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电磁学是高中物理极为重要的一部分,主要包括电场、磁场、电磁感应、恒定电流、交变电流、电磁波等等,内容庞杂,很多概念非常抽象,对学生的抽象思维能力要求较高,学生普遍反映难度很大。那么教师应该怎样引导学生学好电磁学呢?在多年的教学过程中,笔者深刻感受到重视基本知识点的教学是关键,重点应抓好以下三个方面。
一、深度挖掘电磁学基本知识点
很多重要的基本知识点,只有深度挖掘,做到深入透彻的理解,而非一知半解,才能避免在遇到实际问题时盲目地套用公式,出现错误。
比如库仑定律就是在电磁学部分遇到的第一个重要知识点,书本中是这样描述库仑定律的:真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷的电荷量的乘积成正比,与这两个电荷的距离的平方成反比,作用力的方向沿着这两个电荷的连线。很多学生就只注意到库仑定律中关于力的大小特点的描述,而往往忽略了这句话中隐含的重要信息,即三个适用条件:(1)“真空”,即两个电荷要处于真空中或者空气中;(2)“静止”,即两个电荷要处于静止状态;(3)“点电荷”,点电荷是一种典型的物理模型,两个电荷间的距离远大于电荷自身的大小时电荷才可以看成是点电荷,也就是说当两个带电体相距很近的时候库仑定律是不适用的。
在电磁感应部分最重要的知识点就是楞次定律,书本中是这样描述楞次定律的:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。我们不妨把引起感应电流的磁通量称为原磁通量,那么我们就可以把楞次定律简单地表述为:感应电流总是阻碍原磁通量的变化。可见楞次定律中最为关键的字眼就是“阻碍”,但是很多学生往往搞不清楚阻碍的是什么?怎么阻碍?阻碍的不是原磁通量,而是原磁通量的变化。所以我们首先要分析清楚原磁通量的方向及变化情况,然后根据阻碍关系就能分析出感应电流的磁场的方向,最后根据右手螺旋定则得出感应电流的方向。
二、注重知识点之间的联系与区别
虽然电磁学部分知识点很多,给人的感觉会很乱,但是我们仔细分析就会发现很多知识点之间还是有着一定联系的,把相关的类似的知识点放在一起分析比较,学生对知识点的印象就会更深刻,有利于学生更好地理解。
比如可以把电场和磁场的性质、电场线和磁感线的性质放在一起比较其联系与区别。电场和磁场虽然我们看不见摸不着,但都是客观存在的,电场对放入其中的电荷有力的作用,磁场对电流和运动电荷也会有力的作用,即电场和磁场都能提供力的作用。但电场线和磁感线都是为了方便描述电场和磁场而人为假想出来的,不是真实存在的,其指向都有着一定的特点,其切线均表示电场或者磁场的方向,其疏密均表示电场和磁场的强弱。区别之处在于电场线是不闭合的,磁感线是闭合的。还可以把点电荷和质点的性质放在一起比较,两者都是理想化的物理模型,现实生活中并不存在点电荷和质点,只有当满足了所需条件时,才能将现实生活中的电荷和实际物体看作是点电荷和质点。
再比如重力加速度g、电场强度E和磁感应强度B也有着很多相似之处。物体在重力场中会受到重力G=mg,在电场中会受到电场力F=Eq,在磁场中会受到磁场力(包括安培力F=BIL和洛伦兹力f=Bqv)。重力加速度g决定于物体所处的重力场、电场强度E决定于电荷所处的电场、磁感应强度B决定于电流或者电荷所处的磁场,所以我们就可以说g、E和B这三个量均只决定于场,与其他因素无关,所以我们分别用这三个量描述三种场的强弱和方向。
又如重力势能和电势能之间也有着很多相似之处。物体在重力场中具有重力势能,当物体在重力场中移动时,重力可能做功也可能不做功,类似的电荷在电场中具有电势能,当电荷在电场中移动时,电场力可能做功也可能不做功。当重力或电场力做功时就会引起重力势能和电势能的变化,力做正功势能就减少,力做负功势能就增加。故这两种能的变化均决定于相应的力做功的情况。我们还可以进一步推广到动能、机械能以及今后在热学部分将会学到的分子势能,我们会发现,所有的能的变化,都决定于相应的力做功的情况。
三、重视初中已学知识点的拓展延伸
有些知识点难度不大,但由于学生在初中时已经接触过,学生在遇到这部分知识点时就会比较大意,以为自己已经掌握了,其实是一知半解,导致遇到实际问题时错漏百出。
比如欧姆定律U=IR,初中时仅涉及纯电阻电路,即能量全部被电阻用于产生热量,即W=Q,W=UIt,Q=I2Rt,故有U=IR,故初中时在电路中欧姆定律均是适用的。但在高中物理中由于会遇到非纯电阻电路,此时欧姆定律已经不再适用,因为在非纯电阻电路中,能量不再全部被电阻用于产生热量,即W>Q,W=UIt,Q=I2Rt,故有U>IR,所以遇到电路问题时一定要看清楚是否包含电动机、电风扇等非纯电阻。
关键词:高中物理;电磁学教学;教材分析;教学对策
改革开放以来,我国社会经济发生了巨大的变化,社会经济体制正在发生改变,我国的教育体制也在进行改革。高中课程改革正在与时俱进,教材体系也在不断完善。高中物理教材的编写更加注重理论与实际的联系,更重视物理知识在实际生活中的应用。物理教学目标更加重视学生能力的培养。电磁学是高中物理中的重要内容,提高电磁学的教学效果,是提高学生物理学习能力,强化物理知识的重要前提。
一、高中电磁学教材分析
自然界到处存在着电磁运动,它是物质运动的基本形式之一。在高中物理中主要研究的是电磁学的基本规律和应用范围,主要内容包括:静电、电流、磁现象以及电磁辐射和电磁场。教师为让学生更简单的理解电磁现象,一般把电和磁现象分开讲解。其实,在现实生活中,电和磁是紧密联系在一起的。所以,教师在教学过程中自身要充分掌握电磁学的相关内容,能做到由部分再到整体,实现综合教学的目的。
1.电磁学研究方式
高中对电磁学的研究主要包括“场”和“路”的方法。运用这两种方法,需要教师向学生阐明二者之间的区别与联系,并采用适当的教学方法,培养学生学习电磁学的兴趣。“场”在物理学电磁学研究中应用的最为广泛。“场”在物理解释中是自然界物质之间相互作用的关系,所以,在进行电磁学解释中就需要用到“场”,如:电磁场、静电场等。
2.高中物理知识定律
教师在讲解某一个定律时,首先可以引导学生注意到这种物理现象,通过学生的亲手实验得出与定律相似的结论,然后对实验对象之间的关系进行分析,从而总结出实验的恒定关系,并要求学生试着用一个定理的概念表述出来。物理定律不是孤立的,一个定理一定与其他的物理概念存在一定的联系。而且定律都是有前提才发生的,一旦超过这个前提,就有可能不会发生。比如,教师在讲授恒定电流这一章时,这一章总共有电阻、欧姆和焦耳三个定律。欧姆定律主要是在金属导电性质的基础上总结出来的,适用于金属导电的范围,不适用于气体导电的范围。而电阻定律是关于电路的物理性质的总结,只适用于温度不变的金属导体。
