以問題為核心，以實驗為方法，打造活力新課堂

王巧玲

摘要：以蘇科版《電流的磁場》為例，設(shè)計一節(jié)圍繞具體問題展開、以教師演示實驗和學(xué)生分組實驗為方法、充滿活力的初中物理新課堂。物理學(xué)中的問題在生活和教學(xué)中都有重大意義，物理課堂中的實驗和生活中的實踐又非常相似，從生活走向課堂，再從課堂回到生活，踐行陶行知先生的生活教育理論。

關(guān)鍵詞：問題;實驗;教學(xué)設(shè)計

物理是一門以實驗為主的學(xué)科，許多科學(xué)家花了十幾年的時間，僅僅在一個實驗上面，正是因為這一個實驗，為人類打開了新的大門。可見，實驗在科學(xué)領(lǐng)域的重要性。教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生跟著科學(xué)家的腳步，從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、做出猜想、設(shè)計實驗、分析論證、得出結(jié)論來感受科學(xué)探究的魅力，為學(xué)生今后在學(xué)習(xí)和生活中獨立發(fā)現(xiàn)問題、解決問題做好鋪墊。初中生對理論知識的接受能力較弱，對通過實驗獲得的知識接受能力較強。因此，開展一節(jié)以實驗為方法的初中物理課堂，既能幫助學(xué)生獲得新知，又能完成物理與生活和社會緊密相連的教學(xué)目標(biāo)。

一、實驗引入，提出問題

第一個實驗是磁鐵吸引大頭針，緊接著的第二個實驗是纏繞著銅絲的鐵釘在通電的狀態(tài)下吸引大頭針。兩個實驗對比，引發(fā)學(xué)生思考，并提出問題：第二次實驗沒有磁鐵也能吸引大頭針是為什么呢？

聰明的學(xué)生發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引大頭針是因為磁鐵有磁性，現(xiàn)在通電的銅絲吸引大頭針，難道通電的銅絲也有磁性嗎？學(xué)生自己能提出問題，并做出猜想：通電的銅絲也有磁性。

第二個實驗其實就是電流的磁場的應(yīng)用：電磁鐵。原有的設(shè)計是第一個實驗，磁鐵先吸引鐵釘，鐵釘再吸引大頭針，正好與第一個實驗形成鮮明對比，磁鐵和通電銅絲屬于不同儀器，其他鐵釘、大頭針在兩個實驗均有出現(xiàn)，起到的作用也相同。磁鐵磁化鐵釘，鐵釘變成磁體吸引大頭針，通電銅絲也能使鐵釘磁化吸引大頭針，說明通電的銅絲和磁鐵的效果是一樣的，這里既用到了對比法，也用到了等效替代法。但考慮到引入部分簡潔明了可能更能保持學(xué)生的興趣，所以選擇現(xiàn)在的設(shè)計。

既然通電的銅絲也有磁性，那么，學(xué)生根據(jù)已知經(jīng)驗“磁體有磁性”，得出通電銅絲也是磁體，磁體周圍有磁場。接著，學(xué)生做出猜想：通電導(dǎo)體周圍存在磁場。

緊接著，第三個實驗是拿掉第二個實驗中的電源，再一次對比。學(xué)生觀察到的現(xiàn)象是大頭針掉落，不再被繞有銅絲的鐵釘吸引。學(xué)生發(fā)現(xiàn)有電流大頭針就被吸引，沒電流大頭針就不被吸引，難道是電流周圍存在磁場嗎？教師就此引出本節(jié)課的內(nèi)容，并板書標(biāo)題“第十六章第二節(jié)? 電流的磁場——電流周圍存在磁場嗎？”

二、通電直導(dǎo)線周圍存在磁場

首先，以最簡單的模型——通電直導(dǎo)線來探究。

教師設(shè)計實驗，提出問題：實驗儀器需要哪些？

學(xué)生根據(jù)物理九年級上冊的“電壓是形成電流的原因”，得出：要有電流必須要有電源。緊接著，教師提出問題：用什么儀器來檢驗磁場是否存在？學(xué)生思考后回答：小磁針在磁場中會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以用小磁針放在通電直導(dǎo)線周圍來判斷是否存在磁場。

接著，教師演示實驗：小磁針最初在地磁場的作用下會南北指向，將通電直導(dǎo)線擺在小磁針的上方，使通電直導(dǎo)線南北放置，即與小磁針南北極方向平行。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電直導(dǎo)線周圍存在磁場，改變電流方向，小磁針向相反方向偏轉(zhuǎn)，說明磁場方向與電流方向有關(guān)。得出結(jié)論：電流周圍存在磁場。板書把開始的“？”去掉，電流的磁效應(yīng)：通電直導(dǎo)線周圍存在磁場，磁場方向與電流方向有關(guān)。

