由一道中考題引起的反思與探索 論文

由一道中考題引起的反思與探索摘要：本文由啟發(fā)，自制教具，反思，課堂實(shí)踐，評估5個(gè)方面闡述了從一道中考題引起的反思與探索。由這道中考題可以知道平時(shí)對于奧斯特實(shí)驗(yàn)教學(xué)過于片面，從而自制教具來創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，培養(yǎng)空間想象能力。但是自制教具只能演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與程度不高從而想到上一節(jié)《電流的磁場》公開課，利用漆包線和紙筒一起探究安培定則，達(dá)到既建構(gòu)學(xué)生的理性思維又培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和空間想象能力，還為下一步的學(xué)習(xí)打好了知識鋪墊。關(guān)鍵詞：自制教具，奧斯特實(shí)驗(yàn)，安培定則。啟發(fā)：21019年安徽中考第15題如下：5.直線電流周圍磁場的磁感線分布和磁場方向的判定方法加圖所示。將一枚轉(zhuǎn)動(dòng)靈活的小磁針放在水平放置的直導(dǎo)線正下方，直導(dǎo)線通電的瞬間（）A.若電流方向從南向北，則小磁針順時(shí)針偏轉(zhuǎn)B.若電流方向從北向南，則小磁針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)C.若電流方向從東向西，則小磁針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)D.若電流方向從西向東，則小磁針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)當(dāng)我看到這道中考題時(shí)，整個(gè)人呆了，一直都認(rèn)為奧斯特實(shí)驗(yàn)是一個(gè)簡單的演示實(shí)驗(yàn)，沒有想到會(huì)考得如此精深，而且是通過材料題的方式做到初高中銜接，不能說超綱。帶著問題重新看課本，課本上說，在小磁針上方架一根導(dǎo)線，那么默認(rèn)導(dǎo)線為南北方向且小磁針在導(dǎo)線下方。通電則小磁針偏轉(zhuǎn)，斷電則小磁針回到原來位置。證明通電導(dǎo)體周圍具有磁場。改變電流方向，小磁針偏轉(zhuǎn)方向改變，說明通電導(dǎo)體的磁場方向與電流方向有關(guān)。我平時(shí)上課就是按照課本上的流程走，沒有深入思考。我想自制教具把這題的情境具體表達(dá)出來。自制教具：我找來一個(gè)鋁制小轉(zhuǎn)盤，導(dǎo)線橫置在上面，可以360度旋轉(zhuǎn)。右上角放置一個(gè)指南針，標(biāo)注東、西、南、北四向以及地磁場的N，S極，轉(zhuǎn)盤周圍貼了360度角度盤，下部安排兩套干電池作電源，使用雙刀雙擲開關(guān)可輕松改變電流方向。先按照課本上面所說的南北方向放置導(dǎo)線，小磁針置于導(dǎo)線正下方，然后改變電流方向重復(fù)實(shí)驗(yàn)。則電流方向從南到北，正下方的小磁針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)90度，電流從北到南，正下方的小磁針順時(shí)針偏轉(zhuǎn)90度，都可以說明電流周圍具有磁場，且電流方向與磁場方向有關(guān)。找規(guī)律的物理探究總是要多做幾種不同情況的實(shí)驗(yàn)以消除偶然性因素對實(shí)驗(yàn)的影響。我尋思，導(dǎo)線南北方向可以做實(shí)驗(yàn)，那么東西向或者其他方向可以不可以呢？小磁針在正下方可以，那么小磁針在正上方或者其他方位可以不可以呢？按照猜想重新做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電流從西向東導(dǎo)線下方小磁針不偏轉(zhuǎn)，電流從東向西小磁針偏轉(zhuǎn)角度比南北向，北南向都要大（180度）。小磁針在導(dǎo)線正上方情況與在導(dǎo)線正下方情況相反。條形磁鐵正上方和正下方磁場方向卻相同，那么通電直導(dǎo)線周圍磁場是什么樣的呢？對于看不見，摸不著，感覺不到的磁場，可以用小磁針來現(xiàn)形。通電導(dǎo)線在水平位置除了上方和下方之外其他方位周圍的磁場不好用小磁針來顯示。把直導(dǎo)線化橫為豎，在直導(dǎo)線的周圍放置一圈小磁針，雖然小磁針互相之間有相互作用，但是總體還是N極指北的，給導(dǎo)線通電，電流方向自下而上，小磁針偏轉(zhuǎn)，N極指向連起來為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的圓圈。改變電流方向?yàn)樽陨隙?，各個(gè)小磁針N極指向連起來為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的圓圈。由此可以得出安培定則一。利用安培定則就可以輕松解釋為什么電流南北向，北南向小磁針偏轉(zhuǎn)方向不一樣，輕松解釋為什么西東向小磁針不偏轉(zhuǎn)，東西向小磁針偏轉(zhuǎn)角度最大，輕松解釋為什么小磁針在導(dǎo)線上方和下方情況相反。反思：這個(gè)奧斯特實(shí)驗(yàn)盒直觀、清晰，但是只能做演示實(shí)驗(yàn)無法做分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能做看客，無法在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的思維和動(dòng)手能力。