科学探究：怎样产生感应电流之教学设计摘要：在初三物理的学习中，感应电流这一概念非常的抽象，如何设计引导学生探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，是摆在教师面前的一道难题，且大部分学生在对其概念，对切割磁感线的具体含义也存在着诸多疑惑。本文基于新课标的要求，结合学生的已有认知和学习规律，针对“科学探究：怎样产生感应电流”进行了一次探究性教学的设计。关键词：磁感线；感应电流；切割；科学探究前言在义务教育物理课程标准中，对“科学探究：怎样产生感应电流”这一节有着这样的要求：通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，了解电磁感应在生产、生活中的应用，以及了解发电机的工作原理1。这里强调了实验的重要性，以实验的方式来进行科学探究，促进科学概念转化，构建物理新概念；另外，也强调了从感应电流这一物理概念应用于生活，了解发电机的工作原理，体会物理为生产生活带来的巨大改变，体现了新课程从生活走向物理，从物理走向社会的基本理念。本文在解读课程标准的基础上，通过对教材和学生学情的分析，对“科学探究：怎样产生感应电流”这一节进行了如下的教学设计。1 教材与学情分析1.1 教材分析教材从手摇发电机模型出发，通过观察发电机模型的结构，结合发电机产生的现象，猜想如何在没有电源的情况下，利用磁铁就能生电。接着进行实验探究，逐步发现什么是电磁感应现象，电磁感应现象产生的条件是什么。除此以外，教材中还对磁生电的发现者法拉第进行了介绍，同时说明了发电机原理，在信息窗里简单涉猎了电磁感应原理的相关应用。1.2 学情分析初中阶段的学生，其思维特点主要是从形象化思维转化为抽象逻辑性思维，初三阶段的学生，已有一定的抽象逻辑性思维，但认知水平仍主要以生活经验为基准，讲解时就需要不断开发他们的前概念，同时将抽象内容具体化，加深学生的理解。也就是说，物理教育活动必须要建立在学生原有认知的基础上，促使其“前概念”向科学概念转化，从而促使学生认知结构转变。2 目标分析，准确定位义务教育物理课程标准（2011年版）提出义务教育阶段的总目标是：义务教育物理课程标准旨在提高学生的科学素养。并让学生学习终身发展必须的物理知识和方法，养成良好的思维习惯，在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和方法，养成良好的思维习惯；经历科学探究过程，具有初步科学探究能力，乐于参加与科学技术有关的活动；保持探索科学的兴趣与热情，获得成就感等等。总目标从知识、能力及情感等三个方面提出了要求。本文也从此三个方面进行了目标分析，旨在帮助学生建构知识与技能的学生环境。2.1 知识与技能（1）通过实验，探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件，了解电磁感应在生产、生活中的应用；（2）了解发电机的工作原理。2.2 过程与方法（1）实验探究产生感应电流的条件，培养学生探究问题的能力，锻炼学生的动手能力；（2）学生归纳总结产生感应电流的条件，培养学生的分析、解决问题的能力和交流、合作能力；（3）根据电磁感应现象在生活中的应用，尝试运用所学知识解决具体问题的能力。2.3 情感态度与价值观（1）采用小组合作探究的教学模式，培养学生与他人合作的精神，有将自己的见解与他人交流的意愿；（2）介绍法拉第发现电磁感应现象的历程，培养学生坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度和科学精神。