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電磁場(chǎng)與電磁波物理教學(xué)反思
麥克斯韋電磁場(chǎng)理論是電磁學(xué)的最核心內(nèi)容，其地位相當(dāng)于經(jīng)典力學(xué)中的牛頓運(yùn)動(dòng)定律所處的地位，所以它是本節(jié)教學(xué)中要重點(diǎn)突出的內(nèi)容。但是由于其內(nèi)容非常抽象，學(xué)生要深刻理解它比較困難，因此，在教設(shè)計(jì)上要把握好三個(gè)方面：第一，內(nèi)容如何定位。對(duì)學(xué)生來(lái)講，知識(shí)掌握的要求程度定位在定性了解的層面上。第二，如何化抽象為形象，考慮從多個(gè)層面突破教學(xué)中存在的知識(shí)抽象的難點(diǎn)。其一，實(shí)驗(yàn)探究層面突破——利用身邊豐富的電磁波教學(xué)資源，來(lái)認(rèn)識(shí)電磁波的廬山真面目，化抽象為具體。其二，媒體層面上突破——利用多媒體，建立與機(jī)械波形成相類(lèi)似的電磁波形成的認(rèn)識(shí)過(guò)程，呈現(xiàn)電磁波的形成過(guò)程“看不見(jiàn)”的另一面，化抽象為形象。其三，情感、興趣…等角度。第三，考慮如何轉(zhuǎn)變教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式。利用探究式教學(xué)方式，還原認(rèn)識(shí)事物的原來(lái)面目。麥克斯韋從理論出發(fā)大膽預(yù)言電磁波的存在——這是一個(gè)偉大的猜想！是一個(gè)很好從理論上進(jìn)行科學(xué)探究案例。
要達(dá)到以上的目標(biāo)，下面就本人對(duì)這一節(jié)課在的教學(xué)前與后所引發(fā)的思考作一闡述。
一．創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)探究情境，引發(fā)學(xué)生探究欲望
電磁波對(duì)學(xué)生而言，既熟悉又陌生。雖然人們天天都離不開(kāi)它，但是學(xué)生對(duì)它的廬山真面目還是霧里看山。如何創(chuàng)設(shè)一個(gè)情境，引發(fā)學(xué)生思考，從而把本質(zhì)的問(wèn)題暴露出來(lái)，這是我課前一直琢磨的問(wèn)題。首先，我考慮的是所設(shè)計(jì)的情境要有哪些方面的要求？——盡可能是實(shí)驗(yàn)情境、真實(shí)性要強(qiáng)、簡(jiǎn)單熟悉生活化、現(xiàn)象明顯、可操作性強(qiáng)、參與面廣、最好能帶給學(xué)生驚喜、與電磁波有密切聯(lián)系等。于是我想到了用收音機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的方案，但是如何用收音機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)能揭示電磁波本質(zhì)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)構(gòu)想，卻費(fèi)了我不少心思。后來(lái)，從電燈的開(kāi)與關(guān)時(shí)，收音機(jī)出現(xiàn)“喀喀”干擾聲得到啟發(fā)——這個(gè)情境就是一個(gè)絕妙的情境！所以我在這節(jié)課引入環(huán)節(jié)上，要求每一位學(xué)生自帶一臺(tái)小收音機(jī)，上課時(shí)要求學(xué)生打開(kāi)收音機(jī)并調(diào)節(jié)到中波無(wú)臺(tái)處，然后請(qǐng)每一個(gè)學(xué)生用一根導(dǎo)線與一只舊干電池，配合收音機(jī)做兩次實(shí)驗(yàn)。
第一次實(shí)驗(yàn)。在*近收音機(jī)處，讓導(dǎo)線的一端與干電池一個(gè)電極始終接觸，導(dǎo)線另一端與電池的另一個(gè)電極斷斷續(xù)續(xù)接觸（如圖甲）。第二次實(shí)驗(yàn)。讓導(dǎo)線的兩端與干電池兩個(gè)電極持續(xù)接觸（如圖乙）。實(shí)驗(yàn)后請(qǐng)學(xué)生描述現(xiàn)象，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只有斷斷續(xù)續(xù)接觸干電池時(shí)，收音機(jī)中才發(fā)出“喀喀”聲，而導(dǎo)線兩端持續(xù)接觸電池電極時(shí)收音機(jī)中卻無(wú)“喀喀”聲。此時(shí)，學(xué)生的表現(xiàn)，并不是十分驚訝！（可能在平時(shí)生活上學(xué)生有感受過(guò)類(lèi)似現(xiàn)象），我也不動(dòng)聲色。只是以平常心，泛泛地提了一個(gè)問(wèn)題，