3.通过电磁场的讲述,确立世界是物质的观念
大量的实验证明,电荷的周围存在着电场,电场包围着每个电粒子。而电场对场中的电荷具有力的作用。在运动中的电荷的周围不仅有电场还有磁场。磁场是客观存在的物质,只要借助一定的手段就可以使磁场现出原形,从而被人们的肉眼看到。而磁场对于场中电流具有磁力的作用。由此可知,磁场是一种物质。
二、高中电磁学教学对策
1.电磁学的教学要有章可循
在高中物理电磁学的教学中要做到贯穿学科体系,帮助学生既能掌握知识也能提高能力。如:电磁学中,“场”的存在是很客观的,教师在电学的教学过程中要重视“场”的讲解。利用电场强度、磁场感应知识的讲解和实验让学生了解场的性质和概念,同时可以借助电场线和磁感线来描述“场”的分布,寻找二者之间的差别和共性,从而让学生确实理解“场”。同时可以采取一些新颖且有实效的教学方法进行教学。如:逆向思维法主要运用于已知矛盾和未知矛盾发生冲突的时候,这时需要人们打破常规的思维模
式,从反方向考虑问题。比如:学生知道电流会在周围产生磁场后,激发学生思考是否可以利用磁场产生电流,促进学生进一步学习。
2.重视实验操作对电磁学教学的意义
物理实验可以帮助学生更进一步的理解物理现象和定律,
所以,教师做好实验演示以及学生动手实验在高中物理电磁学的学习中非常重要。让学生动手做实验,不仅有利于学生掌握物理知识还有利于提高学生的实验技能。如何引导学生通过做实验来分析实验现象,并从实验现象中利用发展性思维得出物理定义,是高中物理教师教学水平高低的重要体现。培养学生独立进行实验和自学物理知识的能力是高中物理知识的要求。所以,教师应该设置新颖的物理实验提高学生学习电磁场知识的兴趣,从而提高教学效果。并且通过实验现象激发学生做实验的兴趣,以此刺激学生的求知欲望,培养学生严谨和实事求是的求学态度。
3.培养学生利用物理知识解决问题的能力
在高中物理教学中,让学生运用所学的知识去分析和解决问题非常重要。在电磁学的学习过程,教师首先要抓住“场”与“路”的学习,确保学生能够正确地理解其概念,掌握基本规律。其次,要重视学生解决关于电磁学问题的培养。教师在教学生解题时,应该讲解不同的运动形式是通过何种方式联系在一起的,在物理中一般有“力”和“能”两种,从而确定解题的思路,形成解题思维。
高中物理学习是高中学生学习的重要内容,物理教师在进行物理教学过程中应该以提高学生的学习能力为主要目的来制订教学计划和内容。高中物理电磁学的内容非常重要,是学生学好高中物理知识的关键也是以后继续物理研究的基础,所以,教师应该从以下几方面着手确实提高教学效果,帮助学生更好地学习物理知识。首先,教师应该认真研究新课标的教学目的和新的物理教材体系,把握电磁学的教学要求和目的。其次,依据电磁学的“场”与“路”的研究方式,对学生进行电磁学知识讲解。再次,在电磁学的教学过程坚持电磁学知识的系统贯穿,让学生充分掌握电磁学知识。最后学会利用物理实验帮助学生学习电磁学知识,利用实验将抽象的知识形象化,让学生更直观的接受物理知识,提高学习兴趣。相信通过广大教师的共同努力,高中电磁学教学定会迈上一个新台阶。
参考文献:
关键词:电磁学教学;静电场;稳恒磁场
电磁学作为物理教育专业的一门重要专业基础课程,为光学、电动力学、电工学、原子与分子物理等后续课程奠定基础。电磁学承接了力学中关于物体的受力、做功、运动规律等内容的分析,同时也增加了对“场”这一抽象概念的处理,需要有较扎实的高等数学知识并能灵活运用高等数学处理问题的方法,同时它又具有较强基础性和应用性,学生普遍反映电磁学难懂难学。分析其中原因并设法解决,才能提高学生学习的积极性,改善学习效果,从而达到提高教学质量的目的。通过不断摸索,发现学生学习电磁学过程中存在困难,主要集中在以下几个原因,现对其进行逐个分析并探讨解决的办法。
1对课程重要性认识不足
“兴趣是最好的老师”,若理论学习脱离了实际,一味进行枯燥乏味的理论推算,对学习该门课程的重要性不明确,不了解该学科的历史背景、现实应用,难以提高学生的学习兴趣。物理学是一门实用性很强的自然科学,电磁学作为其中的重要分支学科,在工业生产、生活、医疗、科研及国防建设诸方面均有广泛应用,对当代社会发展起到至关重要的作用。[1]在介绍教学内容的过程中,可适当融入物理学史的内容:通过库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等对电磁学作出了重大贡献的伟大科学家的事迹,了解他们的科学研究历程,学习他们崇尚理性、勇于探索、锲而不舍的科学精神。麦克斯韦预言电磁波的存在,赫兹实验发现电磁波,马可尼发明电报,推动着人类通讯发展进入崭新的阶段。从直流发电机的发明到交流发电机的广泛应用,为人类提供了将其他能源转换为便于储存运输的电能的途径,电力的广泛应用推动人类社会进入电气时代。[2]在涉及具体知识点的教学活动中,也可适时联系在生活、生产等方面的应用实例,如介绍静电屏蔽这一知识点时,引入电工工作服的使用原理,并让学生查找其他类似应用实例;又如学习电介质的极化时,插入微波炉的工作原理、使用过程中的禁忌及其原因等,增加生活常识。如此将理论联系实际,特别是日常生活熟悉的例子,学以致用,有助于提高学生学习的兴趣。此外,结合物理教育专业的就业方向,联系《新课标》对电磁学内容的要求,分析近年高考理综卷中电磁学所占的比例,介绍近年高考电磁学的热门考点、考试题型,比如带电粒子在电场、磁场或复合场中的运动类题型是近年高考理综物理卷中的常客,对电路的分析或常见仪表的结构、使用也是常见考题。这样既可强化其专业意识,也可提高学生对电磁学的重视程度,增加学习动力。
2高等数学知识准备不足