我想通過一節(jié)課來探究安培定則，既要在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，又要為今后的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)原理教學(xué)做好鋪墊。2020年暑假在祁門縣教師進(jìn)修學(xué)校培訓(xùn)接觸到了思維導(dǎo)圖，覺得對于物理教學(xué)很有借鑒意義。我覺得物理教師不僅僅要教授學(xué)生物理知識還要建構(gòu)學(xué)生思維。教授學(xué)生的知識他們?nèi)菀淄洠墙鉀Q問題的方法終身難忘。奧斯特實(shí)驗(yàn)是一個(gè)有劃時(shí)代意義的實(shí)驗(yàn)。在1820年之前人們認(rèn)為磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象是單獨(dú)孤立的，而奧斯特實(shí)驗(yàn)打破了這個(gè)鴻溝，使人們進(jìn)入電與磁聯(lián)系這個(gè)長期閉鎖的研究領(lǐng)域，激發(fā)了安培、歐姆、法拉第、亨利這些物理學(xué)家的探索熱情，是電磁學(xué)研究的基石與催化劑。我決定用思維導(dǎo)圖為框架，奧斯特實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，安培定則的得出為關(guān)鍵點(diǎn)，磁現(xiàn)象的電本質(zhì)收官，上一節(jié)公開課《電流的磁場》。課堂實(shí)踐：磁現(xiàn)象為滬科版第一節(jié)內(nèi)容，電流的磁場為第二節(jié)內(nèi)容，我設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖右半部分為磁現(xiàn)象，左半部分為電流的磁場。圖1復(fù)習(xí)舊知，構(gòu)建磁場的知識結(jié)構(gòu)。由舊知引出問題為什么磁體被分成無限多份，仍然還有N、S極。（為后面的教學(xué)埋下伏筆）播放《貓和老鼠》動(dòng)畫片里有關(guān)電磁鐵的片段，讓學(xué)生描述看到了什么，學(xué)生說拔掉插頭鐵塊就掉下來，插上插頭鐵就吸上去。引導(dǎo)用物理學(xué)語言來描述，插上插頭就有電流，拔掉插頭就沒有電流，那么電流可能有磁性。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生用“場”的觀點(diǎn)來說就是電流的周圍可能有磁場。讓學(xué)生按照物理書上所說，把短漆包線置于小磁針的正上方，通電，觀察小磁針是否偏轉(zhuǎn)。漆包線是銅絲不是鐵磁性物質(zhì)，斷電時(shí)不能使小磁針偏轉(zhuǎn)，如果通電時(shí)，小磁針偏轉(zhuǎn)就可以認(rèn)為電流周圍具有磁場。學(xué)生看到小磁針偏轉(zhuǎn)，很開心，乘機(jī)點(diǎn)題——《電流的磁場》。提出問題，小磁針是向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？學(xué)生普遍反映看到了偏轉(zhuǎn)但沒有注意向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，我問怎么辦，學(xué)生說動(dòng)手再試。利用智慧課堂技術(shù)向?qū)W生發(fā)出一次投票(通電后小磁針是順時(shí)針還是逆時(shí)針偏轉(zhuǎn))。一共十組學(xué)生投票，結(jié)果是五組投票順時(shí)針，五組投票逆時(shí)針。這個(gè)課堂生成資源產(chǎn)生了強(qiáng)烈的矛盾沖突，激發(fā)了求知欲。讓學(xué)生明白這個(gè)不是選美國總統(tǒng)，即使是八順二逆也不能說明小磁針一定順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，而是要設(shè)法找到最普遍的規(guī)律。當(dāng)學(xué)生有些茫然時(shí)，展示電流表指針反偏圖片（搭梯子），圖甲指針順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，圖乙指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，為什么會(huì)這樣？這是因?yàn)殡娏鞯姆较蛳喾?。學(xué)生很順暢得出電流的磁場可能與電流的方向有關(guān)。我問學(xué)生怎么驗(yàn)證？學(xué)生說動(dòng)手試，重新做實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)電流的方向不一樣小磁針偏轉(zhuǎn)方向不一樣，那么小磁針方位不一樣，小磁針偏轉(zhuǎn)方向一樣嗎？（大膽猜想，小心求證）圖4我讓學(xué)生先在心里面猜想，等下再觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證。將兩個(gè)小磁針同時(shí)分別置于導(dǎo)線的上方和下方，閉合開關(guān)，可以直接觀察到兩個(gè)小磁針偏轉(zhuǎn)方向相反。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同時(shí)呈現(xiàn)，形象直觀。進(jìn)一步引導(dǎo)，導(dǎo)線是南北方向，電流方向只能是南北向或者北南向，那么東西方向規(guī)律如何呢？使用奧斯特實(shí)驗(yàn)盒帶領(lǐng)學(xué)生一起探究，填寫表格。發(fā)現(xiàn)每一種情況下小磁針偏轉(zhuǎn)都不一樣？