淺談磁場教學的實驗設計

黃碧玉

[摘 要]磁場因看不見摸不著，常令學生感到深奧抽象，磁場的教學魅力在于教學實驗的突破。根據學生的認知特點，文章重點研究磁場教學中的實驗設計，著重通過實驗引導學生感知磁場的存在、判定磁場的方向，讓學生學會依據實驗現象用磁感線來描述磁場。通過實驗，可讓看不見的磁場變得“可見”。

[關鍵詞]磁場;教學;實驗;設計

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）02-0049-03

物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然科學。實驗在物理教學過程中起著不可替代的作用。實驗是研究物理問題的根本方法，也是培養學生動手操作能力的有效途徑。針對初中生好奇心強、敢于想象的特點，加強物理實驗教學，不但能培養學生的觀察能力和動手能力，而且能加深學生對物理知識的理解，激發學生學習物理的興趣。

有的物理實驗淺顯易懂，學生易消化吸收。例如，在“光的反射”實驗中，學生可以直觀地觀察到光的反射路徑（如圖1所示），并在實驗的引導下推導出光的反射定律。又如，在“電流與電壓關系”的探究實驗中，雖然電看不見，但是學生在生活中已有豐富的感性體驗，看到燈泡發光就可以感知電流的存在，知道燈泡越亮，通過燈泡的電流越大（如圖2所示）。因此，在實驗中當電阻不變時，電壓越大，學生可以立刻知道電流也越大。但是，人教版九年級物理第二十章第一節“磁現象 磁場”中磁場的教學實驗相對難度變大。雖然簡單的磁現象學生在小學已學過，但學生觀察磁現象時缺乏計劃性和目的性，另外學生的概括能力較弱，所以學生很難感知磁場的存在（如圖3所示）。

初中生首次接觸既看不見又摸不著的“磁場”，用磁感線來描述磁場更要求學生有較強的實驗綜合能力。磁場的性質決定了磁場教學的實驗與以往教學實驗的要求截然不同。但是磁場的教學又必須通過實驗才能講透徹，因此實驗成為磁場教學的靈魂。那么，根據教學難度和學生的認知特點，磁場的教學實驗應該如何設計呢？

先來認識磁場在整個章節里的地位和作用。磁場是繼磁現象之后的內容，也是后面學習電生磁、電磁鐵等知識的基礎，起到承上啟下的作用。磁場的教學思路可以是：先從磁針移至磁體附近會發生偏轉，得出磁體周圍存在磁場;接著通過實驗感知磁場的存在;然后通過磁針的指向來規定磁場的方向，進而引出用磁感線描述磁場的分布。磁場的內容體系如表1所示。

磁場的教學思路和內容，要求磁場的實驗設計應注意：

1.遞進式培養學生的觀察感知能力。學生首次接觸磁場這種看不見、摸不著的物質，若要讓他們在實驗中感知磁場的存在，應該先引導他們形成觀察感知能力。在生活中，我們看見樹葉晃動，就知道風的存在，所以在教學中應該讓學生先在類比實驗中形成觀察感知能力，再把這種能力遷移到磁場的感知中。

2.研究磁場的實驗應有序切入。用磁感線來描述磁場要求學生有較強的實驗綜合能力，所以研究磁場的實驗不但要引導學生學會觀察分析，而且應該有明確的切入點和清晰的研究思路。例如以小磁針作為載體，按“點→線→面→體”的順序進行研究，逐步引導學生依據實驗現象用磁感線來描述磁場，更符合學生的認知特點。

下面詳細闡述磁場教學的實驗設計。

一、“感知磁場存在”的實驗設計

磁場是看不見摸不著的，如何讓學生感知磁場的存在呢？普通實驗措施：將一條形磁鐵靠近靜止的小磁針（如圖4所示），讓學生觀察小磁針的變化情況，然后引導學生得出磁場存在的結論。

評價：教師通過實驗讓學生感知磁場的存在，但是學生并沒有形成直接感知磁場存在的能力。實驗前教師沒有對學生進行思維啟發，學生沒有形成分析能力，很難分析出磁場的存在。建議在做此實驗前準備一些前提實驗，用來培養學生的分析能力。具體實驗步驟如表2所示。

分析：實驗①、②能幫助學生形成分析能力。實驗①：用手撥小磁針使其轉動，是因為手對小磁針有力的作用。實驗②：用嘴吹小磁針使其轉動，是因為空氣對小磁針有力的作用，本實驗還讓學生體會到：不直接接觸的兩個物體，也可以通過其他物質（如風）產生力的作用。通過實驗①、②讓學生形成一定的分析能力，進而用這種能力分析實驗③。詳細分析過程如表3所示。