电磁学难学还在于这门课程对高等数学的要求高,需要掌握微积分、矢量运算、线性代数、坐标系转换等多项内容,其中高等数学微积分是处理大学物理各门专业课程最基本的数学工具,如果学生没有较好地掌握这部分内容,将增加专业学习的难度。因此有必要在教学过程中让学生明确高等数学的重要性,引导学生打下扎实的高等数学基础。在学习电磁学的同时,部分高等数学内容的学习却未能及时跟进。比如在电磁学第一章就要求运用多重积分计算电场强度和电场强度通量,但二重积分、三重积分的学习都要等到下半学期才能进行,学生在处理相关问题时倍感吃力。在电磁学中涉及各种对称性问题的处理,不同对称特点的问题需要用适当的坐标系,使处理问题更加简便。如当带电体具有球状或半球状外形时,若用叠加原理计算电场强度,选用球坐标会使问题的处理更为便捷。在处理这类问题时同样面临相关高等数学知识尚未学习的难题,解决办法通常有以下几种。方法一:调整培养方案,将电磁学课程开设时间往后延。但若采用这种方法,仅能解决电磁学一门课程的问题,却会影响光学、电动力学等后续课程的学习,因此这种方法难以被采纳。方法二:在教学过程中补充尚未学习但需要用到的高等数学知识。但这样会占用一些理论教学课时,增加教学难度,需要教师能处理好教学课时安排,较好地掌控教学进度。方法三:通过物理思想简化数学计算。如运用叠加原理处理电场问题时,若已知线电荷电场的分布,把面电荷看成线电荷的集合,同理也可把体电荷分解为面电荷的叠加,便于将多重积分替换为一重积分,降低计算难度。方法四:用几何的方法,尽量把积分变量变成角变量,进行三角函数积分,将数学计算化繁为简。[3]方法五:场的分布具有一定的对称性时,尽量用高斯定理或安培环路定理解决问题。如常见的求解具有轴对称、面对称、球对称等对称性的静电场电场强度时,采用静电场的高斯定理可以避免多重积分和坐标系的选取问题。即使学生已经进行了相关高等数学知识的学习,但如何灵活运用高等数学工具解决各种电磁学问题仍是个难题。如微积分的运用,学生先要熟悉电磁学的定理、定律,根据给定条件建立微分式或积分式乃至微分方程或积分方程,还要根据物理过程的给定条件确定初始条件和积分上下限,物理专业知识与高等数学工具双管齐下方能求解出结果。因此,在教学过程中教师有必要多做示范、练习数学知识在物理学上的应用,让学生经过反复练习找出规律,直至达到熟能生巧的程度。[4]
3对课程内容结构认识不足
电磁学内容抽象繁多,题型灵活多变,若对课程整体内容没有深入了解,容易望而生畏。纵观电磁学的主要教学内容,分为“场”和“路”这两大块内容,而“路”即电路部分将在后续的电工学等课程里作进一步的学习,因此应将教学重点放在“场”即电磁场这部分。按照惯例,通常遵循静电场——>稳衡磁场——>变化的电磁场这样的教学次序,静电场与稳衡磁场不管是在概念、定理定律等内容结构方面,还是处理问题的思想方法都有惊人的相似之处。在教学过程中采用对称性分析,在学习静电场的基础上,对比学习稳恒磁场,分析两种场的异同,可提高学习效率,达到事半功倍的效果。
4电磁学处理问题的基本方法和思路不明确
同其他学科一样,电磁学有具有其自身特点的处理问题的基本方法和思路,掌握这些基本方法和思路对学好电磁学极为重要。电磁学处理问题的基本方法比较固定,以静电场和稳衡磁场为例,静电场的常用计算方法有三种:利用库仑定律、电场强度定义和电场叠加原理计算,原则上可以计算任意静电场,但计算通常较繁琐;利用高斯定理计算,需电场具有某些对称性才方便计算;利用场强与电势的微分关系计算。静电场分真空中、有导体时和有电介质时三种情况,计算真空中的情况最为简单,有导体时需考虑静电感应效应,有电介质时则需考虑极化效应。稳衡磁场分真空中、有磁介质时的情况,计算稳恒磁场的常用方法有:利用毕-萨定律和磁场叠加原理计算,原则上可以计算任意恒定电流分布产生的磁场;利用安培环路定律计算,需磁场分布具有一定的对称性才便于计算。采用不同的处理方法时对应不同的解决问题的思路,如用上述第一种方法计算稳恒磁场时的基本思路通常是这样。第一步:将各种电流分布分割为电流元;第二步:利用毕-萨定律和磁场叠加原理建立积分式,并根据已知条件设定积分上下限;第三步:计算积分结果。为简化计算,第一步也可作适当的调整,如将旋转的带电圆盘分割为带电圆环,无限长通电圆柱面可分割成无限长通电直导线,大大降低积分难度。如用安培环路定理解决问题的基本思路则为:第一步,对称性分析;第二步,选取合适的积分环路;第三步,根据安培环路定理建立积分方程;第四步,求解方程。其中前两步最为关键。[5]掌握了解决问题的基本方法和思路,才能自如应对千变万化的问题。教学过程中不妨先教会学生部分基本方法和思路并通过练习不断熟悉,再引导学生学会自己摸索和总结,让学生掌握知识点的同时更重视掌握基本方法和思路,培养良好的学习方式。学生才是学习的主体,高校强调学生学习的自主性,造成电磁学难教难学问题还有其他多方面的原因,但解决问题的根本在于培养和激发学生学习的主观能动性,让学生乐学并有信心学好电磁学。通过教学实践,解决上述几个问题可有效改善学习效果,同时也在不增加学习难度的基础上扩大知识面,有助于物理教育专业学生更好地适应今后的学习和工作。
参考文献:
[1]杨凡。《电磁学》课程教学改革探讨[J]。绵阳师范学院学报(自然科学版),2011,30(5):133~136。
[2]宋德生,李国栋。电磁学发展史[M]。广西人民出版社,1987,4。
[3]马文蔚。物理学(上)[M]。高等教育出版社,2012,12。
[4]王玉琢。《物理学》教学中应注意的几个问题[J]。辽宁师专学报,2007,9(2):12~13,88。
【关键词】数学方法;高中物理;电磁学
1.引言
国家高考物理科考试大纲明确提出考生应具备的第四种能力“应用数学处理物理问题的能力:能够根据具体问题列出物理量之间的关系式,进行推导和求解,并根据结果得出物理结论,能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”,这里所要考查的就是要有灵活运用数学方法处理物理问题的能力。所谓数学方法,就是在科学技术工作中,把客观事物的状态关系和过程用数学语言表达出来,进行推导、演算和分析,以形成对问题的判断、解释和预言的方法。下面就以电磁学为例谈谈几种数学方法在高中物理电磁学中的应用。
2.函数法
在电磁学问题中,经常需要确定两个物理量间的变化所对应关系(包括极值问题),这就需要利用函数思想来完成,同时函数也是进行物理推导判断的重要数学工具。在高中物理电磁学中主要用到的是一次函数、一元二次函数和三角函数。
2.1一次函数的应用
在电磁学问题中用到的一次函数有形如y=ax或y=ax/(ax+b)a≠0,b≠0形式。一次函数y=ax描述的是y与x之间呈线性关系,比如在静电场中讨论F与E、U与d、Q与U等两个量间的关系用的就是这种函数。
观察函数y=ax/(ax+b(a≠0,b≠0))不难发现,分子分母都有未知量x(自变量),如果x增加(减小),则分子、分母都同时增加(减小),这样无法确定因变量y的变化情况。但是如果把分子、分母都同时除以x,函数就变为y=a/(a+b/x)关系就非常明朗了,y随x的增大而增大,y随x的减小而减小。这种一次函数在讨论闭合电路中路端电压随外电阻变化等类似问题中经常有用到。
例1:设一个闭合电路中,电源电动势为E,内阻为r,外电路为纯电阻电路电阻为R,路端电压为U外,试讨论当R发生变化时,U外如何变化?
