會的巨大影響。

系列課程介紹

探秘電磁

探秘電磁課程基于展品“不聽話的小磁針”“直導(dǎo)線切割磁力線”等開展探究活動，再現(xiàn)奧斯特電生磁、法拉第磁生電的經(jīng)典實驗。通過課程讓青少年獲取直接經(jīng)驗，并結(jié)合課堂探究與生活經(jīng)驗制作簡易電動機模型，培養(yǎng)學(xué)生的STEAM素養(yǎng)。

第1階段：激發(fā)興趣。利用生活中常見的線圈、電池、磁鐵，現(xiàn)場展示“電池小火車”在線圈中奔跑的現(xiàn)象，吸引學(xué)生的注意。探究電池小火車可以奔跑的原因，通過觀察分析使用的制作材料，找到電和磁2種能量，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

第2階段：提出問題。電和磁有沒有關(guān)聯(lián)？它們存在什么關(guān)系？

第3階段：實驗探究。教師介紹約200年以前人類對于電和磁的關(guān)系的認(rèn)識，當(dāng)時的科學(xué)家和現(xiàn)在的同學(xué)們一樣深陷謎團(tuán)。請同學(xué)們運用實驗道具，即展品“不聽話的小磁針”和“直導(dǎo)線切割磁力線”進(jìn)行實驗，再現(xiàn)奧斯特與法拉第的實驗，探究電和磁的關(guān)系并完成學(xué)習(xí)單，總結(jié)討論得出電能生磁、磁能生電的關(guān)系。

第4階段：理論與實踐相結(jié)合。偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往會極大促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。結(jié)合工程學(xué)、數(shù)學(xué)建模，運用所學(xué)知識自主設(shè)計并制作電動機模型。

“電學(xué)中的牛頓”——安培

課程以探秘電磁課程為起點，在奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁后，引導(dǎo)學(xué)生思考磁極間的相互作用，7—9年級的初中學(xué)生已知永磁鐵磁極間存在相互作用：同極相斥、異極相吸。既然電能生磁，通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場又存在什么樣的相互作用呢？引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗探究科學(xué)家安培的偉大發(fā)現(xiàn)，并學(xué)習(xí)其勇于實踐的精神。

第1階段：激發(fā)學(xué)生興趣，提出研究問題。教師演示通電錫箔紙可以隔空相斥或相吸的實驗現(xiàn)象，且同向電流相互吸引、異向電流相互排斥，這與學(xué)生已知的磁極間相互作用“同極相斥、異極相吸”相互矛盾。實驗現(xiàn)象引起學(xué)生好奇，從而提出研究問題：通電導(dǎo)體問的相互作用與磁鐵問的相互作用是否為一種作用力？為什么與磁極間相互作用相反？

第2階段：實驗探究。教師通過引導(dǎo)學(xué)生分析磁鐵的明顯特征，如可以與另外的磁鐵相互作用、可以使小磁針轉(zhuǎn)動等，如果通電導(dǎo)體問的相互作用與磁鐵間相互作用是一種作用力，則通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場也具備磁鐵的性質(zhì)。為學(xué)生提供條形磁鐵、小磁針、電池、螺線管等道具，鼓勵學(xué)生自主制訂研究方案并進(jìn)行實驗。

第3階段：總結(jié)規(guī)律。通過記錄不同電流方向、不同纏繞方向時通電螺線管的南北極分布，嘗試總結(jié)右手螺旋定則，解釋同向電流相吸、異向電流相斥的問題。

“對話”電磁波

課程以生活中常見的手機和收音機為切入點，尋找能夠屏蔽手機信號的材料，解釋生活中如電梯里手機沒有信號的原因，再通過重要線索尋找電磁波大家族的成員及其在生活中的廣泛應(yīng)用，了解電磁波理論的發(fā)展過程，以及科學(xué)家赫茲與麥克斯韋作出的卓越貢獻(xiàn)。

第1階段：問題引入。聯(lián)系學(xué)生生活經(jīng)驗，尋找收音機和手機的共同點，如都需要接收信號。提出問題：為什么手機會出現(xiàn)沒信號的情況？哪些材料會阻擋手機信號的傳播？

第2階段：學(xué)生制訂方案并進(jìn)行實驗。為學(xué)生提供泡沫盒、硬紙盒、塑料盒、錫箔紙、鐵盒等材料，分別測試這些材料能否使手機撥打不通。

第3階段：認(rèn)識電磁波。教師介紹電磁波及人類認(rèn)識電磁波的過程，了解科學(xué)家赫茲和麥克斯韋對電磁理論建立所作出的貢獻(xiàn)。

第4階段：尋找電磁波大家族的成員。通過展品“電磁波大家族”視頻觀看，以游戲的形式尋找電磁波大家族的成員及其在生活中的廣泛應(yīng)用。

總結(jié)與反思

教師與學(xué)生評價反饋

每次課程結(jié)束后分別對學(xué)生和學(xué)校負(fù)責(zé)教師進(jìn)行滿意度調(diào)查，“館校結(jié)合教學(xué)活動觀眾滿意度調(diào)查表”包含活動的總體滿意度和知識性、趣味性、親和力、課時達(dá)標(biāo)等分項。調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)校教師對課程以學(xué)生為主的探究式教育模式充分肯定，通過課程的體驗對學(xué)生的思維拓展、動手能力等均有很大的幫助，同時也希望課程能更緊密聯(lián)系課程標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生在學(xué)校的系統(tǒng)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

學(xué)生作為課程實施的主體調(diào)查相對詳細(xì)，為了解課程是否做到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，是否加深了學(xué)生對電磁體系的認(rèn)識，是否對學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)科有所幫助，我們?yōu)槊恳婚T課程分別設(shè)計了“學(xué)生反饋意見調(diào)查表”。調(diào)查結(jié)果顯示，通過課程體驗均能使學(xué)生對該時期電磁學(xué)發(fā)展有相應(yīng)的認(rèn)知和了解，而課程中最受學(xué)生歡迎的環(huán)節(jié)多為實驗探究環(huán)節(jié)。

后期課程實施中我們將結(jié)合學(xué)校教師與學(xué)生的反饋，保持優(yōu)勢，彌補欠缺，逐步完善項目課程。

系統(tǒng)課程開展的連續(xù)性

探秘電磁項目系列課程現(xiàn)已開發(fā)3門，每門課程均已實施多次，但同一個班級體驗全部3門課程的情況較少。分析原因，一是初中學(xué)生課外實踐學(xué)習(xí)機會較少，二是每學(xué)期學(xué)校組織學(xué)生參加1次館校結(jié)合綜合實踐活動，部分中學(xué)出行半天，只能體驗2門課程。后期在系列課程的連續(xù)性開展問題上還要加強與學(xué)校溝通，確保更加連續(xù)完整地開展項目課程。