吳立東

(北京市第五中學(xué)分校 北京 100009)

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按學(xué)生認(rèn)知規(guī)律開(kāi)展教學(xué)的探討
——以初中的“電磁鐵教學(xué)”為例

吳立東

(北京市第五中學(xué)分校 北京 100009)

《物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出,“在義務(wù)教育階段，重視對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)精神的培養(yǎng).注重讓學(xué)生經(jīng)歷從自然到物理、從生活到物理的認(rèn)識(shí)過(guò)程.” 筆者認(rèn)為我們的物理教學(xué)，就是實(shí)踐了這一宗旨.通過(guò)學(xué)習(xí)，體驗(yàn)到學(xué)科學(xué)的樂(lè)趣，了解科學(xué)方法，獲取科學(xué)知識(shí)，逐步樹(shù)立科學(xué)創(chuàng)新精神.

深化課程改革，創(chuàng)建高效課堂是眾多教師都在追尋的目標(biāo).但如何才能吸引學(xué)生注意，喚起學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)自主和自覺(jué)呢？經(jīng)過(guò)多年的研究與實(shí)踐，我們提出：從認(rèn)知心理學(xué)的角度出發(fā)，按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行教學(xué)，將教師 “會(huì)教、好教、樂(lè)教”轉(zhuǎn)化為學(xué)生“會(huì)學(xué)、好學(xué)、樂(lè)學(xué)”，完成其“悟”的認(rèn)知過(guò)程.

下面以初中“電磁鐵”為例，談?wù)勛裱踔形锢斫虒W(xué)的規(guī)律，按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行物理教學(xué).

1 引入新課

演示：講臺(tái)上放置一個(gè)箱式平臺(tái)，將一個(gè)毛絨玩具放在箱式平臺(tái)上，很輕松拿起玩具，再放在平臺(tái)上，然后做欲傾斜平臺(tái)的動(dòng)作.

師：玩具會(huì)掉嗎？

生：當(dāng)然會(huì).

演示：高高抬起箱式平臺(tái)的右端，玩具像粘在平臺(tái)上，沒(méi)掉(圖1).引起學(xué)生關(guān)注和思考(停2 s).

師：為什么玩具沒(méi)有掉下來(lái)呢？

生：(恍悟)一定是玩具下面有磁體，平臺(tái)是鐵制成.(本節(jié)課前學(xué)生已學(xué)過(guò)磁的一些知識(shí))

演示：再次抬起平臺(tái)右端，還沒(méi)等平臺(tái)的右端抬起多高，玩具卻倒了.

圖1 平臺(tái)傾斜，玩具不倒

沉靜片刻，有的學(xué)生反駁，說(shuō)：“如果是磁鐵吸鐵造成的這個(gè)現(xiàn)象，為什么現(xiàn)在玩具卻倒在平臺(tái)上呢？”學(xué)生們受此啟發(fā)，進(jìn)而引導(dǎo)猜想.

生甲：會(huì)是螺線管嗎？

生乙：不可能，通電螺線管的磁性太弱，怎能吸住這個(gè)玩具？

在學(xué)生的困惑、質(zhì)疑中，教師將布掀開(kāi)解密，讓學(xué)生觀察木箱內(nèi)部(圖2)：8節(jié)1號(hào)電池，一個(gè)線圈加鐵芯，還有導(dǎo)線和開(kāi)關(guān).

圖2 木箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

師：看來(lái)還有與永磁體和通電螺線管不一樣的有磁性的物品！在通電螺線管內(nèi)插入一個(gè)鐵芯的器件我們叫它為電磁鐵(取出箱中的電磁鐵示意給大家).和不加鐵芯的通電螺線管比較，電磁鐵的磁性大大增強(qiáng).

師：今天，我們就一起來(lái)學(xué)習(xí)電磁鐵的相關(guān)知識(shí).

板書(shū)(出課題)：電磁鐵

用PPT展示定義：

電磁鐵：內(nèi)部有鐵芯的通電螺線管叫電磁鐵

2 探究教學(xué)

(1)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題

師：大家想不想自己制作一個(gè)電磁鐵？老師為大家準(zhǔn)備了軟鐵芯(型號(hào)一樣)、漆包線(型號(hào)一樣但有的小組漆包線長(zhǎng)，有的短)、干電池(有的組兩節(jié)電池，有的一節(jié))、開(kāi)關(guān)、大頭針、保護(hù)電阻(定值)、導(dǎo)線若干，請(qǐng)用自己小組桌上的器材自制一個(gè)電磁鐵吧，看看哪個(gè)組的電磁鐵磁性最強(qiáng).

師：我們用什么辦法來(lái)判斷電磁鐵磁性的強(qiáng)弱？

生：讓電磁鐵吸引大頭針，從它吸引大頭針的多少來(lái)判斷.

