以原始物理問(wèn)題深化學(xué)習(xí)“電生磁”的教學(xué)

傅子杰

摘 要：初中物理“電生磁”部分的教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)模式大多采用先講奧斯特的電生磁部分，之后再引入通電螺線管的磁場(chǎng)判斷和右手螺旋定則，為了改進(jìn)這種教學(xué)模式的不足，可以原始物理問(wèn)題引入來(lái)展開(kāi)“電生磁”的教學(xué).教學(xué)實(shí)踐表明，在“電生磁”部分結(jié)合生活小制作等原始物理問(wèn)題展開(kāi)教學(xué)，可以有效地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生形成一個(gè)有序的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而改進(jìn)物理教學(xué)效果.

關(guān)鍵詞：電生磁; 生活小制作;原始物理問(wèn)題

文章編號(hào)：1008-4134（2019）14-0005中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題的提出

在人教版初中物理九年級(jí)上第二十章“電與磁”的第二小節(jié)“電生磁”的教學(xué)過(guò)程中，在講解了奧斯特的“電生磁”部分之后，課本上進(jìn)而引入了通電螺線管的磁場(chǎng)判斷和右手螺旋定則的知識(shí)講解.誠(chéng)然，我們通過(guò)連接通電直導(dǎo)線、電源、開(kāi)關(guān)，并且將直導(dǎo)線南北方向放置，小磁針平行放在直導(dǎo)線下面，然后閉合開(kāi)關(guān)，觀察到小磁針的運(yùn)動(dòng).這個(gè)實(shí)驗(yàn)確實(shí)能夠簡(jiǎn)單直觀地反映出“電生磁”現(xiàn)象.然后教師在課堂上就直接進(jìn)行通電螺線管的磁場(chǎng)判定和安培定則的理論知識(shí)講解，達(dá)成對(duì)于學(xué)生“電生磁”部分知識(shí)的培養(yǎng).進(jìn)而通過(guò)課后的習(xí)題，來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于“電生磁”的學(xué)習(xí).這樣的依靠物理習(xí)題讓學(xué)生進(jìn)一步熟練知識(shí)的方式是有待考究的.在課堂教學(xué)中應(yīng)該更加深化學(xué)生對(duì)于“電生磁”知識(shí)的理解.筆者認(rèn)為，加上生活小制作演示這一步，并不會(huì)浪費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，可能只需要增加課堂五分鐘的巧妙展現(xiàn)，就可以清晰地將“電生磁”的物理知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)去判斷實(shí)際物理現(xiàn)象.作者認(rèn)為在學(xué)完“電生磁”之后，加上一個(gè)原始物理問(wèn)題分析，就可以達(dá)到很好的教學(xué)效果.

眾所周知，物理是一門(mén)從現(xiàn)象出發(fā)的學(xué)科.我們從現(xiàn)象出發(fā)，研究物理問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程就是在深化學(xué)生的知識(shí)體系.原始物理問(wèn)題的引入，就可以很好地解決這樣的問(wèn)題.原始問(wèn)題的表述形式是對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字?jǐn)⑹龅姆绞匠尸F(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，與習(xí)題顯著不同的是，沒(méi)有習(xí)題中常常給定的已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)置.所以，筆者認(rèn)為，原始物理問(wèn)題對(duì)于知識(shí)的深化的很有幫助，它可以顯現(xiàn)出學(xué)生是否真的明白了物理原理，而不是學(xué)會(huì)了物理習(xí)題的“套路”.有鑒于此，筆者認(rèn)為“電生磁”這一小節(jié)中，可以在講解完安培定則的現(xiàn)象之后，進(jìn)行原始物理問(wèn)題的分析，加深學(xué)生對(duì)于“電生磁”的理解，希冀對(duì)這一小節(jié)教學(xué)有所裨益.

