以原始物理問題深化學習“電生磁”的教學

傅子杰

摘 要：初中物理“電生磁”部分的教學，傳統教學模式大多采用先講奧斯特的電生磁部分，之后再引入通電螺線管的磁場判斷和右手螺旋定則，為了改進這種教學模式的不足，可以原始物理問題引入來展開“電生磁”的教學.教學實踐表明，在“電生磁”部分結合生活小制作等原始物理問題展開教學，可以有效地將理論與實踐相結合，讓學生形成一個有序的知識結構，從而改進物理教學效果.

關鍵詞：電生磁; 生活小制作;原始物理問題

文章編號：1008-4134（2019）14-0005中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

1 問題的提出

在人教版初中物理九年級上第二十章“電與磁”的第二小節“電生磁”的教學過程中，在講解了奧斯特的“電生磁”部分之后，課本上進而引入了通電螺線管的磁場判斷和右手螺旋定則的知識講解.誠然，我們通過連接通電直導線、電源、開關，并且將直導線南北方向放置，小磁針平行放在直導線下面，然后閉合開關，觀察到小磁針的運動.這個實驗確實能夠簡單直觀地反映出“電生磁”現象.然后教師在課堂上就直接進行通電螺線管的磁場判定和安培定則的理論知識講解，達成對于學生“電生磁”部分知識的培養.進而通過課后的習題，來強化學生對于“電生磁”的學習.這樣的依靠物理習題讓學生進一步熟練知識的方式是有待考究的.在課堂教學中應該更加深化學生對于“電生磁”知識的理解.筆者認為，加上生活小制作演示這一步，并不會浪費很長時間，可能只需要增加課堂五分鐘的巧妙展現，就可以清晰地將“電生磁”的物理知識與實踐相結合，讓學生利用所學知識去判斷實際物理現象.作者認為在學完“電生磁”之后，加上一個原始物理問題分析，就可以達到很好的教學效果.

眾所周知，物理是一門從現象出發的學科.我們從現象出發，研究物理問題，這個過程就是在深化學生的知識體系.原始物理問題的引入，就可以很好地解決這樣的問題.原始問題的表述形式是對科學現象的描述，它基本上采用文字敘述的方式呈現科學現象，與習題顯著不同的是，沒有習題中常常給定的已知量、未知量，需要學生根據需要去設置.所以，筆者認為，原始物理問題對于知識的深化的很有幫助，它可以顯現出學生是否真的明白了物理原理，而不是學會了物理習題的“套路”.有鑒于此，筆者認為“電生磁”這一小節中，可以在講解完安培定則的現象之后，進行原始物理問題的分析，加深學生對于“電生磁”的理解，希冀對這一小節教學有所裨益.

2 教學的邏輯

首先通過教師的演示實驗（連接通電直導線、電源、開關，并且將直導線南北方向放置，小磁針平行放在直導線下面，然后閉合開關）觀察到小磁針的運動.從而引導學生思考，相互討論得出結論（小磁針運動，說明周圍存在磁場.但是在實驗過程中只有通電，并沒有外加磁場，這說明是電流對于小磁針產生了作用，進而引導學生思考出是電流產生了磁場，這個磁場對小磁針作用，促使了小磁針運動.）在這一小環節最后教師進行總結與歸納：實驗揭示的是電流的磁效應現象，也就是我們常說的“電生磁”現象.這個現象說明了在電流的周圍產生了磁場，而通過磁場的作用使得小磁針發生轉動.這就是奧斯特的電生磁實驗.

接著教師會進行通電螺線管的磁場判斷和安培定則的理論教學，讓學生學會判斷電生磁.

進而我們通過生活小制作，展示一個生活中的物理現象，讓學生基于這個原始物理問題，分析現象，提升物理深度.

我們選擇常見的干電池，作為實驗的核心材料.利用生活中常見的強磁鐵，將其與電池一端相吸，形成電池在上，強磁鐵在下的體系.再利用生活中常見的銅絲，將銅絲繞制成所需半徑的彈簧，具有一定的彈性（如圖1所示），根據選擇的電池大小有異，我們可以將銅絲繞成比所選電池半徑略大的線圈，以使得可將線圈彈簧套在電池周圍.再將線圈彈簧上端做出一個突出的線圈頭，使彈簧套在電池外側時，彈簧線圈上端可接觸電池的一端電極，而彈簧下端可以接觸與電池相連的強磁鐵.從而電池、強磁鐵、線圈，三者相連形成一個整體.

在這個“電與磁”的生活實驗中，可以得到多種不同的現象.這樣就形成了原始物理問題，這樣的現實問題，可以更好地激發學生的思考，它不像物理習題，只是讓學生做出一個數學結果，而是能很好地培養學生分析物理本質的能力.

隨著電池的擺放、強磁鐵極性擺放的不同，實驗可能出現如下兩種現象：一是彈簧持續上下振動效果;二是彈簧被拉長吸住不動.

