深入研究電磁之間的聯(lián)系
——《電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)

彭麗竹 北京市懷柔區(qū)第二中學(xué)

●創(chuàng)新整合點(diǎn)

在教學(xué)中，利用騰訊會(huì)議同時(shí)登錄七個(gè)賬號(hào)，其中六個(gè)賬號(hào)在手機(jī)上登錄并打開攝像頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示，另一個(gè)賬號(hào)在計(jì)算機(jī)上登錄，方便在教學(xué)過程中選擇組別展示相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生與其他組分享實(shí)驗(yàn)成果，增強(qiáng)了學(xué)生的成就感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

●教材分析

《電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用》是高中物理必修三第五章第三節(jié)的內(nèi)容，根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求，本節(jié)課安排了大量的學(xué)生合作探究實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還有較多的思考、分析、總結(jié)等能力的要求，故將磁通量的內(nèi)容提前到與磁感應(yīng)強(qiáng)度一起講解，給學(xué)生留下足夠的探究和思考時(shí)間。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生活中常見又應(yīng)用廣泛。本節(jié)課從手機(jī)無線充電的情境引入電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而后演示了經(jīng)典的歷史實(shí)驗(yàn)，再安排學(xué)生合作探究實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)不同，所以通過騰訊會(huì)議投屏的形式，讓每一組學(xué)生都能觀看到自己沒做過的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而能夠合作探究，經(jīng)過思考，歸納總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。在整個(gè)教學(xué)中力求做到在學(xué)生已有的基礎(chǔ)之上，通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)生問題、協(xié)作交流得出閉合導(dǎo)體回路中磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)論。

●學(xué)情分析

學(xué)生在初中已經(jīng)簡單了解過電磁感應(yīng)現(xiàn)象，而且部分導(dǎo)體切割磁感線在他們的頭腦中的印象也是十分深刻的，但其實(shí)切割不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件，磁通量變化才是。可怎么能夠?qū)⑵湔辖y(tǒng)一為磁通量的變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件呢？這就需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，最后討論總結(jié)出規(guī)律并發(fā)現(xiàn)矛盾所在。順著這個(gè)思路，筆者將探究實(shí)驗(yàn)的順序進(jìn)行了調(diào)整，先是讓學(xué)生觀看演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)磁沒有生電，讓學(xué)生帶著質(zhì)疑以及好奇，再層層遞進(jìn)探究實(shí)驗(yàn)，最后整合的物理?xiàng)l件是閉合導(dǎo)體回路磁通量發(fā)生變化才會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生。本節(jié)課密切關(guān)注“學(xué)生最近發(fā)展區(qū)”，通過科學(xué)研究和物理實(shí)驗(yàn)在解決任務(wù)的同時(shí)，歸納總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和科學(xué)態(tài)度。

●教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：通過手機(jī)無線充電的實(shí)驗(yàn)知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象，通過經(jīng)歷感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究活動(dòng)，提高分析論證能力；學(xué)會(huì)通過現(xiàn)象分析歸納事物本質(zhì)特征的科學(xué)思維方法，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)觀察能力與邏輯思維能力在科學(xué)探究過程中的重要作用。

過程與方法目標(biāo)：通過分組探究實(shí)驗(yàn)，分別從B、S以及B與S夾角三個(gè)方面歸納得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；分組討論得出磁通量變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學(xué)會(huì)互助學(xué)習(xí)分析歸納總結(jié)得出簡潔、統(tǒng)一的物理規(guī)律和歸納事物本質(zhì)特征的科學(xué)思維方法。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：通過感受法拉第對(duì)科學(xué)的熱愛以及對(duì)科學(xué)研究持之以恒、堅(jiān)韌不拔的態(tài)度，了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象曲折的發(fā)現(xiàn)過程；通過了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重大歷史意義和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的廣泛應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)、技術(shù)對(duì)人類文明的推動(dòng)作用。

●教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境：多媒體教室、寬帶網(wǎng)絡(luò)、騰訊會(huì)議軟件、手機(jī)、手持mini鍵盤。

教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體鏈接計(jì)算機(jī)，課前調(diào)試計(jì)算機(jī)和手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其中手機(jī)用自己的數(shù)據(jù)流量和WIFI都可以。一臺(tái)計(jì)算機(jī)和多部手機(jī)同時(shí)進(jìn)入一間騰訊會(huì)議室。測試網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

●教學(xué)過程

1.導(dǎo)入課題

師：相信同學(xué)們對(duì)無線充電器都有所了解，現(xiàn)在老師用無線充電器給手機(jī)充電，請(qǐng)看屏幕，觀察現(xiàn)象，說一說你看到了什么。

生：手機(jī)充上了電。

師：無線充電器和220伏的交流電相連，而手機(jī)和充電器之間沒有導(dǎo)線的鏈接，那手機(jī)是如何充上電的呢？

學(xué)生猜測有磁、有電，可能是電磁感應(yīng)。

師：什么現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象？電磁感應(yīng)現(xiàn)象在日常生活中有什么應(yīng)用？這節(jié)課就讓我們一起來學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的現(xiàn)象及應(yīng)用。

