科學探究：怎樣產生感應電流之教學設計摘要：在初三物理的學習中，感應電流這一概念非常的抽象，如何設計引導學生探究并了解導體在磁場中運動時產生感應電流的條件，是擺在教師面前的一道難題，且大部分學生在對其概念，對切割磁感線的具體含義也存在著諸多疑惑。本文基于新課標的要求，結合學生的已有認知和學習規律，針對“科學探究：怎樣產生感應電流”進行了一次探究性教學的設計。關鍵詞：磁感線；感應電流；切割；科學探究前言在義務教育物理課程標準中，對“科學探究：怎樣產生感應電流”這一節有著這樣的要求：通過實驗，探究并了解導體在磁場中運動時產生感應電流的條件，了解電磁感應在生產、生活中的應用，以及了解發電機的工作原理1。這里強調了實驗的重要性，以實驗的方式來進行科學探究，促進科學概念轉化，構建物理新概念；另外，也強調了從感應電流這一物理概念應用于生活，了解發電機的工作原理，體會物理為生產生活帶來的巨大改變，體現了新課程從生活走向物理，從物理走向社會的基本理念。本文在解讀課程標準的基礎上，通過對教材和學生學情的分析，對“科學探究：怎樣產生感應電流”這一節進行了如下的教學設計。1 教材與學情分析1.1 教材分析教材從手搖發電機模型出發，通過觀察發電機模型的結構，結合發電機產生的現象，猜想如何在沒有電源的情況下，利用磁鐵就能生電。接著進行實驗探究，逐步發現什么是電磁感應現象，電磁感應現象產生的條件是什么。除此以外，教材中還對磁生電的發現者法拉第進行了介紹，同時說明了發電機原理，在信息窗里簡單涉獵了電磁感應原理的相關應用。1.2 學情分析初中階段的學生，其思維特點主要是從形象化思維轉化為抽象邏輯性思維，初三階段的學生，已有一定的抽象邏輯性思維，但認知水平仍主要以生活經驗為基準，講解時就需要不斷開發他們的前概念，同時將抽象內容具體化，加深學生的理解。也就是說，物理教育活動必須要建立在學生原有認知的基礎上，促使其“前概念”向科學概念轉化，從而促使學生認知結構轉變。2 目標分析，準確定位義務教育物理課程標準（2011年版）提出義務教育階段的總目標是：義務教育物理課程標準旨在提高學生的科學素養。并讓學生學習終身發展必須的物理知識和方法，養成良好的思維習慣，在分析問題和解決問題時嘗試運用科學知識和方法，養成良好的思維習慣；經歷科學探究過程，具有初步科學探究能力，樂于參加與科學技術有關的活動；保持探索科學的興趣與熱情，獲得成就感等等?？偰繕藦闹R、能力及情感等三個方面提出了要求。本文也從此三個方面進行了目標分析，旨在幫助學生建構知識與技能的學生環境。2.1 知識與技能（1）通過實驗，探究并了解導體在磁場中運動時產生感應電流的條件，了解電磁感應在生產、生活中的應用；（2）了解發電機的工作原理。2.2 過程與方法（1）實驗探究產生感應電流的條件，培養學生探究問題的能力，鍛煉學生的動手能力；（2）學生歸納總結產生感應電流的條件，培養學生的分析、解決問題的能力和交流、合作能力；（3）根據電磁感應現象在生活中的應用，嘗試運用所學知識解決具體問題的能力。2.3 情感態度與價值觀（1）采用小組合作探究的教學模式，培養學生與他人合作的精神，有將自己的見解與他人交流的意愿；（2）介紹法拉第發現電磁感應現象的歷程，培養學生堅持真理、勇于創新、實事求是的科學態度和科學精神。3 任務分析，梳理教學重難點3.1 教學重點探究產生感應電流的條件3.2 教學難點探究產生感應電流的條件及對導體切割磁感線的理解3.3 教學方法講授法、討論法、實驗探究法4 教學過程4.1 演示物理情景，引起注意在課堂初期，情景引入可以支持接受刺激及其產生的神經沖動，來吸引學習者的注意。