如何解釋上述現(xiàn)象？
問(wèn)題一出，學(xué)生就開(kāi)始了議論，并且大多認(rèn)為，因?yàn)橛须娝杂小翱Α甭�。議論的焦點(diǎn)大多集中在第一個(gè)現(xiàn)象上，對(duì)第二個(gè)現(xiàn)象沒(méi)多大注意。至此，我感覺(jué)到學(xué)生觀察、思維中存在的不足已經(jīng)暴露出來(lái)了，學(xué)生沒(méi)有抓住關(guān)鍵現(xiàn)象進(jìn)行比較、進(jìn)行思考。現(xiàn)在該到了教師在“學(xué)生——現(xiàn)象之間”應(yīng)起的“穿針引線”作用時(shí)候了，于是我及時(shí)拋出了一個(gè)問(wèn)題：“兩次實(shí)驗(yàn)同是所謂有‘電’，為什么現(xiàn)象是：一次有聲一次無(wú)聲！”學(xué)生為之一震！先前不以為然的臉部表情卻一掃而光！取而代之的是滿臉的困惑。隨后在課堂上引發(fā)了學(xué)生探究問(wèn)題的極大興趣和欲望，達(dá)到了預(yù)期的效果——即激發(fā)學(xué)生更深一層的思考，進(jìn)入理性思考?xì)夥罩小?/p>
二、抓住問(wèn)題，引發(fā)猜想，相互印證，揭示本質(zhì)
上面從現(xiàn)象出發(fā)，從現(xiàn)象引發(fā)出問(wèn)題，把學(xué)生推到問(wèn)題之中，這是從現(xiàn)象向本質(zhì)思考的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。關(guān)鍵問(wèn)題呈現(xiàn)出來(lái)之后，引發(fā)猜想是探究中重要環(huán)節(jié)。但是從哪一個(gè)角度進(jìn)行分析，引出猜想？
于是，我設(shè)置了如下關(guān)鍵詞請(qǐng)學(xué)生造句
收音機(jī)電波愛(ài)拼才會(huì)贏
學(xué)生輕松地給出了大致相同答案：電波傳到收音機(jī)，收音機(jī)中一曲《愛(ài)拼才會(huì)會(huì)贏》催人奮進(jìn)。
學(xué)生的答案，顯然，達(dá)到我要引導(dǎo)的方向，即收音機(jī)發(fā)出聲音與電波的存在聯(lián)系在了一起。收音機(jī)能檢驗(yàn)出是否存在電波。
于是我設(shè)置如下一組問(wèn)題
問(wèn)題1：上述第一次實(shí)驗(yàn)，收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”聲意味著什么？
學(xué)生一下子意識(shí)到，斷續(xù)接觸，有電波產(chǎn)生（學(xué)生更熟悉用電波一詞來(lái)表達(dá)電磁波）。
問(wèn)題2．導(dǎo)線接通意味著什么？斷開(kāi)又意味著什么？斷斷續(xù)續(xù)接觸又意味著什么？
學(xué)生間的討論交流、相互提問(wèn)很是熱烈，其中心不外是，電路中電流發(fā)生了變化。收音機(jī)與斷續(xù)接通的電路之間存在空間上阻隔，“為何它們心有靈犀一點(diǎn)通”？它們之間聯(lián)系的橋梁是什么樣？——是電波，電波究竟是什么？討論中，終于有學(xué)生切入到電流周?chē)写艌?chǎng)，電流變化，電路周?chē)艌?chǎng)發(fā)生變化的認(rèn)識(shí)�！半娏髯兓�、磁場(chǎng)變化、收音機(jī)、喀喀聲、電波”等關(guān)鍵詞在學(xué)生認(rèn)識(shí)過(guò)程中形成了思考鏈條。把學(xué)生的思維推向了高潮，即從簡(jiǎn)單的現(xiàn)象，讓學(xué)生對(duì)電磁波產(chǎn)生似乎有了“頓悟”感覺(jué)，但又疑惑重重，在朦朧中學(xué)生頭腦里有了如下猜想
猜想：變化的磁場(chǎng)就是電波？或者變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了有電波？
這是從一個(gè)現(xiàn)象的某個(gè)觀察角度所引發(fā)的猜想。如果能夠從不同的現(xiàn)象、不同的角度進(jìn)行觀察、思考、猜想，讓不同的猜想互相碰撞或相互印證，無(wú)疑對(duì)探究的深入推進(jìn)，從而尋找更為普遍規(guī)律的猜想十分有意義。