設(shè)計(jì)意圖：利用手機(jī)無線充電器巧妙設(shè)置懸念，引出問題，從心理學(xué)的角度吸引學(xué)生的注意，使學(xué)生產(chǎn)生問題意識(shí)，并渴望知道其中的緣由，從而使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲和對(duì)探究的熱情，為后續(xù)的探究教學(xué)做好鋪墊，提高課堂教學(xué)效率。

2.演示實(shí)驗(yàn)，引出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

活動(dòng)一：明確“電磁感應(yīng)”概念

師：從奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁以后，全世界的科學(xué)家都在找尋磁生電的方法，但相隔十年之久，法拉第才在一次偶然的操作中發(fā)現(xiàn)磁生電。現(xiàn)在就讓我們重現(xiàn)一下經(jīng)典的歷史瞬間。觀察實(shí)驗(yàn)裝置（如圖1），你都看到了什么？

圖1

生：開關(guān)、導(dǎo)線、線圈、電流表、電源、黑色的磁鐵。

師：這個(gè)黑色的并不是磁鐵，而是鐵芯，它有聚磁的作用，能強(qiáng)化電磁鐵產(chǎn)生的磁場。線圈1與電源相連就相當(dāng)于電磁鐵。線圈2與電流表相連形成閉合回路，如果磁能生電，那電流表指針為什么沒有偏轉(zhuǎn)呢？

教師演示實(shí)驗(yàn)。

師：請(qǐng)同學(xué)們觀察老師是如何操作的。你又看到了什么現(xiàn)象？這個(gè)現(xiàn)象能說明什么問題？

生：在閉合和斷開開關(guān)的瞬間，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明磁能生電。

師：法拉第用了十年的時(shí)間在總結(jié)了別人和自己失敗的經(jīng)驗(yàn)后，決定不再固守“穩(wěn)態(tài)”的猜想。正是他的這種堅(jiān)持不懈的探索精神，才使他有了震驚世界的偉大發(fā)現(xiàn)。于是，他把磁生電的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象，把磁生電過程中產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流，從此開辟了人類社會(huì)的電氣化時(shí)代。

設(shè)計(jì)意圖：先讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家對(duì)科學(xué)研究持之以恒、堅(jiān)韌不拔的態(tài)度，然后讓學(xué)生通過自己觀察實(shí)驗(yàn)器材，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

3.探究產(chǎn)生感應(yīng)電流條件

師：請(qǐng)同學(xué)們思考，閉合回路在什么情況下產(chǎn)生感應(yīng)電流？（教師提供常見的實(shí)驗(yàn)器材照片，如下頁圖2所示）在觀察實(shí)驗(yàn)裝置后，請(qǐng)同學(xué)們思考下面三個(gè)問題：①你看到了哪些實(shí)驗(yàn)器材？②你探究實(shí)驗(yàn)的目的是什么？③為了這個(gè)目的，你設(shè)計(jì)的方案是什么？

圖2

生1：電流表、電壓表、兩個(gè)線圈、條形磁鐵、導(dǎo)線。

生2：實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钱a(chǎn)生感應(yīng)電流。

生3：要檢測是否產(chǎn)生電流，所以要有電流表，電流表與其中一個(gè)大線圈行成閉合回路。然后探究磁能不能生電。

學(xué)生分組開始實(shí)驗(yàn)，在做完實(shí)驗(yàn)以后，通過騰訊會(huì)議展示本組實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論：閉合導(dǎo)體回路B變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流。

教師介紹科拉頓跑失良機(jī)的遺憾，并得出磁生電是一種在變化運(yùn)動(dòng)過程中才能出現(xiàn)的效應(yīng)，然后提出問題：

追問一—它變化時(shí)還能不能產(chǎn)生感應(yīng)電流？繼續(xù)提供器材照片，如圖3所示。

圖3

追問二—①你看到了哪些實(shí)驗(yàn)器材？②你探究實(shí)驗(yàn)的目的是什么？③為了這個(gè)目的你設(shè)計(jì)的方案是什么？

生1：電流表、兩個(gè)線圈、U形磁鐵、導(dǎo)線。

生2：實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钱a(chǎn)生感應(yīng)電流。

生3：要檢測是否有電流，就要有電流表，電流表與線圈或者導(dǎo)線行成閉合回路，然后探究磁能不能生電。

接著，小組抽簽選實(shí)驗(yàn)裝置，四組同時(shí)組裝電路，并展示實(shí)驗(yàn)。學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)同時(shí)得出如圖4所示結(jié)論。

圖4

師：如果是三個(gè)變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候可能就會(huì)有些煩瑣。而物理規(guī)律是追尋簡潔、統(tǒng)一、對(duì)稱的，我們能不能繼續(xù)歸納總結(jié)并用更簡潔的語言來描述這個(gè)規(guī)律呢？