3 任务分析，梳理教学重难点3.1 教学重点探究产生感应电流的条件3.2 教学难点探究产生感应电流的条件及对导体切割磁感线的理解3.3 教学方法讲授法、讨论法、实验探究法4 教学过程4.1 演示物理情景，引起注意在课堂初期，情景引入可以支持接受刺激及其产生的神经冲动，来吸引学习者的注意。在本次设计中，采用现场魔术的方式来创设物理情景，进行新课导入。【所需器材】：线圈、LED灯带、强磁铁具体教学设计如下：师：最近有一部非常好看的电影叫疯狂的外星人，大家有去看吗？外星人之所以很厉害！是因为它头上戴了一个能够发光的能量环师：今天我也带了一个能量环，这是用导线绕的能量环，上面有小灯师：怎样让小灯亮起来？生：加电池师：可以，但现在我手上没有电池下面是见证奇迹的时刻到了！师：左手叉腰，右手抬起，动起来！（注意：操作时沿着几个方向给学生、评委、观众分别演示）师：亮了没有？生：亮了！（师演示，将磁铁藏在衣服里，能量环在外舞动，小灯发光）师：你们也可以创造奇迹，有没有同学想来试一试？请一名男同学师：动作要领，左手叉腰，右手抬起，动起来！师：加油！怎么不亮了？师：我再试试！师接过能量环再做演示（最后教师总结如下）其实并不是我有超能力，是因为戴了一根项链，这是一块磁铁。看来这个电流是磁铁产生的，今天我们就来探究磁铁产生电流的现象。4.2 观察演示道具，积极猜想和假设刚刚已经给学生呈现了学习目标，传达了对学生表现出的知识的一种期望，学生在目标明确的情况下，开始积极思考。教师积极引导学生观察刚才魔术中所用道具，细致分析其组成结构，让学生来大胆猜想如何产生电流，并选择实验器材。具体教学设计如下：师：要想探究磁铁怎样才能产生电流，你打算选哪些器材？生1：磁铁，导线（预设1：电流表）（预设2：电源；师纠正：电源确实可以产生电流，但我们是要利用磁场来获得电流）师：用什么器材来显示电流?生1：小灯师：还可以用什么器材？生2：电流表师：请评估，用小灯和电流表哪种器材更好生：电流表更好，因为如果电流小了小灯可能亮不起来师：今天我们选一种更小量程的电流表灵敏电流计，它可以显示出更加微小的电流。师：有补充的吗？怎样控制电路的通断？生3：加开关4.3 提供学习指导，设计实验与制定计划学习指导的实质是在学习者已知的内容与所学之间建立联系过程中给学习者提供支持。在上一事件中，学习者有了一些想法，但没有具体的实验方向，这时我们需要为学习的内容建立一种情景。【所需器材】：线圈、灵敏电流计、鳄鱼夹导线、U形磁铁具体教学设计如下：师过渡：我拿了一个和能量环类似的线圈，用导线将开关、灵敏电流计连成了回路，将线圈的一部分放入磁场。（师操作时故意让线圈的一边切割到磁感线）师：有电流吗？生：有师故意观察：我看看！没有呀！哪里有？生：刚刚有师：刚刚哪个时候有？生：放进去的时候师：再放一次（师将线圈取出来，学生观察到取出来有，再将线圈放进去，学生观察到放进去也有）师：有吗？生：拿出来的时候有，放进去也有师：也就是线圈要（生：运动）才有！师：导体在磁场中的运动方向有很多种，最好选一个参照标准。可以选什么作为标准来观察导体的运动？生：磁感线（教师引导：磁体周围存在着磁场，用什么来形象反应磁场的方向？）在磁体外部磁感线的方向是从（生：N极到S极）师出示U形磁体模型，学生判断磁感线方向 大模型继续演示：比如第种放置，导体相对于磁感线，可以左右运动、前后运动、上下运动、斜向运动师：请看黑板，拿出你们刚才所选的器材（课件打出：灵敏电流计、U形磁铁、开关、线圈），连好之后，将线圈的这条边放在磁场中，探究这部分导体要相对于磁感线怎样运动才能产生电流，将结果填在学案上。