探究式学习模式与物理教学整合的尝试——“电磁感应现象”的教学设计与实施，本文主要内容关键词为：电磁感应论文,教学设计论文,物理教学论文,现象论文,模式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
根据《新课标》的要求，“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探索、勇于实验、勤于思考。”可见，探究式学习课不仅是新课标的重要组成部分，还是培养学生创新精神和实践能力的基础。目前，我国的基础教育中，以教师为中心的灌输式学习方式与以学生为中心的探究式学习方式使用比例严重失调，致使学生创新和实践的意识匮乏，能力未得到很好的培养。所以广泛、持久、深入地进行探究式教学是时代的要求。笔者在高二物理“电磁感应现象”一节的教学中，进行了探究式教学尝试，收到了很好的效果。在此向各位同仁介绍笔者的主要教学过程，意在和大家一起探讨。
教学过程
1.情境引入
网上图片及新闻：①三峡电站大型发电机定子；②“神舟六号”飞船巨大的太阳能电池帆。
教师做开场白：1820年4月，丹麦的物理学家奥斯特发现了电流可以产生磁场（屏幕显示奥斯特肖像），这一发现就像是架起一座电和磁之间的桥梁，那么这座桥梁仅仅是一个单行道吗？沿着相反的方向能不能行得通呢？这个反过来由磁生电的课题让当时众多的物理精英足足探索了十年之久（屏幕显示四位有关科学家肖像）。今天，我们就循着这些科学家的足迹来探索这个利用磁场产生电流的伟大发现！
不过对于我们来说，这已经算不上是很尖端的难题了。我们在初中就做过一个简单实验（屏幕显示利用磁场产生电流的示意图），我请一位同学把这个实验给大家回顾一下，大家仔细观察。
2.实验探究
(1)学生分组进行实验探究
实验目的：检验有无电流
实验1：条形磁铁在线圈中：插入____________，拔出_____________。
实验2：线圈A在线圈B中：插入______________，拔出_____________。
实验3：线圈A在线圈B中不动：开关闭合________断开_________。
实验4：线圈A在线圈B中不动：滑动变阻器的电阻增大__________减小_________。
实验5：（自己设计实验方案）____________
遇到的困难：___________________________
存在的问题：___________________________
产生的疑问：___________________________
萌发的设想：___________________________
实验的结论：__________________________。
(2)小组讨论、汇报实验情况。
(3)多媒体演示：
［实验一］课本
实验：线圈与电流表组成闭合回路，现在我们把这个线圈，放入匀强磁场中，使它在磁场中作切割磁感线运动，先让线圈进入磁场，大家看，进入过程有没有电流产生？有。线圈在磁场中切割时有没有电流产生？没有。把线圈拉出磁场的过程中，有没有电流产生？有。
师：感应电流好像是跟我们做起了捉迷藏的游戏，时有时无，线圈进出磁场时都有，线圈在匀强磁场中平动切割时没有。显然，“闭合电路的一部分导体切割磁感线”这个条件在这里难以自圆其说！那么究竟还隐藏着什么比“切割”更为本质，更具有普遍性的条件呢？这几种运动情况有哪些不同之处呢？
生：进出磁场时，都是一个边切割，而在磁场中运动时两个边同时切割。
师：一个边切割会产生电流，为什么两个边切割就不能产生电流呢？现在让线圈以它的两条对边中点的连线为轴转动，大家看有几个边切割磁感线？有两个边切割，此时情况如何呢？
［实验二］线圈绕垂直于磁场的轴转动
现象：两个边切割也能产生感应电流！
教师引导学生分析原因，得出结论：线圈进磁场时穿过线圈的磁通量增加了；出磁场时，磁通量减少了；在磁场中平动时，磁通量是不变的；转动时磁通量变化。即只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，就能产生感应电流。
生：现在下这个结论为时过早，因为根据Φ=BSsinθ，磁通量由B、S以及S与B的夹角θ三个因素决定，线圈进出磁场时只是验证了S的变化，产生了感应电流；线圈在磁场中转动时，是θ角变化产生了感应电流，还要继续验证磁感应强度B发生变化时，是否能产生电流。
［实验三］课本
实验
现象：磁铁插入螺线管或从螺线管里拔出，电流表指针偏转；磁铁相对螺线管静止时电流表指针并不偏转。
师：这三个实验表明，不论是导体运动，还是磁场运动，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，就能产生感应电流。然而非常遗憾的是，最早做这个实验的年仅23岁的科拉顿，为了消除操作过程中外界因素对电流计的影响，他就用长导线，将电流表连接到另一个房间里，他在这个房间里将磁铁插入线圈，然后飞快地跑到另一个房间里去看电流表，那么等他跑到的时候，电流表的指针还偏转吗？
生：不转。（遗憾）
师：所以他没有发现电流的产生。可以说科拉顿已经扣开了发现电磁感应规律的大门，但由于他的失误，却与最后的成功失之交臂。