分析与解:这类问题既可用闭合电路欧姆定律E=U外+Ir(间接法,较易,本文不做讨论)求解,也可用部分电路欧姆定律(直接法)求解。如果用直接法如何讨论呢?根据部分电路欧姆定律有U外=IR①,又由闭合电路欧姆定律有I=E/(R+r)②,把②代入①有U外=ER/(R+r),这就转化成了形如一次函数y=ax/(ax+b),故U外=ER/(r+R)=E/(1+r/R)可见U外随R的增大而增大,随R的减小而减小。因此当外电路断开即R∞时,有U外=E,此为直接测量法测电源电动势的依据;当外电路短路时即R0,故。U外=0。
2.2一元二次函数的应用
在处理外电路为纯电阻电路中电源输出功率随外电路电阻变化规律以及讨论滑动变阻器分压接法电路中■或■示数变化情况等类似问题,可以把电阻这个动态变化物理量转化成二次函数y=ax2+bx+c形式,将这个函数进行配方整理有:y=a(x+b/2a)2-(4ac-b2)/4a,可见当x=-b/2a时,y有最值(4ac-b2)/4a。当a>0时,y有最小值,当a
例2:如图1所示,电源电动势E=6V,内阻为r=1?萃,滑动变阻器R的总阻值为11?萃,固定电阻R0=3?萃,求当滑动变阻器从a到b过程中,■的读数范围。
分析与解:令■读数I,并设ap部分电阻为x,则pb部分电阻为11-x,根据闭合电路欧姆定律及并联电路的电流分配关系:I=6/(R并+11-x+r)×3/(x+3)=18/(-(x-6)2+72)
可见当x=0时,Imax=0.5A,x=6?萃时,Imax=0.25A,故■示数范围为从0.25A到0.5A连续变化
3.不等式法
不等式可用在半定量讨论、推断及求解极值问题,如在讨论等量同种电荷中垂线上场强大小变化、某些并联电路中■或■示数变化以及在两大小材料均相同的同种电荷接触后放回原处过程中库仑力大小变化问题中,如果条件满足均可以运用重要不等式a+b≥2■(a、b均为正数)或a+b+c≥33■讨论最值:当和有定值,则积有最大值;反之当积有定值,则和有最小值。
例3.如图3所示,已知R1=2?萃,R2=3?萃,滑动变阻器的最大值R3=5?萃,则当滑动片P从a滑到b过程中,电流表示数的最小值为多少?
分析与解:由闭合电路欧姆定律可知电流表示数有最小值时,外电路电阻有最大值,设ap部分电阻为x,则bp部分为5-x,1/R并=1/(2+x)+1/(3+(5-x)),化简可得R并=(2+x)(8-x)10,令a=2+x,b=8-x,而a+b=10,故当且仅当a=b即2+x=8-x亦即x=3?萃时ab≤(a+b)/4,故有(2+x)(8-x)≤(102/4)?萃=25?萃,所以■示数最小值Imin.=2A。
4.几何法
在处理静电场中某带电体受到库仑力、重力、拉力等三个共点力的动态平衡问题时,如果直接运用平衡条件结合力的分解(正交分解)处理该类问题,过程非常繁琐,这里可充分运用带电体(质点)所受力的矢量三角形与对应另一个由长度组成的纯标量三角形相似,这就是应用了平衡条件中相似三角形法,然后根据题目条件可在短时间内快速准确解决要讨论的问题。
例5:一根绝缘细线下拴一带电小球A,细线上的上端固定在天花板上,在悬点正下方某适当位置,固定另一带同种电荷小球B,A静止时,悬线与竖直方向成θ角,如图6所示。现缓慢增加B的带电量使θ角逐渐增大,则有关A球所受力的变化,下列说法正确的是( )
A.悬线的拉力大小不变 B.悬线拉力逐渐增大
C.库仑力逐渐增大 D.库仑力大小可能不变
分析与解:设悬线长为L,如图7所示,挂在细线下端的小球在重力、细线拉力和电荷之间的库仑斥力这三个力的作用下处于平衡状态。由平衡条件的相似三角形可知:OAB~ACD,即L/G=L/F=AB/F,可见细线的拉力T=G不变,而库仑力随着AB的增大而增大。故本题正确答案为AC。
6.结论
数学方法在高中物理电磁学中应用广泛而且巧妙,本文主要描述了函数法、不等式法、图象法及几何法,但有时在解决某些复杂电磁学问题时可能要用到上述这些方法中的两种或两种以上,甚至还可能用到其它方法如极限法。因此,在解题时可通过联想、数理结合、数形结合来灵活地选择合适的数学方法来解决电磁学问题,这将对提高解决电磁学问题的能力大有裨益。
【参考文献】
[1]郑表岳.《中学物理解题方法》.上海科技教育出版社,1992年9月
[2]薛金星.《中学教材全解―高二物理(上)》.陕西人民教育出版社,2003年5月第4版
【关键词】类比法 高中物理 电磁学复习
引言
类比法是中学物理中最具探索性和最富有创造性的一种思维方法,在科学探索中,类比法的价值为世界上许多科学家所称道。开普勒说:“我珍视类比胜于任何别的东西,它是我最可信赖的老师,它能揭示自然界的秘密。”运用物理类比思维可以把陌生的对象和熟悉的对象进行对比,把未知的东西和已知的东西相对比,把抽象的东西和形象的东西进行类比,它可以使知识条理化,把抽象的知识形象化,把复杂的问题简单化。
一、类比思维的意义
类比思维主要是在日常的学习过程中,使用类比推理的逻辑思维方式,经过抽象的方式解释新学习的事物,在学习的过程可以使用这种方式举一反三,有效的学习一件事物的本质,同时,可以经过对比彼此之间的关键性,分析出未知事物的性质。在采用这种方式进行学习的时候,必须要联系已经学习的事物,通过类比法对未知的事物进行判断。类比思维具有一定的创造性,需要一定的创新能力作为支撑。类比法是一种抽象的思考方式,它需要采用抽象的方式将具体化的事物形象的表示出来,将两个看似没有任何关系的事物联系在一起,寻找两个事物的相似处,以便于探索未知的领域。
二、类比复习教学存在的不足与注意事项
在采用类比的方式进行学习的过程中,存在一定的问题,大部分的学者对其进行了分析。例如天津市教育科学院的曹瑞,他在研究类比学习法的过程中发现,类比法具有一定的高效性,但也存在一定的问题。曹瑞将其研究写进《类比教学法的初探》中,其中指出在采用类比法进行学习的过程中,应该注意以下三点:
(1)学习的过程中,类比法的使用要适当;(2)教学过程中使用类比法要先考虑好学生的年龄;(3)类比教学的次数要适量。
兰州大学的王萍硕士曾在其学术论文《类比思维在化学教学中的应用》中对教学中使用类比法的注意事项进行了分析:(1)类比思维具有一定的或然性。在前面的文章中已经提到类比法的教学方式存在一定的或然性,类比之后的结果不一定具有科学性,产生或然性的主要原因是因为类比的两个事物不仅具有一定的相关性,还具有一定的差异性,所以,在使用类比法进行学习的过程中,还应该注意两个事物之间的差异性;(2)类比法具有多样性。类比法在一定程度上具有极强的创造性,在学习同一个知识点的时候,可以建立多个类比关系,为此,在学习的过程中,不仅需要使用类比法对书本的事物进行分析,还需要对教材以外的知识点进行类比学习;(3)在使用类比法进行学习的时候,类比法具有一定的适用性;(4)学习类比法的时候需要一定的主动性。类比法是一种具有科学性的学习方式,在使用类比法进行学习的过程中,不仅可以建立完善的知识结构体系,还可以加深多已学习到知识的印象,可以有效地提升学习的效率。
三、高中物理电碰学知识内容及特点