正是基于這種的認(rèn)識(shí)，在接下來(lái)的教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究情境——演示一個(gè)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)如右圖所示。第一次在A線圈通入直流電，B中小燈泡不亮（如圖甲）。第二次在A中通入交流電，B中小燈泡發(fā)光（如圖乙），這實(shí)驗(yàn)在交流電教學(xué)中做過(guò)，學(xué)生很熟悉。如果問(wèn)學(xué)生，為什么第二次小燈泡發(fā)光，第一次不發(fā)光。學(xué)生回答肯定是，因?yàn)榈诙未磐堪l(fā)生了變化，第一次磁通量沒(méi)有變化。這個(gè)看似完美的回答，卻沒(méi)有揭示問(wèn)題的本質(zhì)�？茖W(xué)探究的關(guān)鍵恰恰就在于能否從平凡現(xiàn)象中找到不平凡之處，能否從別人沒(méi)有看出問(wèn)題的地方看出問(wèn)題。在這個(gè)探究環(huán)節(jié)，為了達(dá)到這個(gè)目的，在后續(xù)教學(xué)行進(jìn)過(guò)程，學(xué)生在討論中、在困惑中、在希望中，我時(shí)不時(shí)地拋出了預(yù)先設(shè)置的如下探究引導(dǎo)問(wèn)題。
問(wèn)題1：小燈泡發(fā)光，意味著什么？——學(xué)生很快意識(shí)到B環(huán)中有電流。
問(wèn)題2：B環(huán)中的有電流又意味著什么？——相互討論之后，認(rèn)識(shí)到是電子的定向移動(dòng)。
問(wèn)題3：什么力驅(qū)動(dòng)B環(huán)中電子做定向移動(dòng)？——學(xué)生感到困惑，但是學(xué)生從電子帶電這一特征，還是猜想電子可能是受電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)作用。
問(wèn)題4：電場(chǎng)力需要電場(chǎng)存在，A中電流只產(chǎn)生磁場(chǎng)，哪電場(chǎng)又從何而來(lái)？——這個(gè)問(wèn)題是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。也是一個(gè)疑惑不已的問(wèn)題，一番討論之后，終于有個(gè)別學(xué)生將信將疑地猜測(cè)，難道是磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)？
此時(shí)，有學(xué)生立刻反駁，第一次A中電流也產(chǎn)生了磁場(chǎng)，如果磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，那第一次情況下，B中也應(yīng)該有電流，小燈泡也應(yīng)該會(huì)亮。
學(xué)生之間激烈爭(zhēng)論著，學(xué)生之間不同的思想火花互相碰撞著，終于有學(xué)生看到第一次與第二次實(shí)驗(yàn)差別之處，正是這種差別的認(rèn)識(shí)，學(xué)生的認(rèn)識(shí)得到了提高，猜想往前推進(jìn)了一步，意識(shí)到可能是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)。
盡管還有不少學(xué)生感到不可思議，但我提醒學(xué)生將第一個(gè)探究情境中的猜想與第二個(gè)情境中的猜想作一對(duì)比，學(xué)生立刻感覺(jué)到兩個(gè)情境中所引發(fā)的猜想有不謀而合之處。相互印證，學(xué)生疑惑頓開(kāi)，感覺(jué)分析有道理，變化磁場(chǎng)應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。
有了認(rèn)識(shí)上的突破，我“乘勝追擊”，通過(guò)電場(chǎng)與磁場(chǎng)現(xiàn)象的類(lèi)比分析，學(xué)生很快大膽提出了相反的猜想，即變化的電場(chǎng)也應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。
為了論證這一猜想正確性，我建議學(xué)生能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。學(xué)生你一言我一語(yǔ)提出各自的想法，終于有了一個(gè)設(shè)計(jì)芻型，經(jīng)老師完善之后，其實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。原理是電子感應(yīng)圈產(chǎn)生的交變電壓加到兩平行金屬板上，兩板之間產(chǎn)生了一個(gè)交變的電場(chǎng)，若交變的電場(chǎng)產(chǎn)生了變化磁場(chǎng)，則置在其中的線圈中應(yīng)有感應(yīng)電流，串在線圈中的微安表指針要發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