在本次設計中，采用現場魔術的方式來創設物理情景，進行新課導入?！舅杵鞑摹浚壕€圈、LED燈帶、強磁鐵具體教學設計如下：師：最近有一部非常好看的電影叫瘋狂的外星人，大家有去看嗎？外星人之所以很厲害！是因為它頭上戴了一個能夠發光的能量環師：今天我也帶了一個能量環，這是用導線繞的能量環，上面有小燈師：怎樣讓小燈亮起來？生：加電池師：可以，但現在我手上沒有電池下面是見證奇跡的時刻到了！師：左手叉腰，右手抬起，動起來?。ㄗ⒁猓翰僮鲿r沿著幾個方向給學生、評委、觀眾分別演示）師：亮了沒有？生：亮了?。◣熝菔荆瑢⒋盆F藏在衣服里，能量環在外舞動，小燈發光）師：你們也可以創造奇跡，有沒有同學想來試一試？請一名男同學師：動作要領，左手叉腰，右手抬起，動起來！師：加油！怎么不亮了？師：我再試試！師接過能量環再做演示（最后教師總結如下）其實并不是我有超能力，是因為戴了一根項鏈，這是一塊磁鐵?？磥磉@個電流是磁鐵產生的，今天我們就來探究磁鐵產生電流的現象。4.2 觀察演示道具，積極猜想和假設剛剛已經給學生呈現了學習目標，傳達了對學生表現出的知識的一種期望，學生在目標明確的情況下，開始積極思考。教師積極引導學生觀察剛才魔術中所用道具，細致分析其組成結構，讓學生來大膽猜想如何產生電流，并選擇實驗器材。具體教學設計如下：師：要想探究磁鐵怎樣才能產生電流，你打算選哪些器材？生1：磁鐵，導線（預設1：電流表）（預設2：電源；師糾正：電源確實可以產生電流，但我們是要利用磁場來獲得電流）師：用什么器材來顯示電流?生1：小燈師：還可以用什么器材？生2：電流表師：請評估，用小燈和電流表哪種器材更好生：電流表更好，因為如果電流小了小燈可能亮不起來師：今天我們選一種更小量程的電流表靈敏電流計，它可以顯示出更加微小的電流。師：有補充的嗎？怎樣控制電路的通斷？生3：加開關4.3 提供學習指導，設計實驗與制定計劃學習指導的實質是在學習者已知的內容與所學之間建立聯系過程中給學習者提供支持。在上一事件中，學習者有了一些想法，但沒有具體的實驗方向，這時我們需要為學習的內容建立一種情景。【所需器材】：線圈、靈敏電流計、鱷魚夾導線、U形磁鐵具體教學設計如下：師過渡：我拿了一個和能量環類似的線圈，用導線將開關、靈敏電流計連成了回路，將線圈的一部分放入磁場。（師操作時故意讓線圈的一邊切割到磁感線）師：有電流嗎？生：有師故意觀察：我看看！沒有呀！哪里有？生：剛剛有師：剛剛哪個時候有？生：放進去的時候師：再放一次（師將線圈取出來，學生觀察到取出來有，再將線圈放進去，學生觀察到放進去也有）師：有嗎？生：拿出來的時候有，放進去也有師：也就是線圈要（生：運動）才有！師：導體在磁場中的運動方向有很多種，最好選一個參照標準?？梢赃x什么作為標準來觀察導體的運動？生：磁感線（教師引導：磁體周圍存在著磁場，用什么來形象反應磁場的方向？）在磁體外部磁感線的方向是從（生：N極到S極）師出示U形磁體模型，學生判斷磁感線方向 大模型繼續演示：比如第種放置，導體相對于磁感線，可以左右運動、前后運動、上下運動、斜向運動師：請看黑板，拿出你們剛才所選的器材（課件打出：靈敏電流計、U形磁鐵、開關、線圈），連好之后，將線圈的這條邊放在磁場中，探究這部分導體要相對于磁感線怎樣運動才能產生電流，將結果填在學案上。4.4 分組合作，進行實驗與收集數據在制定實驗計劃后，將學生分為若干個組，每組完成一種物質的測量和記錄。