人教版高中物理教材的电感学部分由《静电场》、《恒定电流》、《磁场》和《电溢感应》四章内容组成。我们在进行电磁学内容的学习之前,所学习的直线运动、受力分析、曲线运动以及功和能都是在宏观物理世界下进行的,《静电场》章节以介绍电荷及其守恒定律作为开端,将同学们带入微观物理世界。在认识电荷之后,《静电场》章节接下来便是对库仑定律和电场强度这两个非常重要的内容的学习。同学们在以往的初中阶段学习关于电学的内容都是比较宏观的认知,接触微观电学的知识刚开始会让学生觉得比较难以接受,尤其是完全看不见摸不着的电场疆度这个概念更是让学生感觉到困难。之后对于电势、电势能、电势差以及电势差与电场力度关系的学习就更让学生感觉到混乱了,很多同学学习了这部分知识就只是单单记住了概念和公式,并不能真正理解各个概念以及概念之间的关系。《静电场》章节接下来的内容则是关于静电场中的一些现象的理解,包括静电现象的应用和电容器,以及带电粒子在电场中的运动,其中带电粒子在电场中巧运动是整个《静电场》章节最重要的内容,在以往的复习中也了解到高考物理中每年都会对这个知识进行考察。
四、应用
1.概念和物理量的类比
(1)静止电荷之间的相互作用使经过电场来实现的。在日常生活中,电场既看不见又摸不到,但是电场是真实存在的,并对处在电场中的电荷q具有一定的影响,为了了解电场的强弱,可以使用计算电场强度的公式E= ,公式中E表示电场的强度,主要与电场原、电场的位置以及电场周围的环境有关,与测试的电荷q没有直接的关系。同样,磁极之间、电流之间也是通过一种介质来相互影响的,这种介质就是磁场。磁场与电场一样看不见摸不到,但是对于处在磁场的电荷q有着较强的影响,为了了解磁场的强弱,我们使用B表示磁场的强弱,可以使用计算电场强度的公式B= ,主要的方向为探测电荷的零力线方向。经过实验发现,磁场的强弱B与产生磁场的电流、磁场的位置、磁场周围的环境有关,与实验的电q以及电荷的运动速度v没有关系。这就可以表明电场与磁场之间的概念具有一定的相关性。(2)电场线并不是真实存在的,为了可以有效地了解、描述电场,引入了电场线,电场线的疏密程度真是的反应了电场的强弱,电场线某一点的切线方向就是电场线的方向,同样,为了更好地表示磁场的强弱也引入了磁感线,磁感线的疏密程度真是的反应了磁场的强弱,磁感线某一点的切线方向就是这个点磁场的方向。电场、磁场中有很多物理量都可以使用类比的方式进行学习。比如,点电荷对应电流元、介电常数对应磁介常熟、电场的强弱情况对应磁场的强弱情况、电场强度通量对应磁场通量、电偶极子对应分子电流、分子电偶对应分子磁矩、电介质对应磁介质、电极化强度对应磁化强度、电场电位的移动对应磁场强度、等等。
2.位移电流和传导电流的类比
位移电流Id是麦克斯韦在了解电容器中电流的连续性而提出的,位移电流本质就是电场发生变化引起的,并不是因为电荷的运动而产生的。变化的电场在其周边的空间中会激发磁场,这种磁场与传导电流的Ic周围激发的磁场相似,所以,就这个方面来看,变化的电场就相当是电流的作用――位移电流,为此,传导电流与位移电都是产生磁场的主要原因,与其相对应的 Maxwell 方程就应是 。两者之间不同的地方就是传导电流是由运动的电荷所产生的的,而位移电流则是由变化的电场产生的,所以,在学习的过程中,可以将位移电流这一抽象的知识点与已经学习的传导电流使用类比法的方式学习,这样有利于掌握两者的物力本质,同时也便于掌握两者之间的区别。
3.电磁场边值关系的类比
在上述内容之中,我们提到了Maxwell方程组中的电场与磁场公式具有一定的对称性,通过这样的相似性,可以将两者相应的积分形式应用到介质的分界面中,可以有效地得到电磁场之间的关联性。所以,在学习的过程中,可以使用类比的方法获得电磁场的边值关系,更好的利用边值关系进行解题。首先,将Maxwell方程组电场与磁场封闭曲面通量的两个公式应用到介质分界面中,可以得到电磁场法相分量的边值关系 。
电位移矢量D的法向分量在分界面的两侧不具有连续性,这一跃变的物理主要是由于界面上存在的面电荷分布形成的,如果不存在面电荷分布那么分界面的两侧就具有连续性,同样的,磁感应强度B的法向分量具有连续性。其次,因为电磁场环流定理在分界面上的应用可以有效地获得电磁场切向分量的边值联系 。电场强度E的切向分量具有连续性,磁场的强度H切向分量在分界面的两侧不具有连续性,当分界面上出现流的时候,就会导致磁场强度的切向分量不具有连续性,与其相对应的,如果不存在电路那么磁场强度的切向分量连续。
4.公式的类比
两个结果在形式上具有一定的对应性。类似的案例还有很多,在这里就不都列举出来了。总之,在使用概念与公式进行类比的时候,我们可以发现电场与磁场之间存在共同点,如果将磁场与电场的物理量进行对应分析的时候,那么相应的公式也具有相似我的数学形式。所以,在电场与磁场学习的过程中,需要加强两者物理量上的对应分析,全面的了解电场、磁场物理量之间的联系性,更好的运用类比法进行学习,熟练的掌握两者的概念以及公式。
结束语
通过上述分析可以发现,电场、磁场两部分内容具有一定的关联性,并且从知识点以及数学公式分析的过程中,发现两者都具有较强的对称性。所以,在进行电磁场学习的过程中,可以适当的使用类比法对电磁场的概念、公式、物理量、两者的规律进行学习,这样更容易掌握两者的概念、公式的运用,有效地解决学习中出现的各种问题,激发学生的学习欲望。
【参考文献】
[1] 张平伟. 关于高斯定理的一个疑问[J]. 安庆师范学院学报(自然科学版),2012,18(2).
[2] 倪燕茹. 电磁场问题中镜像法与类比法运用浅析[J]. 内江师范学院学报,2010(04).
一、教学目标
(一)知识与技能
1.通过探究活动知道通电直导线周围存在着磁场和通电螺线管外部的磁场。
2.学会用安培定则判定相应磁体的磁极和通电螺线管的电流方向。
(二)过程与方法
1.引导学生积极参与探究活动并体验发现规律的乐
趣,提高分析和总结规律的能力。
2.在分组实验中养成合作意识,培养合作学习的能力。
(三)情感态度与价值观
通过探究体验电磁的联系,激发学习的兴趣,形成乐于探索的精神。
二、重点难点
重点:探究通电螺线管外部的磁场。
难点:如何设计奥斯特实验和通电螺线管外部的磁场以及如何引导学生进行探究。
三、教学资源
学生刚学完磁体与磁场。对磁体的相关知识有了一定的了解。电流的磁效应是学习电磁现象的重要基础。在教学中要尽可能让学生感受电流及其周围的磁场是同时存在的且密不可分。让学生自己去探究、总结规律。
实验所需的器材包括:导线若干、开关、电源、小磁针、电磁铁、回形针、铁屑。
四、教学过程
【创设情境,引入新课】
师提问:当把小磁针放在条形磁体的周围时,观察到什么现象?请思考为什么?
利用实物投影进行演示。
生回答:观察到小磁针发生偏转。因为磁体周围存在着磁场,小磁针受到磁场的磁力作用而发生偏转。
师追问:小磁针是不是只有放在磁体周围才会受力发生偏转呢?其他物质周围存在磁场吗?
通过多媒体展示生活中常见的实物:电话、收音机、电视、洗衣机等都用到了磁。
【合作交流 互动探究】
(一)通电直导线周围的磁场
师问1:有什么方法能判断电流周围是否有磁场?
学生交流讨论。展示:可以用小磁针靠近通电导体,观察小磁针是否会发生偏转。
师问2:需要哪些器材?导线与小磁针的位置关系怎样?
