探究电磁感应的产生条件.doc

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人教版高中物理新课程（选修3-2）第四章第2节《探究电磁感应的产生条件》教学设计吉林师范大学物理学院姚叶【教学设计思想】《物理课程标准》明确指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重新从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。” 探究式学习方式作为一种与传统接受式教学相对应的方式，旨在强化学生的体验，通过对知识的探究，懂得知识形成的过程和获取的方法，从而拓展学生的思维能力和培养学生的创新能力，新课程大力倡导在学科课程中面向全体学生，开展多样化的探究式教学活动。其基本特征可以概括为“活”和“动”两个字。“活”一方面表现为学生的积极性和主动性，另一方面表现为学习活动的生动性。教室里实际所发生的一切不可能都由教师所预设，学生的思维常常迸发出令教师意想不到的智慧的火花；“动”表现为学生真正的动手操作、动眼观察、动脑思考。探究式教学贯穿于物理新课程标准和教材之中,多媒体技术和现代实验技术为建构主义学习环境的实现提供了最理想的条件。建构主义学习理论与教学理论，为实现以多媒体和现代实验技术为基础的、以学生为中心的教学模式提供了理论基础。为此，我在设计（包括实施）中力图体现：以学生发展为根本，根据学生学习的特点设计、选择教的方法，让学生在“重新发现”和“重新组合”知识的过程中进行学习，使所有学生都参与学习的过程。让他们通过一系列的探索活动去发现结论，而不是将现成的结论直接告诉学生。探究学习中，让每个学生都有机会取得成功，学习的成果是学生合作的结果；鼓励学生自由想象，提出各种假设和预见，充分尊重他们的思想观点，使学生敢想敢干，富有创新精神。本节很好地体现了从感性认识上升到理性认识的认知规律。鉴于学生对电磁感应的感性认识基础，以及理性分析能力不强的现状。本节课的教学从复习回顾开始，通过“回忆—探究—分析—探究—归纳—巩固—设疑”等环节，完成教学任务，实现教学目标。【教材分析】 ※ 教材的地位和作用《探究电磁感应的产生条件》是人教版高中物理新课程（选修3-2）第四章第2节的内容，是电磁学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位。本节内容揭示了磁和电的内在联系，通过探究实验的方法归纳出了“磁生电”的规律，在教材中起到了承前启后的作用，是学生今后学习法拉第电磁感应定律、楞次定律和交变电流的基础。在教材的编排上本节从初中知识点闭合电路的部分导线切割磁感线产生电流入手，再设计多种典型的学生探究实验，对现象进行比较分析归纳，最后总结出产生感应电流的条件，这样的编排符合学生的认知规律。 ※ 教学目标 1．知识与技能（1）知道什么是电磁感应现象。（2）能根据实验事实归纳产生感应电流的条件。（3）会运用产生感应电流的条件判断具体实例中有无感应电流。（4）能说出电磁感应现象中的能量转化特点。 2．过程与方法（1）通过探究性实验之间逻辑关系的分析，使学生感悟“由现象到本质”的实验设计思想。（2）通过实验探究，归纳概括出利用磁场产生电流的条件，培养学生的观察、操作、探究、概括能力。 3．情感态度与价值观（1）通过本节课的学习，激发学生的求知欲望，培养他们严谨的科学态度和科学精神。（2）介绍法拉第不怕困难，顽强奋战十年，终于发现了电磁感应现象，感受法拉第勇于探索科学真理的科学精神。（3）通过科学进步和科技成果对生产生活方式的改变，激发学生热爱科学、热爱祖国的优秀品质。 ※ 教学重点和难点重点：电磁感应产生条件的探究过程；对产生感应电流的条件的理解。难点：探究方案的设计；对条件的归纳总结。【学情分析】学生对闭合电路的部分导线切割磁感线能产生电流，在初中已有一定的认识，但在空间想象、问题本质的分析等方面还较为薄弱。因此，在教学中从学生的已有知识出发，通过学生自主学习、探究实验、产生问题、协作交流等学习方法，从而解决问题得出产生感应电流的条件的结论。【教学方法】在课堂上通过“探宝”游戏互动，应用启发式教学方法问题出问题，导入新课。结合典型的学生探究实验，创设物理情景。教师引导学生认真观察、积极思维，然后进行分析论证，归纳总结出产生感应电流的条件；同时通过同学间的分组实验和讨论，调动学生学习的积极性，提高学生课堂学习的效率，培养学生的协作精神。【教学器材】铁芯，灵敏电流计，条形磁铁，铁钉,自制探宝器（接有发光二极管），低压电源，滑动变阻器，导线，多媒体课件，学生分组实验器材，变压器线圈，电磁感应手电筒等。【教学过程】主要的教学内容教师活动学生活动设计意图创设情境游戏探宝探“宝”游戏实验器材：三个不透明小盒，一个小磁铁（“宝贝”），连接发光二极管的线圈（“探宝器”）图1 探“宝” 提问：探宝游戏的原理是什么？学生探“宝” 讨论、交流猜测“宝贝”是什么思考、回答（初中学过的电磁感应即磁生电）激发学生的学习兴趣引发学生思考自然引进新知识历史渗透引入新知英国物理学家法拉第在1820年奥斯特发现电流磁效应之后基于一种朴素的对称思想提出了“磁生电” 的大胆假设，并开始了十年的艰苦探索。终于在1831年发现了电磁感应现象。他发现磁的电效应仅在某种东西正在变化时才发生，那么这种东西是什么呢?通过本节课的学习我们就能有所体会。图2 法拉第和他用过的线圈观看多媒体聆听与思索感受科学探究的曲折与艰辛适当引入物理史，让学生受到启发教益，感悟科学方法,提升人文素养,培养创新意识，是素质教育全面发展观的基本要求，是落实新课标“三维目标”的必然选择。启发回顾同学们在初中就学过由磁生电的实验，请回顾一下这个实验。听一听老师说的电磁感应条件对不对？电路中的导体相对于磁感线运动就能产生感应电流。搜索已学知识，比较分析，回答问题判断对错，陷入思考之中。巩固旧知突破难点突破重点演示实验，回顾旧识提问：如何推翻老师的错误说法呢？实验一、导体切割磁感线时产生感应电流图3 导体切割磁感线根据给定的器材（如图所示），如何设计实验让灵敏电流计的指针偏转？归纳结论: 老师的说法是错误的。只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。演示：导体左右、上下运动，观察电流表指针是否移动，记录在表一中。表一导体棒运动(平动) 指针摆动方向向右向左向左向右向前不摆动向后不摆动向上不摆动向下不摆动观察实验，记录现象，如表一所示，总结规律得出结论。通过回忆初中物理的一个演示实验，为学生提供具体生动的感性材料，增强感性认识的同时，使学生发生认知冲突，萌发探索、发现新知的欲望。突破难点突破重点突破难点突破重点实验探究Ⅰ 在刚才的实验中，导体棒是运动的，如果导体棒不动而磁体运动，电流计的指针是否也会偏转呢？实验二、磁极运动时产生感应电流将磁铁某一磁极在线圈中插入、拔出或静止在线圈中. 组织学生由给定器材设计实验，分组进行并讨论归纳，得到具体的实验步骤。让螺线管与灵敏电流计组成闭合电路，如图4所示图4 磁极在线圈中运动通过以上两个实验你能总结出什么结论？不论是导体运动还是磁体运动，只要导体和磁体发生相对运动，也就是说导体做切割磁感线运动时，闭合电路中就会产生感应电流。根据提示互相讨论，猜想能够产生感应电流的各种情况，并介绍猜想依据。