“通電直導(dǎo)線周圍存在磁場”這個結(jié)論最早是由丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時很多科學(xué)家都認(rèn)為電與磁之間沒有必然的聯(lián)系，只有奧斯特根據(jù)自然生活中的種種現(xiàn)象，堅持認(rèn)為電與磁之間一定有必然的聯(lián)系，他花了將近十年的時間，為人類建立起了電與磁的聯(lián)系。所以這個實驗又叫奧斯特實驗。現(xiàn)代生活中的電磁爐、磁懸浮列車、軍事炮彈等都用到了電流的磁效應(yīng)。

復(fù)習(xí)舊知時，教師問：如果想更進一步地知道通電直導(dǎo)線周圍磁場的分布，應(yīng)該怎么操作？學(xué)生答：在通電直導(dǎo)線周圍鋪一層鐵屑或者圍一周小磁針。學(xué)生分組實驗，上臺演示，發(fā)現(xiàn)通電直導(dǎo)線周圍的磁場是在通電直導(dǎo)線垂直的平面內(nèi)，以電流為圓心的一個個同心圓。在提升拔高階段，教師提問：如果最初實驗時通電直導(dǎo)線東西方向放置，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？學(xué)生思考后回答：如果通電直導(dǎo)線東西方向放置，產(chǎn)生的磁場方向可能與小磁針北極所指的方向一致，小磁針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，就不能檢驗磁場的存在，因此通電直導(dǎo)線選擇南北放置而不選東西放置。

三、通電螺線管周圍存在磁場

在日常生活和實驗室中，導(dǎo)線通常都是彎的，所以環(huán)形電流周圍的磁場分布是怎樣的？由于這一塊教材沒做要求，所以播放視頻讓學(xué)生了解。設(shè)計這環(huán)形電流也是想讓學(xué)生思維層層遞進，為接下來的通電螺線管做鋪墊。

通電螺線管周圍存在磁場，磁場分布是怎么樣的？同學(xué)們分組實驗，一半人用鐵屑，一半人用小磁針。學(xué)生上臺演示，觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：通電螺線管周圍的磁場分布和前面學(xué)過的條形磁體周圍的磁場分布相似。教師提問：通電螺線管周圍的磁場方向跟電流方向有關(guān)嗎？如何檢驗是否有關(guān)呢？學(xué)生答：用小磁針檢驗，電流方向改變時，小磁針偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，說明通電螺線管周圍磁場方向與電流方向有關(guān)。

通電螺線管的磁場與條形磁體的磁場相似。教師拿出螺線管和條形磁體，兩個水平分開放置，提問：在螺線管當(dāng)中有沒有條形磁體？學(xué)生答：沒有。教師拿出一個紙質(zhì)的矩形平面即條形平面，告訴學(xué)生既然通電螺線管與條形磁體的磁場相似，為了更好地描述通電螺線管的磁場，在其當(dāng)中放置條形白紙。這個環(huán)節(jié)的設(shè)置是因為在接下來的安培定則中，圖像里的螺線管中都有一個矩形，為了避免基礎(chǔ)差的同學(xué)誤認(rèn)為通電螺線管中還有一個條形磁體，用實物模型演示講解，學(xué)生能一講就通。

根據(jù)實驗現(xiàn)象，學(xué)生知道通電螺線管周圍的磁場方向與電流方向有關(guān)。教師提問：磁場方向跟繞線方式有沒有關(guān)系呢？教師演示實驗，改變繞線方向，但保證螺線管上電流方向不變，發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)方向不變。說明通電螺線管的磁場方向只與螺線管上的電流方向有關(guān)，與繞線方式無關(guān)。

根據(jù)螺線管上的電流方向判斷磁場方向，法國物理學(xué)家安培發(fā)明了一種方法：伸出右手，握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管上的電流方向一致，那么大拇指所指的那一端就為磁場的北極，這種方法叫作安培定則。

筆者請學(xué)生各拿出一支筆，用細(xì)繩繞在筆上，并猜想：假使電流方向向上，用手握一握，磁場方向向哪兒？筆者觀察全班同學(xué)的操作情況，指導(dǎo)糾正學(xué)生。有學(xué)生拿左手握，有學(xué)生不會看電流方向，右手彎曲握拳有兩種方式，一種眼睛看見四指，另一種眼睛看不見四指。學(xué)生在多次試錯過程中發(fā)現(xiàn)，眼睛看見四指所指方向為電流方向，因此，握拳方式應(yīng)該以看見四指為正確握法。

本節(jié)課內(nèi)容以教師演示實驗和學(xué)生實驗為方法，以教師提出問題、學(xué)生思考后回答問題為核心，讓學(xué)生在實驗中思考問題，在問題中實驗，將實驗和問題結(jié)合，相輔相成，既培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力，又提高了學(xué)生的思維能力，較好地完成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，從生活中走向物理，從物理走向社會。

參考文獻：

[1]姚亮.以問題為核心、以素養(yǎng)為目標(biāo)、打造課堂新活力：談蘇科版《運動的相對性》的教學(xué)策略達成[J].中學(xué)物理，2016（10）.

（責(zé)任編輯：奚春皓）