這種彈簧持續上下振動的現象對應的物理原理為：當線圈放在電池外側時，線圈上端與電池相接觸，下端接口與電池下側磁鐵相接觸，強磁鐵是導電的，所以線圈、強磁鐵、電池三者可以接觸形成閉合回路，從而在回路中形成電流.由奧斯特提出的“電流的磁效應”可知，這個環形電流的產生會隨之產生磁場，由于線圈是順時針繞行，產生的電流也是順時針的，根據右手螺旋定則（又稱安培定則）可知電源電流產生的磁場是向下的，這個線圈產生的磁場可以看作是一個條形磁鐵產生的磁場，那么，可以認為銅絲線圈上方為S極，下方為N極.又由于強磁鐵是N極在上，S極在下，因為線圈放在強磁鐵上方，于是線圈下方的“N極”與強磁鐵上方的N極形成同性磁極相對.由于同性磁極相互排斥的原理，形成“斥”現象，所以彈簧反彈.而后又因為彈簧線圈彈起，使彈簧線圈上端原與電池相接觸的接口與電池上端正極相離，使回路不再閉合而變成了斷路.在斷路中，彈簧線圈沒有了電流，也就不存在（由電流產生的）磁場了.線圈受重力作用，所以減速上升到開始下落.從線圈跳起，開始減速到零然后開始向下加速運動，到彈簧線圈上端接口再次與電池上端正極接觸，此時回路再次閉合，又形成因彈簧線圈電流產生的磁場，又一次同性磁極相斥，形成反彈.以此循環，最終達到了我們看到的彈簧持續上下強烈振動效果.

這種彈簧被拉長吸住不發生振動的現象對應的物理原理為：當線圈放在電池外側時，線圈上端與電池相接觸，下端接口與電池下側磁鐵相接觸，強磁鐵是導電的，所以線圈、強磁鐵、電池三者可以接觸形成閉合回路，從而在回路中形成電流.由奧斯特提出的“電流的磁效應”可知，這個環形電流的產生會隨之產生磁場，由于線圈是順時針繞行，根據右手螺旋定則（又稱安培定則）可知電源電流產生的磁場是豎直向下的，這個線圈產生的磁場可以看作是一個條形磁鐵產生的磁場，那么，可以認為銅絲線圈上方為S極，下方為N極.又由于強磁鐵此時N極在下，S極在上，因為線圈放在強磁鐵上方，于是線圈下方的“N極”與強磁鐵上方的S極形成異性磁極相吸.由于異性磁極相互吸引的原理，形成“吸住”現象，所以彈簧被持續吸引.

通過這樣的原始物理問題分析，可以很綜合地培養學生對于“電生磁”部分知識的理解.原始問題的表述形式是對科學現象的描述，它基本上采用文字敘述的方式呈現科學現象，與習題顯著不同的是，沒有習題中常常給定的已知量、未知量，需要學生根據需要去設置.我想這樣的模式，是非常符合對學生深化學習的培養的.

3 反思和啟示

《從習題到原始問題：科學教育方式的重要變革》中強調“加強物理教育中人文精神的教育，重視文理滲透.當今世界的基礎教育，為了適應21世紀高科技的飛速發展，雖然出現了科技教育的傾向，但這種傾向是以人文精神為靈魂的.”我想，這樣的教學設計，正是很好地將“電與磁”原始物理問題代替了“電與磁”物理習題. 原始問題教學讓科學教育從純粹的知識傳授模式中走出來，進入科學知識傳授與應用相結合的新階段.對于“電生磁”物理知識的學習，引入原始物理問題，是一個很新穎的教學模式，這和以往的常規教學設計不同.這是具有創新的教學設計.這樣的教學可以讓學生從“會做題”轉變到真正的“會物理”.

在現行的物理教學中，“應試教育”的氣息過重.而應試教育中重要的標簽是習題.物理高考命題委員會認為：“做題是非常重要的.我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰.因為題海戰盲目追求解題的數量，不重視解題的質量，使學生根本來不及對習題以及與習題有關的問題進行思考.”為解決這一問題，原始物理問題的理念被提出.比如，“1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長桿走鋼絲跨越長江三峽.科克倫如何使用手中的長桿？這樣的問題就稱為原始問題.相反，目前科學教育中廣泛采用的習題卻很難為學生提供這樣的情境.”

物理課程作為一門重要的基礎教育課程，在培養學生素質方面有著重要的不可替代的作用.它除了培養學生了解自然、學習自然規律、培養操作動手能力和探究能力之外，能夠培養學生的科學創新精神，培養學生的辯證唯物主義和愛國主義思想，培養學生正確的世界觀、人生觀和價值觀，還能夠培養學生的良好行為習慣、道德品質以及良好的科學態度和學習習慣.我國物理教學論的發展，實際上落回到了對于“人”的培養.

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