生：三個(gè)物理量共同決定磁通量；得出結(jié)論：當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合導(dǎo)體回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

設(shè)計(jì)意圖：利用騰訊會(huì)議突破傳統(tǒng)教學(xué)手段在時(shí)間、空間上的限制，將傳統(tǒng)教學(xué)手段不能表現(xiàn)的許多現(xiàn)象和過程生動(dòng)地表現(xiàn)出來。學(xué)生通過展示分享實(shí)驗(yàn)，能有效提高學(xué)習(xí)成就感和獲得感，從而激發(fā)研究的熱情。通過組別間的互助補(bǔ)充，提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的參與度和互助學(xué)習(xí)的能力。

4.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用

師：如果你是設(shè)計(jì)師，將如何設(shè)計(jì)無線充電器？

生：無線充電器內(nèi)部有磁鐵或者有線圈，手機(jī)內(nèi)部也有一個(gè)線圈，將無線充電器與交流電源鏈接，手機(jī)放在無線充電器上就可以充電了。

教師展示無線充電器和手機(jī)內(nèi)部構(gòu)造（如上頁圖5），并向?qū)W生介紹：電磁感應(yīng)除了應(yīng)用在無線充電器上以外，還應(yīng)用在生活中的發(fā)電機(jī)中，如后人在法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上建造了世界上最大的水力發(fā)電工程—三峽大壩發(fā)電站。

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜測，學(xué)以致用。通過師生的互動(dòng)，揭示實(shí)驗(yàn)的奧秘，呼應(yīng)本課的開頭。從物理走向社會(huì)，結(jié)合生活實(shí)際，闡明知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

5.總結(jié)提升

師：經(jīng)過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們都有哪些收獲呢？

生1：如果當(dāng)時(shí)科拉頓有實(shí)驗(yàn)伙伴，可以互助學(xué)習(xí)的話，就能早6年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，我們的生活也一定會(huì)有很大變化。

生2：了解了偉大的科學(xué)精神，告訴我們做事要堅(jiān)持不懈。

生3：本節(jié)課的探究方法是先觀察再帶著目的設(shè)計(jì)方案，然后解決問題，我會(huì)將這種方法應(yīng)用到今后的學(xué)習(xí)和生活中。

設(shè)計(jì)意圖：雖然本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)一共有6個(gè)，但是始終圍繞4個(gè)問題，即你看到了什么、你想干什么、你能干什么、你還能干什么展開，引導(dǎo)學(xué)生將這4個(gè)簡單的問題應(yīng)用到生活中去解決問題。

●教學(xué)反思

《電磁感應(yīng)現(xiàn)象》是電磁學(xué)這一部分的學(xué)習(xí)重點(diǎn)，為了激發(fā)學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)的好奇心，筆者采取了以下做法：①觀察生活中高科技的真實(shí)情境，引出磁生電；②演示經(jīng)典的歷史實(shí)驗(yàn)，引出本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄慨a(chǎn)生感應(yīng)電流條件；③學(xué)生分組做不同的實(shí)驗(yàn)，給予學(xué)生最大的實(shí)驗(yàn)自由，再分別展示本組實(shí)驗(yàn)，與其他組分享實(shí)驗(yàn)成果，增強(qiáng)了學(xué)生的成就感；④經(jīng)過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，希望學(xué)生能夠跳出物理學(xué)物理，通過本節(jié)課掌握的不僅僅是物理知識(shí)，還有解決問題的方法。

本課基于騰訊會(huì)議和多媒體的技術(shù)支持，將教師展示和學(xué)生分組展示都全部呈現(xiàn)在大屏幕上。學(xué)生雖然是分組做的不同實(shí)驗(yàn)，但最后都可以展示本組的實(shí)驗(yàn)過程，與其他組分享實(shí)驗(yàn)成果，增強(qiáng)了學(xué)生的成就感，使得教學(xué)環(huán)節(jié)能夠順利開展。同時(shí)，生動(dòng)的課堂給學(xué)生帶來了沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。課堂上學(xué)生積極主動(dòng)呈現(xiàn)自身的學(xué)習(xí)狀態(tài)，便于教師及時(shí)抓住學(xué)生的思維點(diǎn)，適時(shí)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和語言。信息技術(shù)與課程內(nèi)容達(dá)成有效融合，能夠讓學(xué)生生成自主的思維鏈條。

在學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)時(shí)，提到了電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向，這里應(yīng)該向?qū)W生解釋—我們?cè)谙乱徽轮校谔骄扛袘?yīng)電流方向時(shí)會(huì)詳細(xì)學(xué)習(xí)的，同時(shí)表揚(yáng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象仔細(xì)。在課堂推進(jìn)過程中，教師有打斷和補(bǔ)充學(xué)生觀點(diǎn)的行為，應(yīng)該先讓學(xué)生表達(dá)完自己的觀點(diǎn)，再讓同學(xué)之間相互補(bǔ)充，判斷對(duì)錯(cuò)，這樣才能充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)形式。