課堂生成：通電導(dǎo)線周圍的磁場到底是什么樣??？圖6導(dǎo)線為橫向，導(dǎo)線上下方位實(shí)驗(yàn)好做，其他方位不好安排。引導(dǎo)學(xué)生另辟蹊徑，橫向不行就改為豎向，在導(dǎo)線周圍安排一圈小磁針。雖然小磁針之間有些干擾，總體還是N極指北，S極指南。根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖像，用符號化圖形總結(jié)：根據(jù)“場”的觀點(diǎn)，每一點(diǎn)的磁場方向都不一樣，這兩個(gè)簡圖可以說明。圖像是一種科學(xué)語言，可以作為增進(jìn)理解的思維輔助工具。但是磁場是立體的，圖像是平面的，用圖像來解釋磁場規(guī)律不全面。右邊的簡圖像微信中的點(diǎn)贊，使用右手可以展示通電直導(dǎo)線的磁場規(guī)律（安培定則一）。右手四指成圈可以表達(dá)通電直導(dǎo)線磁場為同心圓柱，這就是平面圖形不能做到的，而且借助自己的身體來判斷簡便高效。繼續(xù)啟發(fā)，通電直導(dǎo)線必須離小磁針很近，才能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說明磁場很弱，如何加強(qiáng)？學(xué)生的第一反映就是增大電流，可是電流不能過大，否則可能會(huì)起火的。復(fù)習(xí)合力知識，一根筷子容易折斷，一把筷子就很難折斷。單根直導(dǎo)線磁場弱，多根疊加就好了。腦海中回憶滑動(dòng)變阻器的樣子，不難得出把直導(dǎo)線繞成線圈。讓學(xué)生把長漆包線繞在紙筒上。把小磁針置于螺旋管的四向，用水彩筆標(biāo)出通電螺旋管的N、S極和電流方向。嘗試去尋找規(guī)律。通電螺線管的N、S極學(xué)生會(huì)根據(jù)小磁針偏轉(zhuǎn)來判斷，電流方向?qū)W生只會(huì)畫從左到右，或者從右到左，不知道畫具體每一根漆包線上的電流方向。具體畫出每一根漆包線上的電流方向，再結(jié)合通電螺線管的磁極和安培定則一對比不難得出安培定則二。拿出思維導(dǎo)圖讓學(xué)生填寫，并思考為什么條形磁鐵和通電螺線管不管分成多少份都有N、S極？圖13由這一道2011年安徽中考題引出“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”，它是一座橋梁把電、磁牢牢聯(lián)系在一起，在大學(xué)里面這門學(xué)科叫電磁學(xué)。評估：通過這次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，對于學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)有以下幾個(gè)好處：1.通過奧斯特實(shí)驗(yàn)盒的學(xué)習(xí)讓學(xué)生對地磁場有較全面的認(rèn)識。地磁場的S極在地理北極附近，然而有磁偏角，兩者不完全重合。培養(yǎng)了學(xué)生地理方位上的讀圖能力，體現(xiàn)了物理、地理學(xué)科之間的綜合。2.我們在條形磁鐵教學(xué)中讓學(xué)生畫磁感線是平面的，學(xué)生誤以為磁場是平面的。本實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線水平，豎直方向都做了，讓學(xué)生對于磁場是立體的有了足夠清晰的認(rèn)識。結(jié)合奧斯特實(shí)驗(yàn)盒創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情境可以培養(yǎng)學(xué)生的對于磁場的空間想象能力。3.用安培定則判斷通電直導(dǎo)線的磁場是高中知識，初中教學(xué)有必要探究嗎？我覺得有必要，課本上是直接告訴學(xué)生右手螺旋定則，學(xué)生不知道它是怎樣得出的，不能理解，盲目記憶，效果較差。由通電直導(dǎo)線磁場到環(huán)形電流磁場再到通電螺線管磁場，思路清晰，一氣呵成。還可以和條形磁鐵對應(yīng)，條形磁鐵分成若干個(gè)小磁體，每個(gè)磁體都有磁性，都具有N、S極，通電螺線管也同樣如此。順利引出磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。4.本次實(shí)驗(yàn)使用六節(jié)干電池串聯(lián)之后直接用導(dǎo)線短路以獲得較大的電流，說明單根直導(dǎo)線的磁場較弱，如何加強(qiáng)它的磁場，為通電螺線管和電磁鐵的教學(xué)埋下了伏筆。5.通過奧斯特實(shí)驗(yàn)盒看到小磁針受電流磁場影響而偏轉(zhuǎn)，且電流方向不同偏轉(zhuǎn)方向不同，小磁針方位不同偏轉(zhuǎn)方向不同，但是電流方向與小磁針方位同時(shí)改變，偏轉(zhuǎn)方向不變。為通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用實(shí)驗(yàn)和電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)做了很好的鋪墊。6.利用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生思維，提煉哲學(xué)思想。學(xué)生看到的往往是表象，引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)。學(xué)生關(guān)注表象拔、插插頭，而看不見實(shí)質(zhì)是電路的通斷；學(xué)生看到兩個(gè)小磁針的高度不同而看不到本質(zhì)是分別位于通電導(dǎo)