學生按照計劃對研究對象進行操作，現在他們能夠自己作為實驗的主人，盡情的展示他們知道如何做。在學生們鍛煉自己的實驗操作能力的時候，老師可以在旁觀察或者協助。4.5 反饋行為表現，分析與論證學生們手中有著自己的實驗結果，也有一些自己的想法，可以請一些學生展示他們的數據，統計出來的結果，展示完后，讓在座的同學提出自己的意見。具體教學設計如下：師：請一小組展示他們的實驗結果學生展示說出現象，教師貼上圖片生：左右運動有電流；斜向運動有電流；上下運動沒有電流；前后運動沒有電流師：有不一樣的嗎？請小組2 展示，教師貼上圖片生：上下運動有電流；斜向運動有電流；左右運動沒有電流；前后運動沒有電流。師：（指著圖片）這是兩組同學觀察到的現象，導體左右運動和上下運動時，怎么這一組能產生電流，而另一組卻不能呢？生：因為磁鐵擺放不一樣師：也就是什么方向不一樣了？生：磁感線師：請再觀察，兩組實驗中，導體前后運動都不能產生電流，是不是前后運動一定不能產生電流呢？師：請看老師的實驗，（演示，觀察到恰好是前后運動產生了電流，再邊演示邊說明什么是切割）教師演示：激光磁感線模型師：用激光模擬磁感線，用水霧將磁感線呈現出來。如果我將導體看成一把刀，前后、斜向有電流，是因為導體把這些線給切斷了！物理學中，我們把這種切斷叫做切割磁感線運動?；氐胶诎迳蠋煟核伎紕偛诺膯栴}，都是水平運動，怎么這里有電流？這里沒有呢？生：因為左邊在切割磁感線，右邊沒有師：這四種情況為什么有電流呢？生：是因為導體在做切割磁感線運動師：上下運動有電流；將卡片轉一個角度，現在導體變成左右運動了，也有電流；也就是說，無論導體的運動方向怎么變，關鍵要看它相對于磁感線的運動方向，有沒有做切割磁感線運動。師悄悄斷開開關，激光模型演示：師：導體的運動切割了磁感線嗎？生：切割了師：怎么沒有電流呢？請個同學來檢查一下生：開關斷開了師：請歸納，磁場能夠產生電流需要哪些條件？生：閉合電路、部分導體切割磁感線運動【板書】：條件：閉合電路、部分導體切割磁感線運動請看課本166頁，并勾畫出來師：我們把這個現象叫做電磁感應現象，產生的電流叫感應電流【板書】：一、電磁感應現象4.6 感應電流方向的深入具體教學設計如下：（師拿出能量環演示：磁鐵不動，揮動線圈）師：現在知道小燈為什么會發光嗎？生4：因為導體在切割磁感線，產生了感應電流師：如果線圈不動，移動磁鐵，可以產生電流嗎？生：能師演示，你能用學過的知識解釋嗎？生：因為運動和靜止是相對的。繼續演示能量環：師：請仔細觀察小燈的發光情況向下，白燈亮；向上，紅燈亮。（注意操作時，將能量環立起來）提問：怎么一會兒白燈亮？一會兒紅燈亮？師介紹：能量環上接的是LED燈，具有單向導電性。電流從這個方向流入，白燈亮；反過來，紅燈亮！師：原來是因為電流的方向不一樣師提問：感應電流的方向與哪些因素有關呢？生5：與導體的運動方向和磁場方向有關【板書】：運動方向？磁場方向？師：有兩個影響因素，你打算怎樣研究？生：控制磁場方向不變，改變導體運動方向；控制導體運動方向不變，改變磁場方向。師：也就是什么研究方法？生：控制變量法師：怎樣改變磁場方向？生：反過來放師：怎樣知道電流方向變了？生：靈敏電流計，指針偏轉方向不一樣，表明電流方向不一樣。師：請完成學案活動2的探究！師：好了，請小組分享交流他們的實驗結論生：與導體切割磁感線的運動方向和磁場的方向都有關師：其他小組也贊同這個結論的請舉手師：很好！師：如果磁場方向和導體運動方向都改變呢？