原理分析完畢，我忙于器材的連接，教室一片寂靜，學(xué)生的目光聚焦在我的一舉一動(dòng)之上，從學(xué)生臉部表情，讀出了學(xué)生焦急期待的心情。我接通電子感應(yīng)圈電源的瞬間，投影到大屏幕上電流表的指針果然發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，一種期待成功的心愿得到的實(shí)現(xiàn)，發(fā)自內(nèi)心的激動(dòng)，學(xué)生暴發(fā)出陣陣掌聲，師生情感交流得到了升華，探究氣氛達(dá)到一個(gè)高潮。至此，學(xué)生深信無(wú)疑麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的正確性。
三．發(fā)揮傳統(tǒng)媒體和多媒體的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用
電磁波的形成過(guò)程的“細(xì)節(jié)”用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)是無(wú)法展現(xiàn)的，它是看不見(jiàn)，摸不著。也圖多媒體展示電磁波的形成過(guò)程。
因?yàn)檫@一點(diǎn)，所以它神秘、抽象。故考慮用多媒體技術(shù)在這一方面的優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的不足。在這一教學(xué)環(huán)節(jié)，利用電磁振蕩現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一段多媒體動(dòng)畫(huà)（大致如上圖所畫(huà)），來(lái)大致摸擬電磁波的形成和傳播過(guò)程。因?yàn)槭怯弥饚饾u向兩側(cè)淡出的表現(xiàn)手法，呈現(xiàn)出由近及遠(yuǎn)的緩慢傳播過(guò)程，所以對(duì)幫助學(xué)生形象地建立電磁波的形成過(guò)程有很大好處。
如何探究電磁波傳播的速度問(wèn)題是我教學(xué)中考慮的另一個(gè)問(wèn)題，情境設(shè)計(jì)的難度相當(dāng)大，原因是電磁波的速度等于光速，通常的傳播距離都很有限，無(wú)法覺(jué)察到電磁波速度這一問(wèn)題。于是我巧妙地應(yīng)用兩地電視現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播這一情境來(lái)解決這一問(wèn)題。我錄制一段錄像在課堂上播放，場(chǎng)景是：中央電視臺(tái)節(jié)目主持人與深圳記者之間的現(xiàn)場(chǎng)股評(píng)報(bào)導(dǎo)場(chǎng)面。其中有中央電視臺(tái)主持人和深圳記者同在一個(gè)電視畫(huà)面上的鏡頭，每主持人向記者提出問(wèn)題后，記者反應(yīng)都明顯滯后，學(xué)生能估測(cè)出交流的滯后時(shí)間大約有1s左右，這種反應(yīng)上滯后，學(xué)生能感受到不是來(lái)自人生理的因素。于是我抓住這個(gè)現(xiàn)象，給了學(xué)生一個(gè)提示，即兩地間的電視信號(hào)是通過(guò)同步衛(wèi)星傳輸?shù)�，并且用多媒體動(dòng)畫(huà)展示了傳輸過(guò)程（大致如上圖所示的畫(huà)面）。之后，我提出如下問(wèn)題
問(wèn)題1：這現(xiàn)象說(shuō)明了什么？——電磁波傳播有一定的速度。
問(wèn)題2：已知同步衛(wèi)星的高度為3.6×107m，能否利用這個(gè)現(xiàn)象，估算出電磁波的速度大��？
學(xué)生動(dòng)筆做了計(jì)算，主要有如下兩種表現(xiàn)，老師適時(shí)做了點(diǎn)評(píng)。
第一種：V=S/t≈2×3.6×107m/1s=7.2×107m/s——錯(cuò)！
第二種：V=S/t≈4×3.6×107m/1s=1.4×108m/s——正確！
學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)光學(xué)基本知識(shí)，知道的光速大小是3.0×108m/s，電磁波的速度估算值與光速數(shù)量級(jí)相同，學(xué)生很是驚奇！是巧合還是有內(nèi)在聯(lián)系？由此引發(fā)了學(xué)生更深層次的猜想：電磁波的速度與光速是否相等？光是否也是電磁波？
四．教后幾點(diǎn)反思
這是一節(jié)公開(kāi)課，在正式上課之前，在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)上花了比較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行了思考與推敲，方案可以說(shuō)是變了又變，改了又改，在前前后后的反反復(fù)復(fù)的實(shí)踐中，有了很多感悟。歸納起來(lái)有如下幾點(diǎn)感受頗深。