鼓勵(lì)各小組學(xué)生用課桌上的實(shí)驗(yàn)器材動(dòng)手制作一個(gè)電磁鐵，讓學(xué)生用吸引大頭針感受自制電磁鐵的磁性，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組間交流，體驗(yàn)成功的喜悅，同時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題.

生：為什么我們組的電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量這么少？

生：我們組的電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量多.

通過(guò)自制電磁鐵，學(xué)生發(fā)現(xiàn)電磁鐵磁性強(qiáng)弱是不同的.

師：看來(lái)不同電磁鐵的磁性強(qiáng)弱不同，是什么因素影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱呢？

生：我發(fā)現(xiàn)我們組的漆包線繞的圈數(shù)與鄰組不同，說(shuō)明電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可能與線圈的匝數(shù)有關(guān).

生：我發(fā)現(xiàn)我們組所用電池節(jié)數(shù)與鄰組不同，說(shuō)明電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可能與通過(guò)線圈的電流大小有關(guān).

生：(拓展猜想)可能密繞的程度、鐵芯的大小、繞線的松緊程度都會(huì)影響電磁鐵磁性的強(qiáng)弱.

……

教師將學(xué)生的猜想一一寫(xiě)在黑板的副板書(shū)的位置上.

(2)繼續(xù)探究，得出定性結(jié)論

師：同學(xué)們猜想電磁鐵磁性強(qiáng)弱和很多因素有關(guān).由于時(shí)間關(guān)系，在本節(jié)課中只研究?jī)蓚€(gè)主要因素，一個(gè)是電磁鐵的磁性強(qiáng)弱和線圈匝數(shù)的關(guān)系，另一個(gè)是和線圈中電流大小的關(guān)系.

師：我們研究問(wèn)題的途徑是什么？

生：實(shí)驗(yàn).

師：我們提供圖3所示的器材，供同學(xué)研究問(wèn)題.其中，3個(gè)線圈分別為20匝、40匝和60匝.

圖3 研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱的實(shí)驗(yàn)器材

師：今天我們有兩個(gè)任務(wù).

任務(wù)1：研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系.

任務(wù)2：研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)的關(guān)系.

師：由于課堂時(shí)間有限，為了更充分地進(jìn)行探究，更好地完成實(shí)驗(yàn)，先明確各小組的任務(wù)(其中前6個(gè)組研究任務(wù)1；后6個(gè)組研究任務(wù)2)，課后，對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣的同學(xué)，可以到實(shí)驗(yàn)室做另一半的實(shí)驗(yàn).

師：在我們用實(shí)驗(yàn)回答問(wèn)題之前，需要先明確實(shí)驗(yàn)方法.

生：控制變量.

師：通過(guò)控制變量來(lái)探究“電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系”時(shí)，只改變電流的大小，其他因素都保持不變，看看電流大小對(duì)電磁鐵磁性強(qiáng)弱的影響.

師：在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案前還需解決的問(wèn)題如下(用PPT展示通過(guò)小組討論的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案).

1)這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要哪些器材？電路怎樣設(shè)計(jì)，畫(huà)出電路圖.

2)怎樣改變自變量？

3)控制哪些因素不變，怎樣控制？

4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格.

5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的注意事項(xiàng)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

附：實(shí)驗(yàn)電路(圖4)，兩實(shí)驗(yàn)表格及一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)(表1和表2).

圖4 實(shí)驗(yàn)電路圖

表1 電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小關(guān)系的相關(guān)數(shù)據(jù)線圈匝數(shù)40 匝

表2 電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)關(guān)系的相關(guān)數(shù)據(jù)電流2 A

在實(shí)際教學(xué)中，還會(huì)涉及如下問(wèn)題，我們是通過(guò)師生交流來(lái)解決的.

師：能和大家交流一下自己在完成任務(wù)過(guò)程中的注意事項(xiàng)嗎？讓其他同學(xué)少走些彎路！

生甲：連接電路時(shí)，使電流從電流表的“+”流進(jìn)，“-”流出；滑動(dòng)變阻器接一上一下兩個(gè)接線柱；開(kāi)關(guān)閉合前，使滑片滑到阻值最大端.

生乙：電流不超過(guò)0.6 A時(shí)，用小量程，超過(guò)0.6 A時(shí)，用大量程.

生丙：實(shí)驗(yàn)時(shí)電流不要過(guò)大，否則吸引大頭針的數(shù)量過(guò)多，不易數(shù)；電磁鐵吸引大頭針后要換個(gè)地方斷電，數(shù)個(gè)數(shù)，再做下一個(gè)實(shí)驗(yàn).

師：為了使整個(gè)線圈都能套在鐵芯上，我事先在鐵芯的一端固定了一小段膠帶，并提供了一根橡皮筋，固定的膠帶是防止線圈的一端從鐵芯上滑落，橡皮筋是用來(lái)固定鐵芯上線圈的另一端，也起到線圈緊貼鐵芯的作用.(教師邊演示邊講授.)