生回答:器材有导线、电池、开关、小磁针;用电器导线与小磁针平行放置。
为了得到较大的电流,让实验现象变得明显,此电路中不用电器,闭合开关让电路瞬间短路得到较大的电流,所以在实验过程中一定要注意,闭合开关看到现象后立即断开开关。
要求学生对照问题“导线通电时,小磁针是否会发生偏转?断电时呢?”进行实验并思考通过这个现象可以得到什么结论。
如图(PPT图略)所示,将一根直导线放在静止小磁针的上方并使直导线与小磁针平行。
友情提醒:(1)导线与小磁针平行放置。(2)通电时间不能太长。(3)注意观察电流方向和小磁针的偏转方向。
活动展示:导体通电,小磁针发生偏转,说明通电后导体周围对小磁针产生磁力的作用。
学生归纳:通电导线和磁体一样,周围也存在着磁场。
生提问:本组磁针N极顺时针方向偏转?旁边有的为什么逆时针偏转?
师启发:小磁针N极的偏转不同说明什么?
生回答:说明磁场的方向不同。
师追问:磁场的方向可能与什么因素有关呢?请大家改变电流方向重做实验。先思考如何迅速改变电流方向?
生1回答:改变电源的正负极。
生2回答:也可以交换导线的两端。
学生活动展示成果:观察到当电流的方向变化时,小磁针N极偏转方向也发生变化,说明磁场方向与电流有关。
师问:在实际生活应用中往往需要较大的磁场,那如何增强直导线的磁场?
生1回答:增大电流。
生2回答:把直导线缠绕,把电流叠在一起增强磁场。
(二)探究通电螺线管周围的磁场
师问1:通电螺线管周围有没有磁场呢?
学生猜想并要求学生说出猜想的依据。
师问2:如何用实验验证这个猜想呢?需要哪些器材?
师问3:假如通电螺线管周围有磁场,怎样知道通电螺线管周围磁场的方向和分布?如何知道某点的磁场方向?
生回答:把小磁针放在通电螺线管周围,观察小磁针静止时的N极的指向。
师问4:怎么知道磁场的方向(N/S极)与电流的方向有没有关系呢?
大家讨论如何设计试验,实验的步骤怎样。学生讨论交流汇报,小组成员间分工合作,由小组长分配组内每个同学的任务。
学生活动:每组发一张如右图所示的纸,螺线管放在长方形上,把小磁针依次放在周围的小圆圈内,螺线管通电后画出各点的小磁针静止时N极的指向。
学生活动后实物投影两个学生所画的图,问其他同学是否一样。
师引导:观察到的现象和哪个物体周围的磁场相似?如何知道更多点的磁场方向呢?
生1回答:用更多的小磁针。
生2回答:用铁屑做实验。
演示在通电螺线管的周围撒上铁屑,并轻轻敲击玻璃板,让铁屑分布均匀,与PPT中条形磁铁的磁场进行对比。
要求学生改变电流方向,重复上述实验。
小组讨论:(1)观察比较所画的两幅图,它们有哪些相同和不同之处?(2)通电螺线管周围的磁场方向与电流方向有关吗?
学生回答后,教师板书:通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。
师提问:螺线管的N、S极分别在哪端呢?
学生回答后,教师板书:通电螺线管两端的极性跟螺线管中电流的方向有关。当电流的方向变化时,通电螺线管的极性也发生改变。
师提问:有没有简便方法呢?
(三)通电螺线管磁极的判断:安培定则
学生看书、讨论,弄清安培定则的作用和判定方法后进行展示:
1.作用:可判断通电螺线管的磁性与电流方向的关系。
2.判定方法:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致,则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。(多媒体演示判断)
学生讨论补充总结使用安培定则的方法和顺序:
1.查清螺线管的绕线方向;
2.标出电流在螺线管中的方向;
3.用安培定则确定螺线管的磁极方向。
练习:如下图。
1.判断通电螺线管的N、S极;
2.判断通电螺线管上电流的方向;
3.标出电源的正负极。
【回顾反思,归纳总结】
1.知识点总结。
2.科学探究过程中用到的方法,小组合作的体会等。
五、教后反思
在教学改革不断向纵深发展的今天,学校着力打造“学程导航”范式教学模式,打造智慧高效的课堂。《学记》中说:“君子之教喻也,道而弗牵,强而弗抑,开而弗达。”也就是说,习题先让学生动手做,规律先让学生动手发现,方法应让学生去总结,思路应让学生自己去探索,问题应让学生自己解决。所以我觉得理想的课堂应该是“学堂”,而不是“讲堂”;是“练功房”,而不是”表演场”。教师讲了不等于懂,懂了不等于会,会了不等于通。从讲到通,学生的主动参与是桥梁。
“电流的磁场”是苏科版物理教材中的内容,本课内容是初中物理电磁学部分的一个重点。奥斯特的发现揭示了电现象和磁现象是紧密联系的,它有力推动了电磁学的研究和发展,导致了人造磁体和电磁铁的发明。本节课依据教材,结合新课改的理念,根据“学程导航”范式教学模式要求,从学生的认知角度设计教学内容,教学设计具有独创性。本课设计中充分发挥了实验教学的功能,体现了物理这门学科的特色。
在引入新课时创设了一个物理情境,再通过多媒体展示生活中常见的实物,使学生猜想磁与电有密切的关系,激发学生的探究兴趣,使学生把物理和生活有机、自然联系起来了,拉近了物理和生活的距离。
把教材中奥斯特的演示实验进行改进,改为学生分组实验,通过问题设置层层深入激发学生思考,通过学生分组活动,自己能观察现象得出结论,PPT中习题围绕实验现象和结论及时巩固。
教材中从通电直导线周围磁场的探究过渡到通电螺线管外部磁场的探究,符合初中生的认知规律,让学生了解并经历人类对某一自然规律认识的历史。在通电直导线周围的磁场基础上引导学生进行探究,大大提高了实验的可视性和可操作性,拓展了实验装置的功能,形成了有预设和生成的教学资源,让学生体验“发现问题――猜想和假设――设计方案――进行实验和收集证据――分析论证得出结论”这个研究性学习的过程,逐步培养学生的问题意识、观察能力以及合作探究能力,让学生自己动手探究规律,虽然所用时间较长,但充分发挥学生的主动性,在学生探究活动的基础上,教师演示用类似研究条形磁铁周围磁场分布的方法,在有机玻璃上均匀地撒一层铁屑,让学生观察通电螺线管整体磁场的分布情况,以拓宽学生的知识面。
关键词:电磁场 电磁波 实验教学
1引言
在高校人才培养中,实验室实现了将理论与实践的有机结合,对学生的创新性思维有着启迪作用。 因此,实验教学历来都是各高校非常重视的环节。对物理学来说,电磁场与电磁波理论性强,概念抽象,因此,为了加深学生的理解与学习,必须通过实验促进学生对知识的理解与掌握。
2“电磁场与电磁波”课程特征分析
“电磁场与电磁波”研究的重点是电磁场和电磁波的属性,规律,以及应用等。由于其和光纤通信技术,电磁干扰,移动通信技术等联系紧密,应用范围非常广。“电磁场与电磁波”要求数学基础深,并且理论性强,概念非常抽象,因此,学生进行学习时不容易理解,非常困惑,单纯的理论讲解,会丧失学生学习主动性与积极性。
