柯智文

摘 要：在中學(xué)物理教育中，為了讓學(xué)生更好地掌握物理規(guī)律，了解物理的研究方法，在教學(xué)過程中就不能脫離生活實際，要讓物理課堂與日常生活聯(lián)系起來。本文以高中《物理》人教版選修3-2第四章第七節(jié)《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動》的教學(xué)設(shè)計為例，說明了在物理教學(xué)中應(yīng)尊重物理的學(xué)科特點和中學(xué)生的認(rèn)知特點把日常生活現(xiàn)象引入課堂。

關(guān)鍵詞：高中物理；渦流；教學(xué)設(shè)計；日常生活現(xiàn)象

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）6-0072-4

物理是一門與實際生活聯(lián)系非常緊密的學(xué)科，諸多物理規(guī)律的得出都源于對生活中一些現(xiàn)象的研究。在中學(xué)物理教育中，為了讓學(xué)生更好地掌握物理規(guī)律以及物理研究方法，在物理教學(xué)中就不能脫離生活，要將日常生活中學(xué)生能接觸到的一些物理現(xiàn)象進入課堂。例如：在對高中物理人教版選修3-2第四章第七節(jié)《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動》進行教學(xué)時，我們就把“廚房”搬到了教室，用電磁爐“煮魚”來講解電磁爐的工作原理以及渦流的成因、產(chǎn)生條件和熱效應(yīng)。2015年11月，以這節(jié)課為藍本筆者參加了第三屆“華夏杯”全國物理教學(xué)技能大賽，獲得全國一等獎，賽后得到與會專家的一致好評?，F(xiàn)將這節(jié)課的相關(guān)設(shè)計和課堂教學(xué)情況與大家共同探討，旨在拋磚引玉，以尋求更高效的課堂。

1 三維目標(biāo)

1.1 知識與技能

（1）了解渦流是怎樣產(chǎn)生的。

（2）了解渦流現(xiàn)象的利用和危害。

（3）通過對渦流實例的分析，了解渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。

（4）了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動。

1.2 過程與方法

培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度。

1.3 情感、態(tài)度與價值觀

培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點認(rèn)識問題。

2 學(xué)法指導(dǎo)

以演示、探究、討論、分析、講解為主，結(jié)合多媒體輔助法等教學(xué)方法。

3 重難點及課時安排

重點：

（1）渦流的概念及其應(yīng)用。

（2）電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。

難點：電磁阻尼、電磁驅(qū)動實例分析。

課時安排：1課時。

4 教學(xué)方法

演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、探究分析實驗。

5 教 具

電磁爐（打開電磁爐蓋板，取掉檢測報警裝置后，不回裝螺絲，以便上課時隨時能打開蓋板）、自制教具 （用亞克力板粘制一個長為45 cm、寬30 cm、高20 cm的魚缸，再用亞克力把魚缸隔成長45 cm、寬14 cm左右的兩部分；用白鐵皮剪制一個長43 cm、寬13 cm左右的鐵塊保證鐵塊要能放進魚缸，兩條紅色的金魚，如圖1所示，圖2為俯視圖）、溫度計、鐵架臺、電磁阻尼、電磁驅(qū)動演示儀、微安表等。

6 課前準(zhǔn)備

課前將鐵塊放進魚缸中，在魚缸中加入水（為了實驗現(xiàn)象明顯和節(jié)約時間可以在有鐵塊的部分加上開水，另一部分加入常溫的水。由于魚缸被亞克力分成了兩部分，所以常溫的水不會被開水加熱，當(dāng)然最好用隔熱性能較好的材料或者用兩塊板來隔熱，而且中間可以留一部分空隙以增加隔熱性能，空隙中最好也要加入常溫的水以便觀察，各液面要等高），在魚缸中加了有常溫水的部分放入兩條紅色的金魚。將魚缸放到事先準(zhǔn)備好的電磁爐上加熱，為了現(xiàn)象明顯，利用鐵架臺來固定一個教學(xué)演示用的溫度計，將溫度計的液泡浸入溫水中，可看到溫度接近90 ℃。然后將整個裝置用不透明的幕布蓋住，只讓溫度計的示數(shù)露在外面，找助手抬上講臺。課前準(zhǔn)備過程不能讓學(xué)生知道，以免影響教學(xué)效果。