2 教學(xué)的邏輯

首先通過(guò)教師的演示實(shí)驗(yàn)（連接通電直導(dǎo)線、電源、開(kāi)關(guān)，并且將直導(dǎo)線南北方向放置，小磁針平行放在直導(dǎo)線下面，然后閉合開(kāi)關(guān)）觀察到小磁針的運(yùn)動(dòng).從而引導(dǎo)學(xué)生思考，相互討論得出結(jié)論（小磁針運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明周圍存在磁場(chǎng).但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只有通電，并沒(méi)有外加磁場(chǎng)，這說(shuō)明是電流對(duì)于小磁針產(chǎn)生了作用，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考出是電流產(chǎn)生了磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)對(duì)小磁針作用，促使了小磁針運(yùn)動(dòng).）在這一小環(huán)節(jié)最后教師進(jìn)行總結(jié)與歸納：實(shí)驗(yàn)揭示的是電流的磁效應(yīng)現(xiàn)象，也就是我們常說(shuō)的“電生磁”現(xiàn)象.這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了在電流的周圍產(chǎn)生了磁場(chǎng)，而通過(guò)磁場(chǎng)的作用使得小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng).這就是奧斯特的電生磁實(shí)驗(yàn).

接著教師會(huì)進(jìn)行通電螺線管的磁場(chǎng)判斷和安培定則的理論教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)判斷電生磁.

進(jìn)而我們通過(guò)生活小制作，展示一個(gè)生活中的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生基于這個(gè)原始物理問(wèn)題，分析現(xiàn)象，提升物理深度.

我們選擇常見(jiàn)的干電池，作為實(shí)驗(yàn)的核心材料.利用生活中常見(jiàn)的強(qiáng)磁鐵，將其與電池一端相吸，形成電池在上，強(qiáng)磁鐵在下的體系.再利用生活中常見(jiàn)的銅絲，將銅絲繞制成所需半徑的彈簧，具有一定的彈性（如圖1所示），根據(jù)選擇的電池大小有異，我們可以將銅絲繞成比所選電池半徑略大的線圈，以使得可將線圈彈簧套在電池周圍.再將線圈彈簧上端做出一個(gè)突出的線圈頭，使彈簧套在電池外側(cè)時(shí)，彈簧線圈上端可接觸電池的一端電極，而彈簧下端可以接觸與電池相連的強(qiáng)磁鐵.從而電池、強(qiáng)磁鐵、線圈，三者相連形成一個(gè)整體.

在這個(gè)“電與磁”的生活實(shí)驗(yàn)中，可以得到多種不同的現(xiàn)象.這樣就形成了原始物理問(wèn)題，這樣的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，可以更好地激發(fā)學(xué)生的思考，它不像物理習(xí)題，只是讓學(xué)生做出一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)果，而是能很好地培養(yǎng)學(xué)生分析物理本質(zhì)的能力.

隨著電池的擺放、強(qiáng)磁鐵極性擺放的不同，實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)如下兩種現(xiàn)象：一是彈簧持續(xù)上下振動(dòng)效果;二是彈簧被拉長(zhǎng)吸住不動(dòng).

這種彈簧持續(xù)上下振動(dòng)的現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的物理原理為：當(dāng)線圈放在電池外側(cè)時(shí)，線圈上端與電池相接觸，下端接口與電池下側(cè)磁鐵相接觸，強(qiáng)磁鐵是導(dǎo)電的，所以線圈、強(qiáng)磁鐵、電池三者可以接觸形成閉合回路，從而在回路中形成電流.由奧斯特提出的“電流的磁效應(yīng)”可知，這個(gè)環(huán)形電流的產(chǎn)生會(huì)隨之產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于線圈是順時(shí)針繞行，產(chǎn)生的電流也是順時(shí)針的，根據(jù)右手螺旋定則（又稱安培定則）可知電源電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是向下的，這個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以看作是一個(gè)條形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，那么，可以認(rèn)為銅絲線圈上方為S極，下方為N極.又由于強(qiáng)磁鐵是N極在上，S極在下，因?yàn)榫€圈放在強(qiáng)磁鐵上方，于是線圈下方的“N極”與強(qiáng)磁鐵上方的N極形成同性磁極相對(duì).由于同性磁極相互排斥的原理，形成“斥”現(xiàn)象，所以彈簧反彈.而后又因?yàn)閺椈删€圈彈起，使彈簧線圈上端原與電池相接觸的接口與電池上端正極相離，使回路不再閉合而變成了斷路.在斷路中，彈簧線圈沒(méi)有了電流，也就不存在（由電流產(chǎn)生的）磁場(chǎng)了.線圈受重力作用，所以減速上升到開(kāi)始下落.從線圈跳起，開(kāi)始減速到零然后開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng)，到彈簧線圈上端接口再次與電池上端正極接觸，此時(shí)回路再次閉合，又形成因彈簧線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，又一次同性磁極相斥，形成反彈.以此循環(huán)，最終達(dá)到了我們看到的彈簧持續(xù)上下強(qiáng)烈振動(dòng)效果.