三個實驗的相互關系如表4所示。

實驗③的分析：條形磁鐵沒有接觸小磁針，為什么小磁針會發生轉動？這說明磁體周圍存在一種物質，磁鐵就是通過這種物質對小磁針產生力的作用。這種看不見、摸不著的物質，我們就把它稱為磁場。這樣層層遞進，逐步引導，學生就能從實驗中感知磁場的存在。

二、“認識磁場具有方向性”的實驗設計

對于看不見的磁場，如何研究它的方向性呢？生活中的風也是看不見的，但是我們依據彩帶飄動的方向，就可以感知風的吹動方向。在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象;將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量，這種方法是轉換法。初中物理在研究概念、規律和實驗中常用這種方法。磁場雖然看不見摸不著，但是磁場對放入其中的物體會有力的作用，因此可以根據小磁針在磁場中的指向來判斷磁場的方向，實驗設計如下。

1.把小磁針放入磁場中的某一位置，讓學生觀察小磁針的南北極指向。

實驗現象：如圖8所示。

2.用手重復撥動靜止在磁場中的小磁針，松手后讓學生觀察小磁針有什么現象。

實驗現象：小磁針靜止后仍保持原來的指向。

3.換另一個小磁針重復實驗，讓學生觀察小磁針有什么現象。

實驗現象：小磁針靜止后的指向和前一個小磁針的指向相同。

4.在磁場中不同的點放入小磁針，觀察小磁針北極的指向是否相同。

實驗現象：不同點的小磁針的北極指向不同（如圖9所示）。

實驗分析：某處小磁針北極總是指向一個方向，說明小磁針受力方向不變。

實驗結論：磁場有方向。同一點的磁場方向不變，不同點的磁場方向不同。

教師解析：物理學規定，把小磁針放在磁場中的某一點，小磁針靜止時北極所指的方向定為該點的磁場方向。例如在圖10中，A點的磁場方向如圖11所示。

從同一點到不同點，在實驗的引導下，更有利于學生用小磁針的北極指向來判定磁場的方向。

三、“用磁感線描述磁場”的實驗設計

通過以上實驗，學生雖然知道了如何判斷磁場的方向，但依然看不見磁場。如何讓看不見的磁場變得“可見”呢？風吹彩帶時，可根據彩帶飄動的樣子，用帶箭頭的曲線描畫出“風”。同樣，我們也可以根據磁場所產生的效應，用磁感線來描述磁場。用磁感線來描述磁場要求學生有較強的實驗綜合能力，所以教師不但要引導學生學會觀察分析，更應該有明確的切入點和清晰的實驗思路。為此，以小磁針為載體，按“點→線→面→體”的順序進行研究，逐步引導學生依據實驗現象用磁感線來描述磁場。上面的實驗，已經從“點”上研究了磁場。那么不同點的磁場方向之間有沒有什么規律呢？實驗探究如下。

1.磁場的線性研究：在條形磁鐵附近放入小磁針，觀察小磁針的排列情況。

小磁針的排列情況如圖12所示。

實驗分析：小磁針在磁場中的排列情況可以用一些曲線連起來（如圖13），曲線上任一點的方向和小磁針的北極指向相同。

磁感線的引入：把小磁針在磁場中的排列情況用一些帶箭頭的曲線連起來，可以形象地描述磁場，這樣的曲線叫作磁感線。在磁體的外部，磁感線從北極出發，回到南極。

注意：磁感線是為了描述磁場而引入的，磁感線并不真實存在。

2.磁場的平面性研究（如果把小磁針換成細小的鐵屑，實驗現象更明顯）。

做法：把玻璃板分別放在條形磁鐵、U形磁鐵，兩個同名磁極及兩個異名磁極的磁鐵上，在玻璃板上均勻灑上鐵屑，然后輕輕敲擊玻璃板，發現磁場的分布情況如圖14、圖15、圖16、圖17所示，學生可以通過觀察鐵屑的分布情況，了解磁場的分布。

（1）出示磁場空間分布演示儀（如圖18），讓學生觀察小磁針的分布情況。

（2）在磁場空間分布演示儀中放入條形磁鐵（如圖19），讓學生觀察小磁針的分布情況。

實驗結論：磁鐵周圍的空間都存在磁場。

原本抽象復雜的磁場，在實驗的引導和啟發下變得通俗易懂。而在按“點→線→面→體”順序進行遞進式的研究的過程中，學生不但感知了磁場的存在，會判定磁場的方向，而且學會了用磁感線描述磁場。在這些實驗的引導下，學生的思維得到了訓練，形成了較強的分析感知能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 鄧劍平.物理實驗[M].青島：青海海洋大學出版社，2012：4.

[2]? 蕓露.高效課堂寶典訓練：物理九年級全一冊[M].北京：世界圖書出版公司，2015：7.

[3]? 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.義務教育教科書教師教學用書：物理九年級全一冊[M].北京：人民教育出版社，2013：7.

（責任編輯 易志毅）

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