《電磁場與電磁波》探究教學設計的前后思考

麥克斯韋電磁場理論是電磁學的最核心內容，其地位相當于經典力學中的牛頓運動定律所處的地位，所以它是本節教學中要重點突出的內容。但是由于其內容非常抽象，學生要深刻理解它比較困難，因此，在教設計上要把握好三個方面：第一，內容如何定位。對學生來講，知識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，考慮從多個層面突破教學中存在的知識抽象的難點。其一，實驗探究層面突破——利用身邊豐富的電磁波教學資源，來認識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，建立與機械波形成相類似的電磁波形成的認識過程，呈現電磁波的形成過程“看不見”的另一面，化抽象為形象。其三，情感、興趣…等角度。第三，考慮如何轉變教學方式與學習方式。利用探究式教學方式，還原認識事物的原來面目。麥克斯韋從理論出發大膽預言電磁波的存在——這是一個偉大的猜想！是一個很好從理論上進行科學探究案例。
　　要達到以上的目標，下面就本人對這一節課在的教學前與后所引發的思考作一闡述。
一.   創設實驗探究情境，引發學生探究欲望
　　電磁波對學生而言，既熟悉又陌生。雖然人們天天都離不開它，但是學生對它的廬山真面目還是霧里看山。如何創設一個情境，引發學生思考，從而把本質的問題暴露出來，這是我課前一直琢磨的問題。首先，我考慮的是所設計的情境要有哪些方面的要求？——盡可能是實驗情境、真實性要強、簡單熟悉生活化、現象明顯、可操作性強、參與面廣、最好能帶給學生驚喜、與電磁波有密切聯系等。于是我想到了用收音機來設計探究實驗的方案，但是如何用收音機設計一個能揭示電磁波本質問題的實驗構想，卻費了我不少心思。后來，從電燈的開與關時，收音機出現“喀喀”干擾聲得到啟發——這個情境就是一個絕妙的情境！所以我在這節課引入環節上，要求每一位學生自帶一臺小收音機，上課時要求學生打開收音機并調節到中波無臺處，然后請每一個學生用一根導線與一只舊干電池，配合收音機做兩次實驗。
第一次實驗。在*近收音機處，讓導線的一端與干電池一個電極始終接觸，導線另一端與電池的另一個電極斷斷續續接觸（如圖甲）。第二次實驗。讓導線的兩端與干電池兩個電極持續接觸（如圖乙）。實驗后請學生描述現象，學生發現只有斷斷續續接觸干電池時，收音機中才發出“喀喀”聲，而導線兩端持續接觸電池電極時收音機中卻無“喀喀”聲。此時，學生的表現，并不是十分驚訝！（可能在平時生活上學生有感受過類似現象），我也不動聲色。只是以平常心，泛泛地提了一個問題，
　　如何解釋上述現象？
　　問題一出，學生就開始了議論，并且大多認為，因為有電所以有“喀喀”聲。議論的焦點大多集中在第一個現象上，對第二個現象沒多大注意。至此，我感覺到學生觀察、思維中存在的不足已經暴露出來了，學生沒有抓住關鍵現象進行比較、進行思考。現在該到了教師在“學生——現象之間”應起的“穿針引線”作用時候了，于是我及時拋出了一個問題：“兩次實驗同是所謂有‘電’，為什么現象是：一次有聲一次無聲！”學生為之一震！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。隨后在課堂上引發了學生探究問題的極大興趣和欲望，達到了預期的效果——即激發學生更深一層的思考，進入理性思考氣氛之中。
二、抓住問題，引發猜想，相互印證，揭示本質
　　上面從現象出發，從現象引發出問題，把學生推到問題之中，這是從現象向本質思考的重要轉折點。關鍵問題呈現出來之后，引發猜想是探究中重要環節。但是從哪一個角度進行分析，引出猜想？
于是，我設置了如下關鍵詞請學生造句
收音機   電波    愛拼才會贏
　　學生輕松地給出了大致相同答案：電波傳到收音機，收音機中一曲《愛拼才會會贏》催人奮進。
　學生的答案，顯然，達到我要引導的方向，即收音機發出聲音與電波的存在聯系在了一起。收音機能檢驗出是否存在電波。
于是我設置如下一組問題
問題1：上述第一次實驗，收音機中發出“喀喀”聲意味著什么？
學生一下子意識到，斷續接觸，有電波產生（學生更熟悉用電波一詞來表達電磁波）。
問題2.導線接通意味著什么？斷開又意味著什么？斷斷續續接觸又意味著什么？
　　學生間的討論交流、相互提問很是熱烈，其中心不外是，電路中電流發生了變化。收音機與斷續接通的電路之間存在空間上阻隔，“為何它們心有靈犀一點通”？它們之間聯系的橋梁是什么樣？——是電波，電波究竟是什么？討論中，終于有學生切入到電流周圍有磁場，電流變化，電路周圍磁場發生變化的認識。“電流變化、磁場變化、收音機、喀喀聲、電波”等關鍵詞在學生認識過程中形成了思考鏈條。把學生的思維推向了高潮，即從簡單的現象，讓學生對電磁波產生似乎有了“頓悟”感覺，但又疑惑重重，在朦朧中學生頭腦里有了如下猜想
猜想：變化的磁場就是電波？或者變化的磁場產生了有電波？
　　這是從一個現象的某個觀察角度所引發的猜想。如果能夠從不同的現象、不同的角度進行觀察、思考、猜想，讓不同的猜想互相碰撞或相互印證，無疑對探究的深入推進，從而尋找更為普遍規律的猜想十分有意義。
　　正是基于這種的認識，在接下來的教學環節中設計了另一個實驗探究情境——演示一個電磁感應現象。實驗如右圖所示。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中小燈泡發光（如圖乙），這實驗在交流電教學中做過，學生很熟悉。如果問學生，為什么第二次小燈泡發光，第一次不發光。學生回答肯定是，因為第二次磁通量發生了變化，第一次磁通量沒有變化。這個看似完美的回答，卻沒有揭示問題的本質。科學探究的關鍵恰恰就在于能否從平凡現象中找到不平凡之處，能否從別人沒有看出問題的地方看出問題。在這個探究環節，為了達到這個目的，在后續教學行進過程，學生在討論中、在困惑中、在希望中，我時不時地拋出了預先設置的如下探究引導問題。