學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.教師巡視指導(dǎo)，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題.

請(qǐng)不同小組的代表把記錄下來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果向全班匯報(bào).

(3)用PPT展示學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納出的結(jié)論

1)當(dāng)電磁鐵線圈的匝數(shù)不變，電流逐漸增大時(shí)，電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目是增多的.

2)在電流相同的情況下，電磁鐵線圈的匝數(shù)增加時(shí)，吸引大頭針的數(shù)目是增多的.

用PPT板書(shū)總結(jié)：

影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素:

電流的大小;螺線管線圈匝數(shù)的多少.

3 應(yīng)用

師：(重新展示圖1)在引入新課中，我是如何控制毛絨玩具，讓它倒它就倒；不讓它倒，它就不敢倒？

生：您控制電源開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源電磁鐵沒(méi)有磁性，毛絨玩具就倒；接通電源電磁鐵有磁性，吸住毛絨玩具底上的軟鐵，它就不會(huì)倒.

師：我們利用這種方法，可以制作一個(gè)振動(dòng)錘.(演示圖5的裝置，用觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制振動(dòng)錘的振動(dòng)頻率)

師：利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我讓振動(dòng)錘向右，它就向右；不讓它向右，它就回位(應(yīng)該作為電磁繼電器的鋪墊實(shí)驗(yàn)來(lái)演示.為提高演示效果，配合動(dòng)作還應(yīng)說(shuō)“向右”、“原位”；“向右”、“原位”).

如果在振動(dòng)錘旁放置一個(gè)響鈴，它就成為一個(gè)電鈴(用觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)演示圖6的電鈴).

圖5 用電磁鐵制作振動(dòng)錘

圖6 制作電鈴

你們對(duì)我發(fā)明的電鈴有什么想法？

生：這個(gè)電鈴太麻煩了，它離不開(kāi)手！只有用手不停地通電、斷電，通電、斷電才工作，手一離開(kāi)開(kāi)關(guān)就不會(huì)響了！能做一個(gè)合上開(kāi)關(guān)就響個(gè)不停，只有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)才不響的電鈴嗎？

師：你的想法很好！如何制作一個(gè)不用手就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通電、斷電功能的電鈴？

每個(gè)小組都有一個(gè)用組件組裝的電鈴(圖7，兩節(jié)5號(hào)電池在背后)，請(qǐng)你們幫我查找這個(gè)電鈴是如何不用手就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)通電、斷電功能的.

圖7 組裝的電鈴

學(xué)生用圖8解釋電鈴工作原理(略).

圖8 電鈴工作原理圖

4 總結(jié)

師：今天我們學(xué)習(xí)了電磁鐵，能對(duì)電磁鐵的優(yōu)點(diǎn)做一評(píng)價(jià)嗎？

生：磁性有無(wú)可以靠通、斷電控制.

生：磁極的方向可以靠電流的方向控制.

生：磁性強(qiáng)弱可以靠電流大小和線圈匝數(shù)控制.

師：請(qǐng)把電磁鐵的3個(gè)優(yōu)點(diǎn)寫(xiě)在筆記本上.

師(布置作業(yè))：留一道搜集資料的作業(yè)——請(qǐng)同學(xué)們上網(wǎng)查一查，搜集一下電磁鐵在生活中的具體應(yīng)用,特別是電磁起重機(jī)的工作原理.

說(shuō)明：筆者曾以本教學(xué)方案，受國(guó)家教育部國(guó)培計(jì)劃之邀，代表北京于2013年11月10日，在青海省海東市民和回族土族自治縣，以當(dāng)?shù)貙W(xué)生為對(duì)象進(jìn)行課堂授課.考慮少數(shù)民族地區(qū)學(xué)生沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)課堂探究教學(xué)，沒(méi)有想過(guò)還可以自己動(dòng)手用實(shí)驗(yàn)來(lái)探究物理問(wèn)題這些情況，筆者臨時(shí)調(diào)整了教學(xué)設(shè)計(jì)，在課堂上特地留有充分時(shí)間讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn).通過(guò)耐心引導(dǎo)，帶著學(xué)生從了解吸鐵石開(kāi)始認(rèn)識(shí)電磁鐵，讓學(xué)生制作電磁鐵到使用電磁鐵，從課堂知識(shí)擴(kuò)展到了實(shí)際生活.隨著誘導(dǎo)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性很快被調(diào)動(dòng)起來(lái)，交流發(fā)言從開(kāi)始的扭扭捏捏，互相推諉，轉(zhuǎn)為大膽、踴躍，教學(xué)目標(biāo)在興趣盎然中完成.有近100名民和縣的物理教師參加本堂課的觀摩，課后評(píng)議會(huì)上，他們說(shuō)，“沒(méi)有想到物理課還可以這樣上！這樣上物理課，學(xué)生沒(méi)有不愛(ài)學(xué)，沒(méi)有學(xué)不會(huì)的！”

2015-09-30)