4.4 分组合作，进行实验与收集数据在制定实验计划后，将学生分为若干个组，每组完成一种物质的测量和记录。学生按照计划对研究对象进行操作，现在他们能够自己作为实验的主人，尽情的展示他们知道如何做。在学生们锻炼自己的实验操作能力的时候，老师可以在旁观察或者协助。4.5 反馈行为表现，分析与论证学生们手中有着自己的实验结果，也有一些自己的想法，可以请一些学生展示他们的数据，统计出来的结果，展示完后，让在座的同学提出自己的意见。具体教学设计如下：师：请一小组展示他们的实验结果学生展示说出现象，教师贴上图片生：左右运动有电流；斜向运动有电流；上下运动没有电流；前后运动没有电流师：有不一样的吗？请小组2 展示，教师贴上图片生：上下运动有电流；斜向运动有电流；左右运动没有电流；前后运动没有电流。师：（指着图片）这是两组同学观察到的现象，导体左右运动和上下运动时，怎么这一组能产生电流，而另一组却不能呢？生：因为磁铁摆放不一样师：也就是什么方向不一样了？生：磁感线师：请再观察，两组实验中，导体前后运动都不能产生电流，是不是前后运动一定不能产生电流呢？师：请看老师的实验，（演示，观察到恰好是前后运动产生了电流，再边演示边说明什么是切割）教师演示：激光磁感线模型师：用激光模拟磁感线，用水雾将磁感线呈现出来。如果我将导体看成一把刀，前后、斜向有电流，是因为导体把这些线给切断了！物理学中，我们把这种切断叫做切割磁感线运动。回到黑板上师：思考刚才的问题，都是水平运动，怎么这里有电流？这里没有呢？生：因为左边在切割磁感线，右边没有师：这四种情况为什么有电流呢？生：是因为导体在做切割磁感线运动师：上下运动有电流；将卡片转一个角度，现在导体变成左右运动了，也有电流；也就是说，无论导体的运动方向怎么变，关键要看它相对于磁感线的运动方向，有没有做切割磁感线运动。师悄悄断开开关，激光模型演示：师：导体的运动切割了磁感线吗？生：切割了师：怎么没有电流呢？请个同学来检查一下生：开关断开了师：请归纳，磁场能够产生电流需要哪些条件？生：闭合电路、部分导体切割磁感线运动【板书】：条件：闭合电路、部分导体切割磁感线运动请看课本166页，并勾画出来师：我们把这个现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫感应电流【板书】：一、电磁感应现象4.6 感应电流方向的深入具体教学设计如下：（师拿出能量环演示：磁铁不动，挥动线圈）师：现在知道小灯为什么会发光吗？生4：因为导体在切割磁感线，产生了感应电流师：如果线圈不动，移动磁铁，可以产生电流吗？生：能师演示，你能用学过的知识解释吗？生：因为运动和静止是相对的。继续演示能量环：师：请仔细观察小灯的发光情况向下，白灯亮；向上，红灯亮。（注意操作时，将能量环立起来）提问：怎么一会儿白灯亮？一会儿红灯亮？师介绍：能量环上接的是LED灯，具有单向导电性。电流从这个方向流入，白灯亮；反过来，红灯亮！师：原来是因为电流的方向不一样师提问：感应电流的方向与哪些因素有关呢？生5：与导体的运动方向和磁场方向有关【板书】：运动方向？磁场方向？师：有两个影响因素，你打算怎样研究？生：控制磁场方向不变，改变导体运动方向；控制导体运动方向不变，改变磁场方向。师：也就是什么研究方法？生：控制变量法师：怎样改变磁场方向？生：反过来放师：怎样知道电流方向变了？生：灵敏电流计，指针偏转方向不一样，表明电流方向不一样。师：请完成学案活动2的探究！师：好了，请小组分享交流他们的实验结论生：与导体切割磁感线的运动方向和磁场的方向都有关师：其他小组也赞同这个结论的请举手师：很好！