“电磁场与电磁波”内容抽象,理论性强,其理论应用又十分具体,和人们的生活联系紧密,这是其特征;而“电磁场与电磁波”学习的难点在于,由于“电磁场与电磁波”看不见摸不到,必须具有非常强的空间想象力,才能理解“电磁场与电磁波”空间传播的形态。
3“电磁场与电磁波”教学设计
3.1“电磁场与电磁波”教学理念
高校学生培养思想应该是基于知识能力与素质相结合,培养学生的学习知识的能力以及研究探索的能力,提高学生应用知识的能力以及实践能力。因此,电磁场与电磁波教学中学生学习的重点不是知识的接受与知识的传承,而是对知识的探索。教师对学生的培养要从以传授知识为主转变为培养学生独自思考,开拓创新能力的培养方面,从而使得教学的质量不断提高。
3.2“电磁场与电磁波”教学方法
在电磁场与电磁波教学过程中,通过改革要实现由老师为主体向以学生为中心的转变,老师只起到引导作用;教学过程中改变传统的老师注入式教学,要转变为师生互动;要积极利用现代化的科技教学手段。教师进行课程的教学设计时,要充分考虑教学并重的原则,积极探索学生主动学习,勤于动手的能力的培养,改变学生的死记硬背,强接受式的学习。能力培养学生的独立分析解决问题以及获取新知识的能力。
3.3“电磁场与电磁波”实验目标与实验设计
基于电磁场与电磁波内容的特征,电磁场与电磁波实验目标在于解决目前电子技术对电磁波知识的依赖;和教学大纲紧密结合,结合课程重点的知识内容,对难点问题进行解决。由于电磁场与电磁波教学比较抽象,重点解决学生抽象学习和具体知识的矛盾;理论联系实际,利用理论知识解决实际中的问题,提高学生学习的积极性与热情,从而使得学生独立思考问题解决问题的能力得到提升。
“电磁场与电磁波”实验采用电磁波教学综合试验仪。实验内容和教材中重点内容,难点知识点紧密结合在一起,通过对实验的设计,演示和验证,将教材中抽象的概念具体形象化,从而将枯燥的教学变得生动活泼,从而使得学生能够主动的研究学习,极大的促进了学生的积极性与学习的热情,加深了学生对电磁场与电磁波的理解。
4实验方法
4.1实验装置
电磁场与电磁波实验装置包括了发射装置,辅助装置以及接收装置,如图1所示。信号产生器与发射天线构成了发射装置;具有可视化的电磁波感应器构成了接收装置。学生基于课本理论知识,对接收装置进行设计。实验的支架,强度指示装置,反射机构等等都属于辅助装置。辅助装置基于实验内容与目的的不同,为了使实验具有可扩展性,辅助装置能够进行多种组合。
4.2电磁波实验原理
实际中,收发电磁波都需要天线,天线不但是能量转换器同时还可以进行电磁波的辐射与接收。天线发射电磁波时,高频电流的能量被转变为电磁波能量;而天线接收时,又将电磁波能量转变为电流能量。发射信号源采用的是功率信号发生器,利用天线进行电磁波的发射。当在天线馈电点接入小功率的电泡时,电泡就会发光,表明接收位置电场强度。此时,灯泡与接收天线就构成了电磁波感应接收装置。
4.3实验内容
一、设计和制作电磁波感应器
天线通过金属丝制作,在感应灯板的两端通过螺丝将天线固定,同时安装于测试支架,不断将感应板角度进行调整,使得发射天线极化方向和感应板角度一直,那么由于穿过了线圈,磁场发生变化,天线出现电流,使得电流表发生偏转或者灯泡发亮。通过实验能够使得学生对电磁感应的原理有了更加深刻的理解。接收天线形式示意图如图2所示。
二、电磁波传播特性实验
在能够旋转的支臂上安装天线,将天线的极化方向与天线和支臂的角度一致,此时固定支臂滑块,不断变化发射板的位置,会使得电流表不断发生变化,或者使得灯泡的亮度发生改变,从而判断出现了波节。利用这个实验,可以加深学生对驻波产生原理,迈克尔逊干涉原理的认识与理解;同时,利用反复测量电磁波的波长,频率,波节等,使得学生对于电磁波的空间的传播的特性有更加深刻的认识。
三、电磁波的极化实验
在水平极化接口,垂直极化接口,右旋圆极化接口与左旋圆极化接口上接发送天线的电缆,然后在测试支架上安装电磁波感应器,感应器位置设置成水平,垂直以及45°角等不同形式,不断改变感应器滑块的位置,此时,对灯泡亮度改变时,移动感应器滑块与发射天线的距离,从而对发射天线电磁波的极化形式进行判断,通过实验使得学生对电磁波极化特性加深了认识和掌握。
结束语
利用“电磁场与电磁波”课程的实验设计,将课本抽象的理论概念形象具体化。通过实验教学,使得学生对教材的理论知识点掌握的更加牢固,理解的更加透彻,提高了学生的动手实践的能力,使得学生主动学习的积极性大大提高。“电磁场与电磁波”实验教学说明,教学过程中理论固然重要,而实践更是不能缺少。和具体的实际问题的应用背景相结合,通过实验提高了教学的启发性,不但提高学生独立思考问题的能力,同时使得学生综合实践能力得到了极大的培养,对高校培养高素质人才有着非常重要的作用。
参考文献
[1]杜章永,宋清华.电磁场与电磁波课程教学改革的探索与实践[J].科技信息.2011(21):455
关键词:高中物理;电磁感应;教学
中图分类号:O411 文献标识码:A 文章编号:1673-8500(2013)03-0123-01
新课标在改革后的高中物理教学的主要目的是提高学生对物理的认知能力和创新能力,物理课程是高中课程中比较重要的一门,而在物理的课程中,电磁感应的学习是里面的重要内容,所以必须花费很大的精力去准备电磁感应的教与学方案。在电磁感应的学习课堂上,经常需要做实验,实验的目的是通过演示来概括出抽象的电磁感应的原理,让学生对抽象的概念的了具体的了解,实验过程中学生需要收集实验中的相关数据,再使用这些数据来计算,最后得出结论。电磁感应课是一个理论与实践相结合的课标,因此要仔细的编排课程,做好准备才能进行有效的教学,老师应当通过电磁感应的一系列教学措施去提高学生的积极性和自主性,加深学生对物理中电磁知识的认知,培养学生养成科学又系统的学习习惯。鉴于这些重要的目标和作用,展开综合性的物理分析课程是十分有必要的。
一、高中物理课程中电磁感应的教学探究
在物理的课程学习中,电磁感应的理论知识需要在实际中具体强化,其主要有着三个重要部分。首先是对电磁感应的物理结构和主要的相关功能的重点分析,这一章节的内容占据着物理教材的重要地位并有着积极的作用。只有当学生懂的了物理结构的相关逻辑关系,就能把握学习中的重点与难点,教学中要注意使用科学的方法去解答教学过程中的问题;其次是对电磁感应内容的实践和分析,利用有效的知识架构和科学的学习方法去开导学生的思路,加深对理论知识的基本掌握,提高学生对物理电磁感应的思维能力;最后是对电磁感应课程的教学分析,这主要是分析高中物理课程里电磁感应学习中的学生具有的学习心理因素,教师在了解学生在这些内容中容易犯的错误以及原因后要加以可行性的指导,从而帮助学生突破学习中的难点。整个学习的过程中让学生了解到电磁感应的概念与规律,并有效的培养了学生的实践能力和创新能力。
二、高中物理电磁感应的教学分析和思考
1.教学开放化,学生亲自实践