7 教學(xué)過程與設(shè)計

7.1 新課導(dǎo)入：創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)疑引入

（1）設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)奈锢憝h(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。心理學(xué)研究表明，興趣是人要求獲得新知識的一種積極的心理表現(xiàn)。因此，教學(xué)中注意利用實驗、多媒體課件、板畫、教師生動的語言等精心設(shè)計趣味橫溢的教學(xué)環(huán)節(jié)，刺激學(xué)生的感官，牽動學(xué)生的情感，促使學(xué)生進入最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而達到好的教學(xué)效果。在分析實驗過程中，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察現(xiàn)象，從上到下、由表及里一步步分析現(xiàn)象發(fā)生的原因，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析問題的能力和邏輯推理能力，讓學(xué)生學(xué)會客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度和用辯證唯物主義的觀點認(rèn)識問題，為學(xué)生的終身發(fā)展奠基。

（2）師生互動

老師：引導(dǎo)學(xué)生讀溫度計的示數(shù)（學(xué)生回顧讀數(shù)的方法）。

學(xué)生：讀得溫度計的示數(shù)為90 ℃左右，而且還在不斷升高。

老師：這里面這么高的溫度，到底是什么呢？讓學(xué)生猜想片刻然后揭開幕布，原來我們是在用電磁爐“煮魚”！可溫度這么高為什么魚會沒事呢？

學(xué)生：在老師揭開幕布的時候，觀察到是在用電磁爐“煮魚”，可以觀察到魚缸里面的水冒著熱氣而且?guī)缀跻呀?jīng)沸騰了，但兩條紅色的金魚卻在水里若無其事的游來游去，怎么回事？在心里產(chǎn)生了沖突，都想一探究竟。

老師：請學(xué)生上臺觀察探究（如圖3所示）。

學(xué)生：上臺后發(fā)現(xiàn)魚缸被分成了兩部分，魚在常溫的水中當(dāng)然就沒事了。

老師：為什么同樣在電磁爐上加熱，一部分水沸騰了，而另一部分水保持常溫了呢？水的熱量從何而來？要知道原因我們進一步探究。讓學(xué)生把魚缸的金魚舀出來，將水倒掉，在倒水的過程中發(fā)現(xiàn)在沸騰的水中有鐵塊，常溫的水中沒有。并展示魚缸的結(jié)構(gòu)和鐵塊，引導(dǎo)學(xué)生分析。

學(xué)生討論分析得出：水被加熱是因為鐵塊，鐵塊被加熱又是因為什么呢？電磁爐不可能通過熱傳遞給鐵塊加熱，因為如果電磁爐通過熱傳遞給鐵塊加熱必然會加熱魚缸里面常溫的水，而事實并沒有。

老師：那么，鐵塊的熱量又從何而來呢？我們再繼續(xù)探究。老師打開電磁爐蓋板，引導(dǎo)學(xué)生觀察到電磁爐內(nèi)部的線圈（如圖4所示），提醒學(xué)生注意安全用電。

圖4 電磁爐內(nèi)部線圈示意圖

學(xué)生觀察分析：交流電通過線圈除了發(fā)熱之外還會產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，變化的磁場周圍又會產(chǎn)生變化的電場，電場就會驅(qū)動鐵塊中的自由電荷定向移動形成電流，鐵塊里有了電流流動，根據(jù)電流的熱效應(yīng)鐵塊就被加熱了，被加熱的鐵塊再通過熱傳導(dǎo)將加熱周圍的水；而沒有鐵塊的那部分水就不會被加熱。

老師：通過電磁爐“煮魚”我們“煮”出了哪些結(jié)論呢？

7.2 渦流的成因及熱效應(yīng)

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出：渦流的成因、產(chǎn)生條件和渦流的熱效應(yīng)。

老師師點評：（1）成因：麥克斯韋電磁理論指出，變化的磁場在空間激發(fā)感生電場，這個感生電場為渦旋電場，渦旋電場的電場力作為一種非靜電力在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感生電動勢。一旦在此空間存在閉合導(dǎo)體，該電場對導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷就在電場力的作用下定向移動，從而形成渦流。