分组实验，以验证自己的方法能否使电路中产生感应电流。观察实验现象并记录在表二中。表二磁铁的动作表针摆动方向 N极插入向右 N极抽出不摆动 N极静止向左 S极插入向右 S极静止不摆动 S极抽出向左通过问题引领的方式，让学生自己探索。毕竟老师只是学生暂时的“拐杖”，最终学生还是要学会自己“走路”。在亲自发现科学概念、原理的过程中，理解科学的本质，发展对自然的认识，掌握探究的技能。突破难点突破重点实验探究Ⅱ 设疑：如果导体和磁体不发生相对运动，闭合电路中是否会产生感应电流呢？实验三、模仿法拉第的实验由给定器材师生共同设计实验。如图5所示，螺线管Ａ通过变阻器和开关连接到电源上，螺线管Ｂ的两端连接到电流计上，把螺线管Ａ放在螺线管Ｂ的里面。观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表三中。用开关或变阻器控制一个线圈的电流，能否在另一个线圈中产生感应电流？图 5 模仿法拉第的实验分析论证学生由两个探究实验总结分析得出：当穿过闭合回路的的磁场发生变化时（图4）就有感应电流产生，那么法拉第发现的“某种东西”是否就是磁场呢?请同学们回顾课前演示实验，比较分析。操作现象开关闭合瞬间偏转开关断开瞬间偏转滑动变阻器不动偏转移动变阻器的滑片不偏转注:后两步操作在开关闭合前提下。思考并协助老师共同完成实验，观察并记录实验结果,填写表三。得出结论: 只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。让学生经历类似与科学家们的研究过程，让他们参与到探究活动中，发现问题，提出猜想交流论证。突破难点突破重点归纳分析得出电磁感应产生的条件：（1）比较实验二、三总结分析得出: 相同点是线圈内部的磁场强度发生变化时就有感应电流产生。（磁铁抽出或进入时磁感应强度发生变化，开关断开或接通时电流发生变化，从而磁感应强度变化）（2）比较实验一、二总结分析得出：相同点是导体棒运动或磁铁运动（相对运动）就会产生感应电流。图 6 磁极插入和拔出图7 线圈插入和拔出引导学生讨论，分析得出在演示实验中虽磁场恒定，但磁场穿过闭合回路的面积发生变化（图9），进而引导学生得出“磁场穿过闭合回路的面积发生变化也能产生感应电流” 图8 闭合电路包围的面积变化由（1）（2）可知，产生感应电流的条件不仅与磁场的变化有关，还与闭合电路包围的面积有关系，在物理学中将闭合电路的面积与垂直穿过他的磁感应强度的乘积定义为磁通量，所以我们也可以用磁通量来描述感应电流的产生条件。以上实验表明：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路就有感应电流。回顾试验二和实验三比较分析交流讨论得出相同点回顾试验二和实验三比较分析交流讨论得出相同点交流讨论回顾结合磁通量的知识，加深理解电磁感应产生的条件。 “分析与论证”是教学需要突出的探究要素之一。鼓励学生交流讨论，分析多变的实验现象，发现共性，抽象出电磁感应现象的本质，在这一过程中，培养学生分析论证能力和交流合作能力。由于两个探究实验都是磁场变化引起电流，极易导致学生得出“磁场变化是产生感应电流的唯一原因”的错误结论。在此及时纠正。实际应用图9 电磁炉的工作原理电磁感应的发现，在科学史上具有划时代的意义，它开创了人类从蒸汽时代进入电气时代的新纪元。人们利用它制造出了许多电器（如手摇式手电筒、电磁炉）使电能得到大规模的生产和广泛的应用，使人类进入了普遍利用电能的新时代。观察图片，交流讨论感知电磁感应在现实生活中的重要应用，感知法拉第的发现给人类带来的巨大贡献。让学生体会物理来源生活，应用并造福于生活社会。作业设计 1. 手摇式手电筒的工作原理？ 