公開(kāi)課最后的亮相，其實(shí)不是最重要的。最重要的是緊張準(zhǔn)備的過(guò)程中，對(duì)教學(xué)有了更多的思考和深刻的領(lǐng)悟，對(duì)自己有了精益求精的要求。而這些內(nèi)容和體驗(yàn)在書(shū)本中是難以深刻讀懂的�，F(xiàn)在留于形式的種種繼續(xù)教育該怎么做？該追求什么樣效益？值得反思。所以我個(gè)人認(rèn)為公開(kāi)課、觀摩課之類(lèi)的活動(dòng)是青年教師成長(zhǎng)的最好實(shí)踐平臺(tái)之一。
探究教學(xué)活動(dòng)最重要是什么？引發(fā)學(xué)生猜想的問(wèn)題可能是最重要，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該恰到好處地、巧妙地的設(shè)置在一個(gè)情境中，讓問(wèn)題有血有肉，不是一個(gè)干吧吧的問(wèn)題，否則就激不起學(xué)生興趣，學(xué)生能有進(jìn)一步探究的動(dòng)力嗎？
探究教學(xué)中最難的是什么？可能是猜想。它需要細(xì)心的觀察、獨(dú)到的視角、認(rèn)真地思辨、豐富的想象等等。所以教學(xué)中 如何培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力對(duì)培養(yǎng)的學(xué)生各種綜合能力有很好的啟迪作用。
探究教學(xué)中學(xué)生最喜歡是什么？可能是各種實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。好的實(shí)驗(yàn)不僅能揭示出現(xiàn)象背后的本質(zhì)，更重要的是能深深吸引學(xué)生的注意力，能引發(fā)學(xué)生思考，能用最有力的證據(jù)說(shuō)明問(wèn)題——事實(shí)勝于雄辯。能給學(xué)生以會(huì)心的微笑，甚至是一種心靈的震憾！
探究教學(xué)中對(duì)教師最具挑戰(zhàn)的是什么？探究教學(xué)活動(dòng)，更多的是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。因此課堂上會(huì)出現(xiàn)很多來(lái)自學(xué)生中的各種各樣問(wèn)題，老師如何面對(duì)這些問(wèn)題？是避而不答，還是迎難而上，這是兩種截然不同的態(tài)度。探究教學(xué)活動(dòng)需要的就是教師要傾聽(tīng)學(xué)生中不同聲音，回避問(wèn)題，還算是探究教學(xué)嗎？所以面對(duì)問(wèn)題，如何應(yīng)對(duì)？是探究教學(xué)中教師面臨的最大挑戰(zhàn)，它要求教師要有豐富的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)積累，教師的專(zhuān)業(yè)化成長(zhǎng)不是一句空話。
探究教學(xué)活動(dòng)學(xué)生最需要是什么？最需要的是時(shí)間。課堂上給學(xué)生更多的活動(dòng)時(shí)間、交流時(shí)間、思考時(shí)間，給學(xué)生以信任。否則探究活動(dòng)至多是留于形式，而不是教與學(xué)方式的根本轉(zhuǎn)變。
科學(xué)探究教學(xué)活動(dòng)給教學(xué)管理者帶來(lái)的最大擔(dān)心是什么？上級(jí)主管部門(mén)如何評(píng)價(jià)教學(xué)問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)看，探究教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力無(wú)疑是大有好處的。但由于探究教學(xué)活動(dòng)與課時(shí)之間有矛盾，會(huì)打破傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中的種種應(yīng)試訓(xùn)練。所以，目前的教學(xué)評(píng)價(jià)，能適應(yīng)新的課堂教學(xué)改革嗎？評(píng)價(jià)從來(lái)就是一種激勵(lì)機(jī)制，沒(méi)有合理的評(píng)價(jià)機(jī)制做保證，教學(xué)改革會(huì)面臨各個(gè)方面的阻力。
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