（2）渦流產(chǎn)生條件：渦旋電場和導(dǎo)體。

7.3 電磁阻尼、電磁驅(qū)動

設(shè)計意圖：理論結(jié)合實際，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，運用知識，學(xué)會學(xué)習(xí)。

老師：小魔術(shù)“讓時間變慢”引入電磁阻尼（圖5所示）。點評磁電式儀表時結(jié)合圖片分析講解（圖6所示）。使用鋁框做線圈骨架的目的是利用感應(yīng)電流來起電磁阻尼作用，使線圈偏轉(zhuǎn)后盡快停下來。磁電式儀表的指針能夠很快停下，就是利用了電磁阻尼。

（1）學(xué)生：閱讀教材，回答下列問題。

①如圖7所示：一個單匝線圈下落進入磁場，感應(yīng)電流的方向和所受安培力方向如何？安培力對線圈的運動有什么影響？

②磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上。假定儀表工作時指針向右轉(zhuǎn)動，鋁框中的感應(yīng)電流沿什么方向？由于鋁框轉(zhuǎn)動時其中有感應(yīng)電流，鋁框要受到安培力，安培力沿什么方向？

（2）閱讀教材中“演示”的相關(guān)內(nèi)容，回答下面的問題。

一個閉合線圈放在蹄形磁鐵的兩磁極之間，蹄形磁鐵和閉合線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動（如圖8所示）。當(dāng)轉(zhuǎn)動蹄形磁鐵時，觀察線圈的運動。怎樣解釋線圈的運動？

電磁阻尼和電磁驅(qū)動的區(qū)別：電磁阻尼是由于導(dǎo)體在磁場中運動而產(chǎn)生感應(yīng)電流；電磁驅(qū)動則是由于磁場運動引起磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流。

從其他方面引導(dǎo)學(xué)生進行分析對比：電磁阻尼、電磁驅(qū)動中感應(yīng)電流的成因有何區(qū)別？電磁阻尼和電磁驅(qū)動中安培力的效果有何不同？電磁阻尼和電磁驅(qū)動中能量轉(zhuǎn)化情況有何不同？

7.4 渦流的利用和防止

設(shè)計意圖：理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用，驗證效果，雙優(yōu)培養(yǎng)。

老師：通過PPT展示渦流在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用（圖9）和防止（圖10）。

學(xué)生：利用渦流的成因和三個效應(yīng)解釋現(xiàn)象和工作原理。

總結(jié)提高：根據(jù)實際情況總結(jié)和點評。學(xué)生就本節(jié)所學(xué)做一個自我總結(jié)，之后可小組交流討論。

課外拓展：利用網(wǎng)絡(luò)了解電磁爐與微波爐的不同。

8 板書設(shè)計（如圖11所示）

9 教學(xué)反思

在本節(jié)課中把“廚房”搬到了課堂，通過用電磁爐“煮魚”讓學(xué)生了解到電磁爐的工作原理以及渦流的成因和產(chǎn)生條件，了解了渦流的熱效應(yīng)。并通過實驗演示讓學(xué)生了解到電磁阻尼、電磁驅(qū)動的原理，并引導(dǎo)學(xué)生思考能否將渦流的這些特性應(yīng)用于日常生活中？之后，通過PPT展示了渦流在現(xiàn)代生產(chǎn)生活的應(yīng)用和防止。課堂中滲透了STSE教育思想，充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。讓學(xué)生了解到物理學(xué)科對科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的影響，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和聯(lián)系實際的意識。通過演示實驗，并將日常生活中的一些物理現(xiàn)象引入課堂，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；讓學(xué)生了解到在物理學(xué)研究中的一般過程與科學(xué)方法，即觀察現(xiàn)象、分析原因、總結(jié)歸納到應(yīng)用和防止等；培養(yǎng)了學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度；讓學(xué)生真正認(rèn)識到學(xué)習(xí)物理知識和研究方法的價值和意義。

參考文獻：

[1]廖伯琴.物理教育學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]廖伯琴.物理教學(xué)研究與案例[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]向娟.翻轉(zhuǎn)課堂理念及渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動的教學(xué)設(shè)計[J].物理教學(xué)探討，2015，33（4）：28-30.

（欄目編輯 鄧 磊）