2. 摇绳能发电吗？为什么？图10 手摇式手电筒图11 要生能发电吗？查阅相关资料，了解电磁感应的各种应用。巩固加深学生对知识的理解和掌握。【教学流程图】比较分析交流论证实验探究Ⅱ 分组实验验证猜想回顾历史感受探究复习旧识启发深入演示实验温故求新引发猜想讨论分析实验探究Ⅰ 激情探宝引入新课老师讲授加深理解实际应用宝藏无穷【板书设计】【教学反思】素质教育的核心就是培养学生的创新精神和创造能力，因而在课堂教学中一定要放手让学生积极参与、主动探究，实现教学过程中的师生互动；一定要创设能引导学生主动参与的教学情境，激发学生的学习兴趣，挖掘学生的创新潜能，使每个学生得到充分发展。在这节课的教学中，教师就是为了努力达成上述目标而设计和实施教学的。现反思如下： 1．基于学生实际，设计教学内容美国著名教育心理学家奥苏贝尔说：“假如让我把全部教育心理学归结为一条原理的话，那么，我将一言以蔽之：影响学习的唯一重要因素就是学习者已经知道了什么。要探明这一点，并应据此进行教学。”可见，我们要针对学生的实际学情，设计教学。电磁感应的产生条件是以法拉第为代表的一群科学家通过许多年的探索才发现的，学生不可能在1节课的时间内完成前人所做的的这么多工作。如果一定要这样要求学生，反而会给学生错误的信号：科学探究是轻而易举的事。我们主张将教学过程转变为学生的“亚研究”、“类创造”的过程，使学生在探究的过程中掌握知识。但这种探究的过程决不是物理学家科学研究的简单重复，我们不可能也不必要让学生在课堂内重复科学家的研究。所以，本节课的主要目的不是让学生独立设计实验方案，自行总结出产生感应电流的一般条件，而是引导学生通过活动和思考来主动地获取知识。其实，本节课的难点倒不是学生的分组实验，难的是在实验观察的基础上，通过学生自主学习、协作交流等学习方式，分析论证、总结归纳出感应电流产生的一般条件。这既是这节课的重点和难点，也是能力培养和方法论教育的着力点。不是只有做实验才算探究，通过分析论证，推出感应电流产生的一般条件的过程其实也是一个探究的过程。 2．在互动过程中建构个体知识建构主义认为，个体的知识既不是来自主体，也不是来自客体，而是在主体与客体的相互作用过程中建立起来的。这种建构不仅是对外部信息的加工，而且在新、旧经验之间存在着双向的、反复的相互作用，新知识经验的获得要以已有的知识经验为基础，而已有的知识和经验也会在这一过程中得到改造的调整。正如皮亚杰所言，真理不能被当作现成的东西被个体直接吸收，而要像“科研和发明的过程”一样，借助于“适宜的活动”，对之进行“重新组织和重新发现”才能被个体所掌握。这正是我们主张探究式学习的原因所在。探究始于问题，而问题始于质疑，质疑往往出现在新旧知识发生冲突之时。感应电流产生条件的教学，不要求一步到位，而是要关注学生在归纳过程中出现的一些不成熟，以及有待改进的结论，借助认知冲突的形成与解决，逐渐逼近结论——感应电流产生的一般条件。探究过程中“一而再，再而三”的认知冲突能不断激发学生的探究欲望。本节教学中，除了学生初中已学过的“导体切割磁感线”实验方案只由教师演示，其它几个方案都由学生分组实验完成。小组实验探究活动过程中，学生能体验亲自动手设计获得实验成功的乐趣，感受小组合作的力量，激发学习物理的兴趣，养成细致观察、科学描述的科研能力，提升科学研究的综合素养。实验探究之后，通过分析认证，使学生学会依照物理事实，运用逻辑判断来确立物理量之间的因果关系，树立把物理事实作为依据的观念，形成根据证据、逻辑和现有知识进行科学解释的思维方法，培养学生自主学习和合作探究的能力。

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