這種彈簧被拉長(zhǎng)吸住不發(fā)生振動(dòng)的現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的物理原理為：當(dāng)線圈放在電池外側(cè)時(shí)，線圈上端與電池相接觸，下端接口與電池下側(cè)磁鐵相接觸，強(qiáng)磁鐵是導(dǎo)電的，所以線圈、強(qiáng)磁鐵、電池三者可以接觸形成閉合回路，從而在回路中形成電流.由奧斯特提出的“電流的磁效應(yīng)”可知，這個(gè)環(huán)形電流的產(chǎn)生會(huì)隨之產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于線圈是順時(shí)針繞行，根據(jù)右手螺旋定則（又稱安培定則）可知電源電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是豎直向下的，這個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以看作是一個(gè)條形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，那么，可以認(rèn)為銅絲線圈上方為S極，下方為N極.又由于強(qiáng)磁鐵此時(shí)N極在下，S極在上，因?yàn)榫€圈放在強(qiáng)磁鐵上方，于是線圈下方的“N極”與強(qiáng)磁鐵上方的S極形成異性磁極相吸.由于異性磁極相互吸引的原理，形成“吸住”現(xiàn)象，所以彈簧被持續(xù)吸引.

通過(guò)這樣的原始物理問(wèn)題分析，可以很綜合地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于“電生磁”部分知識(shí)的理解.原始問(wèn)題的表述形式是對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字?jǐn)⑹龅姆绞匠尸F(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，與習(xí)題顯著不同的是，沒(méi)有習(xí)題中常常給定的已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)置.我想這樣的模式，是非常符合對(duì)學(xué)生深化學(xué)習(xí)的培養(yǎng)的.

3 反思和啟示

《從習(xí)題到原始問(wèn)題：科學(xué)教育方式的重要變革》中強(qiáng)調(diào)“加強(qiáng)物理教育中人文精神的教育，重視文理滲透.當(dāng)今世界的基礎(chǔ)教育，為了適應(yīng)21世紀(jì)高科技的飛速發(fā)展，雖然出現(xiàn)了科技教育的傾向，但這種傾向是以人文精神為靈魂的.”我想，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，正是很好地將“電與磁”原始物理問(wèn)題代替了“電與磁”物理習(xí)題. 原始問(wèn)題教學(xué)讓科學(xué)教育從純粹的知識(shí)傳授模式中走出來(lái)，進(jìn)入科學(xué)知識(shí)傳授與應(yīng)用相結(jié)合的新階段.對(duì)于“電生磁”物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，引入原始物理問(wèn)題，是一個(gè)很新穎的教學(xué)模式，這和以往的常規(guī)教學(xué)設(shè)計(jì)不同.這是具有創(chuàng)新的教學(xué)設(shè)計(jì).這樣的教學(xué)可以讓學(xué)生從“會(huì)做題”轉(zhuǎn)變到真正的“會(huì)物理”.

在現(xiàn)行的物理教學(xué)中，“應(yīng)試教育”的氣息過(guò)重.而應(yīng)試教育中重要的標(biāo)簽是習(xí)題.物理高考命題委員會(huì)認(rèn)為：“做題是非常重要的.我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn).因?yàn)轭}海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質(zhì)量，使學(xué)生根本來(lái)不及對(duì)習(xí)題以及與習(xí)題有關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行思考.”為解決這一問(wèn)題，原始物理問(wèn)題的理念被提出.比如，“1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長(zhǎng)桿走鋼絲跨越長(zhǎng)江三峽.科克倫如何使用手中的長(zhǎng)桿？這樣的問(wèn)題就稱為原始問(wèn)題.相反，目前科學(xué)教育中廣泛采用的習(xí)題卻很難為學(xué)生提供這樣的情境.”

物理課程作為一門(mén)重要的基礎(chǔ)教育課程，在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)方面有著重要的不可替代的作用.它除了培養(yǎng)學(xué)生了解自然、學(xué)習(xí)自然規(guī)律、培養(yǎng)操作動(dòng)手能力和探究能力之外，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義和愛(ài)國(guó)主義思想，培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的良好行為習(xí)慣、道德品質(zhì)以及良好的科學(xué)態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣.我國(guó)物理教學(xué)論的發(fā)展，實(shí)際上落回到了對(duì)于“人”的培養(yǎng).

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