师：由此看来（屏幕显示实验三结论），把“穿过闭合电路的磁通量发生变化”作为产生感应电流的条件比“切割磁感线”作为磁生电的条件更具有普遍性。但是在我们刚才的几个实验里，都要切割磁感线呀！难道“切割磁感线”是产生感应电流的必要条件吗？现在大家就来动手设计一个实验，（屏幕显示）如果导体和磁体不发生相对运动，而让穿过闭合回路的磁场发生变化，引起闭合回路中磁通量的变化，会不会在闭合回路中产生电流呢？
［实验四］学生设计实验
实验器材：电源、电键、电流表、滑线变阻器、大线圈、小线圈、几个条形铁芯、导线。
目的和要求：探索用不切割磁感线的方法能否产生感应电流。
大家分组进行，交流时，每组选派一个代表，要说明实验原理。（学生实验）
方案一：（投影）把电源与滑动变阻器、小线圈、电键串联起来，把大线圈与电流表串联起来，把小线圈放在大线圈旁边，然后，合上电键和断开电键的瞬间，大线圈中都产生电流。原因是，当合上电键时，小线圈中的电流是由无到有；断开电键时，小线圈中的电流是从有到无。小线圈中的电流的变化引起穿过大线圈的磁通量发生变化，所以会产生电流。
方案二：（投影）电路与上组相同，把小线圈放在大线圈内部，闭合电键，改变变阻器阻值，大线圈里就有电流产生。原因是，当电阻改变时，小线圈里电流就发生变化，从而引起穿过大线圈的磁通量发生变化，所以大线圈中会有电流产生。把小线圈放在大线圈旁边，电流表指针偏转并不明显，我们认为还应该把小线圈放在大线圈内部。
方案三：（投影）把小线圈放在大线圈旁边，当我们把铁芯分别插入小线圈和大线圈中时，再用一个铁芯把两个线圈中的铁芯连起来，因为铁芯是磁场的最好通路，效果比第一组明显得多。
师：虽然设计方案不同，但都做到了没有让导体切割磁感线，只让穿过闭合回路的磁通量发生变化，结果也产生了电流，从而更进一步证明：（屏幕显示实验四结论）不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象。
3.拓展应用
(1)拓展实验：（屏幕显示）使用磁场、线圈、发光管和摇把制作一台简易发电机，并简要说明设计原理。
(2)设计实验：利用较长的铁钉一根、漆包线若干、干电池一节、检流计、开关、导线等器材，设计一个合适的电路，验证产生感应电流的条件。在铁钉上用漆包线绕两组线圈A和B，将线圈B的两端接上检流计，线圈A的两端接上电池和开关，闭合和断开开关时，检流计的指针发生偏转，表明产生了感应电流。
(3)课外小活动
活动1：有小直流电动机、石英钟、导线等器材，如何使石英钟走动？将小直流电动机用导线与石英钟连接好，将石英钟放在实物投影仪上，用手快速转动电动机的转轴（注意转动的方向），石英钟的指针就会走动。
活动2：有录音机、线圈、磁铁、导线等器材，用两种以上方法使录音机发声。将线圈两端引出线用导线接在录音机话筒的插孔上。方法一：线圈不动，将磁铁在线圈中快速插入或拔出；方法二：磁铁不动，将线圈套住磁铁快速往返运动（此为话筒的原理）；方法三：线圈不动，将磁铁一极靠近线圈，在与线圈平行的平面上快速移动（此为录音机放音磁头的原理）；方法四：磁铁不动，将线圈靠近磁铁一极，让线圈在其平面方向上快速移动，都会使录音机发声。
4.归纳总结
（学生归纳）产生感应电流的条件：___________。
教师引导：以上表述是充分必要条件。不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化，这两个条件就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个表述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。
课后体会
本案例是一个探究式学习的课堂教学设计，整个设计贯穿了学生自主构建知识这一主线，抓住了探究式学习的本质和核心，充分调动了学生学习的主动性，体现出以下两个特点。
1.激发探究欲望，引发认知冲突
学生是知识的主动建构者，学生对所探究问题的热情程度及在探究过程中所表现出来的精神状态和情绪，直接影响教学的效果。本案例利用“三峡电站”“神舟六号”飞船巨大的太阳能电池帆等图片引入新课，用法拉第根据“电生磁”产生“磁生电”的设想，引发学生的思维张力，产生探究的兴趣与热情。本案例突破了课本已有的产生感应电流方式的局限性，鼓励学生大胆设计，勇于尝试。在实际探究过程中，将原线圈放在副线圈中不动，将铁芯拔出或插入；将原线圈放在副线圈外侧，靠近或远离，设计了多种方法产生感应电流，并由衷地感到了成功的喜悦。通过实验探究，引导学生讨论交流，得出产生感应电流的条件，再用多媒体通过磁感线条数的变化，形象地演示磁通量的变化，促进学生认知结构的形成。
2.让学生体验科学探究的一般过程，领悟科学研究方法
本案例设计将探究式学习有机融入课堂教学中，首先提出法拉第“磁生电”的设想，然后让学生自主进行实验探究，获得亲身经历和感性认识，通过小组交流，讨论分析，抽象出结论，再通过设计实验验证，最后通过思维拓展的两个活动，应用知识。体现了科学研究的一般过程：设想——实验探究——理论——再实验验证——应用。让学生在经历中感悟科学研究的一般方法，提高学生的科学素质。