师：如果磁场方向和导体运动方向都改变呢？生：电流方向不变【板书】：电流方向：磁场方向、导体运动方向有关4.7 能量的转化具体教学设计如下：师：我们在刚才的实验中产生了电流，得到了电能，消耗了什么能？生：机械能师：将机械能转化为电能【板书】：机械能转化为电能4.8 法拉第生平的介绍具体教学设计如下：师：你们知道是谁最先发现了电磁感应现象吗？迈克尔法拉第。一起来回顾这一段历史。（播放视频）1820年，奥斯特发现了电流能够产生磁场，逆向思维让人们开始思考，那磁场能不能产生电流呢？包括法拉第在内的科学家们开始投入了这个方向的研究，法拉第在十年的时间里做了无数次实验，经历了无数次失败，终于在1831年发现了电磁感应现象，法拉第的这个发现改变了世界文明的进程，感应电流的出现使大规模的用电变成了可能，人类也逐渐进入了电气时代，或许我们在开启电源的那一刻都该默念一声，谢谢你！法拉第。饮水思源，请大家不要忘了他。4.9 发电机及电磁感应原理的应用具体教学设计如下：师过渡：法拉第在发现电磁感应现象之后不久，又利用电磁感应发明了世界上第一台发电机，刚才我们也成功的产生了电流，但遗憾的是这个电流并不能持续，怎样才能得到持续电流？生：让导体一直运动下去师：好主意！但那得需要多大一个磁场，好像不太现实！师：还有其他办法吗？师演示，能量环让磁铁往复运动师：怎样才能方便地实现往复运动呢？师：其实可以让线圈在磁场中转动师：请大家观察桌上发电机的结构，主要由哪些部分组成？生：磁铁、线圈、师补充电刷、铜环师：请大家转动手柄，让小灯亮起来【活动3：转动手柄，小灯发光】（板书：二、应用：发电机）【学生器材】：发电机模型师：每一组都成功让小灯亮了起来请思考：1、这个电流是怎样产生的？生：导体切割磁感线运动2、电流方向为什么在发生变化？生：因为导体切割磁感线的运动方向变了师：所以它发出的是交流电3、为什么要用铜环和电刷？生：导线会缠在一起教师演示大线圈转动导线缠绕在一起师：大型发电机的线圈在转动时，产生高电压强电流，铜环和导线接触会产生电火花，电刷也会有磨损。师：怎么改进一下？要是线圈不动也可以发电就好了师：为了避免这些问题，大型发电机往往都是线圈不动，磁体转动来发电。5 注重生活实际，促进保持和迁移具体教学设计如下：师：生活中还有哪些地方用到了电磁感应现象？【演示】闪光轮滑板车，没有充电也没有装电池，只要以滚动就可以发光；这个手电筒，只要用手一压，灯就可以发光，这些都是电磁感应的原理。生活中电磁感应的应用还有很多，请看视频。师：脑洞大开的人们将电磁感应现象用在了生活中的方方面面，今天我们也异想天开来个空中来电【活动4：空中来电】【所需器材】：导线、电流表、还有3名同学！师请三名同学上来，2名舞绳，1名同学辅助其余同学请观察灵敏电流计 师：来电了吗？生：来了师：怎么来的电？生：导体在切割地磁场总结：这也就是我们今天所学的电磁感应的内容。6 小结本节课是运用新课程理念“提倡教学方式多样化，注重科学探究”的教学案例，在教学过程中，根据教学目标、教学对象及教学内容来采取多种教学方式。整个教学过程中注重学生的已有认知，将抽象的知识具体化，大量运用物理模型，在可视化中丰富学生的形象思维，帮助学生构建磁感线的结构，引导学生自主设计实验，明确“切割磁感线”的内涵，探究得出电磁感应现象产生的条件和感应电流的方向。通过这些多样的教学方式，以期实现在教学中增强学生分析、合作、操作和表达的能力，培养其对物理学科学习的兴趣。参考文献1廖伯琴主持.义务教育物理课程标准（2011年版）S.北京：人民教育出版社,2011.7.10