生：電流方向不變【板書】：電流方向：磁場方向、導體運動方向有關4.7 能量的轉化具體教學設計如下：師：我們在剛才的實驗中產生了電流，得到了電能，消耗了什么能？生：機械能師：將機械能轉化為電能【板書】：機械能轉化為電能4.8 法拉第生平的介紹具體教學設計如下：師：你們知道是誰最先發現了電磁感應現象嗎？邁克爾法拉第。一起來回顧這一段歷史。（播放視頻）1820年，奧斯特發現了電流能夠產生磁場，逆向思維讓人們開始思考，那磁場能不能產生電流呢？包括法拉第在內的科學家們開始投入了這個方向的研究，法拉第在十年的時間里做了無數次實驗，經歷了無數次失敗，終于在1831年發現了電磁感應現象，法拉第的這個發現改變了世界文明的進程，感應電流的出現使大規模的用電變成了可能，人類也逐漸進入了電氣時代，或許我們在開啟電源的那一刻都該默念一聲，謝謝你！法拉第。飲水思源，請大家不要忘了他。4.9 發電機及電磁感應原理的應用具體教學設計如下：師過渡：法拉第在發現電磁感應現象之后不久，又利用電磁感應發明了世界上第一臺發電機，剛才我們也成功的產生了電流，但遺憾的是這個電流并不能持續，怎樣才能得到持續電流？生：讓導體一直運動下去師：好主意！但那得需要多大一個磁場，好像不太現實！師：還有其他辦法嗎？師演示，能量環讓磁鐵往復運動師：怎樣才能方便地實現往復運動呢？師：其實可以讓線圈在磁場中轉動師：請大家觀察桌上發電機的結構，主要由哪些部分組成？生：磁鐵、線圈、師補充電刷、銅環師：請大家轉動手柄，讓小燈亮起來【活動3：轉動手柄，小燈發光】（板書：二、應用：發電機）【學生器材】：發電機模型師：每一組都成功讓小燈亮了起來請思考：1、這個電流是怎樣產生的？生：導體切割磁感線運動2、電流方向為什么在發生變化？生：因為導體切割磁感線的運動方向變了師：所以它發出的是交流電3、為什么要用銅環和電刷？生：導線會纏在一起教師演示大線圈轉動導線纏繞在一起師：大型發電機的線圈在轉動時，產生高電壓強電流，銅環和導線接觸會產生電火花，電刷也會有磨損。師：怎么改進一下？要是線圈不動也可以發電就好了師：為了避免這些問題，大型發電機往往都是線圈不動，磁體轉動來發電。5 注重生活實際，促進保持和遷移具體教學設計如下：師：生活中還有哪些地方用到了電磁感應現象？【演示】閃光輪滑板車，沒有充電也沒有裝電池，只要以滾動就可以發光；這個手電筒，只要用手一壓，燈就可以發光，這些都是電磁感應的原理。生活中電磁感應的應用還有很多，請看視頻。師：腦洞大開的人們將電磁感應現象用在了生活中的方方面面，今天我們也異想天開來個空中來電【活動4：空中來電】【所需器材】：導線、電流表、還有3名同學！師請三名同學上來，2名舞繩，1名同學輔助其余同學請觀察靈敏電流計 師：來電了嗎？生：來了師：怎么來的電？生：導體在切割地磁場總結：這也就是我們今天所學的電磁感應的內容。6 小結本節課是運用新課程理念“提倡教學方式多樣化，注重科學探究”的教學案例，在教學過程中，根據教學目標、教學對象及教學內容來采取多種教學方式。整個教學過程中注重學生的已有認知，將抽象的知識具體化，大量運用物理模型，在可視化中豐富學生的形象思維，幫助學生構建磁感線的結構，引導學生自主設計實驗，明確“切割磁感線”的內涵，探究得出電磁感應現象產生的條件和感應電流的方向。通過這些多樣的教學方式，以期實現在教學中增強學生分析、合作、操作和表達的能力，培養其對物理學科學習的興趣。參考文獻1廖伯琴主持.義務教育物理課程標準（2011年版）S.北京：人民教育出版社,2011.7.10