新课标改下的高中物理教学可以加强开放式的教学实施,传统封闭式的教学方法没能取得好的效果,因此创造一个自由轻松的环境,才能提高学生在课程学习的兴趣。在物理的实践教学中,特别是电磁感应课程的教学,其中许多章节的学习都必须通过实验的操作来补充课堂知识,实验教学就需要学生加入到实验中,则要重视在课程的教学中培养学生的实践能力与创新能力。
2.重视课后练习,巩固提高
通过课堂是的讲解后,教师要及时组织并督促学生完成课后的习题练习,做到查漏补缺,对没有掌握的知识和遗漏的知识点进一步学习和探索,做到进一步的巩固和学习。所以,对于高中的电磁感应课程的学习,教师应当在课堂后布置一些与本课堂学习的知识相关的习题给学生,加深学生对所学知识的理解,巩固学生的学习成果。
3.科学总结,在积累中实现稳步提高
古语有言“温故而知新”,就是教导我们学习的道理,无论是学习哪门学科,我们只有不断地复习学过的知识,并不断地进行分析和科学总结,才能熟练地掌握好所学的知识,在不断的学习与积累中稳步提高能力。所以,在高中物理对于电磁感应的学习中,学生需要在教师教学过后,要不断的回头来对课堂上已经学习了的相关知识点进行温习,同时还要认真的加以分析和总结,做到将所学到的知识融会贯通,从而全面又系统的掌握电磁感应课程中的知识。
4.克服学习障碍,理解物理课中电磁感应的正确概念
由于学生受到传统教学形式的长期影响,难免会给高中生带来思维障碍,因此在物理的课程教学中需要努力克服这种思维障碍,只有这样才能帮助学生理解物理课中电磁感应的正确概念。人的思维过程就是一个逻辑的学习过程,在学习的过程中也会同时形成很多的认知,我们要不断地学习来更新自己的认知范围,才能做到与时代的同步发展,所以教师要在物理的教学过程中引导学生去克服自身的思维障碍。
三、结语
总之,高中物理课程中的电磁感应教学是一项程序化的教育工程,我们需要从教学的主体情况、学习中具体所处的内外部环境、学习中的影响要素要进行系统性的综合分析和科学总结。新课改下提倡的素质教育,在高中物理课堂中必须实施这样的教学观念,才能培养出更好的并符合社会发展所要求的各种人才类型,在电磁感应教学的过程中必须认真细致地不断改革与完善,努力创造出物理课程教学中新的局面。
参考文献:
[1]陈志有.电磁感应现象的探究式教学设计―兼谈教学体会[J].神州,2012,(12):
关键词:课程教学组;教学团队功能;多元化教学
一、“电磁学”教学概况
自从1958年中国科学技术大学创立以来,“电磁学”就被指定为全校本科生的必修基础课,著名物理学家严济慈副校长亲自主讲,并培养了一大批青年教师。近四十年的教学积累,使“电磁学”课程的教学走向成熟。“电磁学”课程1994年成为中国科技大学物理类最早建成的一类课程,1999年被教育部审定为“国家理科基础创建名牌课程项目”,2000年被评为“国家理科基地名牌课程创建优秀项目”,2001年获中国科学技术大学教学成果一等奖、安徽省教学成果二等奖,2003年被评为“安徽省精品课程”,2005年获安徽省教学成果一等奖,2007年被教育部评为“国家精品课程”。
中国科学技术大学每年招收的1 800多名本科生都要学习电磁学,约分18个教学班,都是周4学时。包括理学院4个班、少年班与零零班、其他7个学院约13个班。
“电磁学”课程教学组一教学团队组成:主讲教师队伍约25人,其中年龄在55岁以上的占30%,年龄在45~55岁的占40%,年龄在45岁以下的占30%。他们来自3个物理系,教师队伍相对稳定,教学研讨活动规范,形成了一支老中青相结合的团队。
已出版两种教材,一种是物理型《电磁学》(1994、1997,高等教育出版社),另一种是理工型《电磁学》(1997,中国科学技术大学出版社;2007,科学出版社)。计划出版《电磁学》与《电动力学》连贯的物理型教材――《电磁学与电动力学》上、下册(2008,科学出版社)。
二、发挥教学团队功能的制度保障
中国科学技术大学于1977年恢复物理基础课教研室,便成立了电磁学教学组。但是,主要的教学活动都以教研室安排为主,随着招生人数的增多,主讲物理基础课的教师开始从3个物理系安排,以教学组为单位开展教学活动的要求增强。电磁学课一贯受到全校师生的重视,电磁学教学组的教学活动也就在大家的关注下开展得最早、最好,受到学校的重视和鼓励。课程组也形成了一个相对稳定的教学集体。特别是2000年开始,学校施行学院为实体后,教研室已不复存在,理学院便进一步强化了课程教学组的功能,制定了相关的教学条例,并给教研活动以经费支持,并把电磁学教学组作为样板来抓,探索提高教学质量的新路子。学校教务处也高度重视教学组的功能,形成了相关的文件。例如,“中国科学技术大学课程建设工作实施办法”中明确规定:“课程组负责人职责是:统筹规划确立本门课程的基本框架和主要知识点;实施课程和教材建设;培养青年教师,组织必要的专题讲座、听课与试讲;管理和支配经费;接受中期检查和撰写结题报告等。”课程组每年有专项教学活动经费。极大地调动了课程组的积极性,是发挥课程组教学团队功能的制度保障。
三、教学活动规范化,培养青年教师制度化
教学研讨活动是提高教学质量的根本保证,是教学团队生命力的体现。要做到经久不衰,必须规范化。每个学期,教学组至少要开三次教学研讨会。一次是在“电磁学”教学开课的前一学期期末或开课学期的第二周,研讨教学大纲、教学内容、教学的重点及难点,安排相互观摩教学。第二次是在期中考试之前,交流本学期的教学情况、商讨期中考查试题的内容和形式,布置有关“电磁学教学课外系列讲座”的具体事宜。第三次是在期末考试之前,商讨期末试题的内容和形式,进行学期教学总结。同时,常常会按具体情况另行安排一些专题讨论。例如,已经讨论过的专题有:使用多媒体的利和弊?如何使用好多媒体?如何组织好学生课堂讨论?如何将素质教育融入“电磁学”课堂教学?采用双语教学的利和弊?等等。特别是经过几次的研讨后,对如何将素质教育融入“电磁学”课堂的教学有了明确的理解,大家达成了共识,正如爱因斯坦所论述的,“物理学不应该教成一堆技术,而应教成思想概念的诗剧。应该强调思想概念的演变,强调我们企图了解物理世界的历史,以使学生具备洞察未来的能力。”因此,我们应该在强调三基:基本概念、基本理论、基本方法的同时,适当介绍学科发展的历史,从中明白继承与创新的辩证关系、自然科学与哲学的关系:讲述精选的科学家典型的、生动的事例,传播科学精神及其高尚的人格,学习他们成功的科学研究方法,有时还需说明其局限性;认真组织好课堂讨论,培养学生的思维能力和交流能力;适时介绍与电磁学有关的最新科技成果,学用结合,开阔学生的眼界和思路。
培养青年教师的重要性是不言而喻的,它是课程组的重要职责之一,必须形成制度。“电磁学”课程教学组中有几位资深的、有丰富经验的教授,学校将他们定为讲座教授和主讲教授,他们肩负着培养青年教师的责任。学院又明确规定,自愿报名、竞争上岗,没有作过主讲的青年教师必须先跟随讲座教授或主讲教授辅导。在讲座教授或主讲教授的指导下讲授一章以上的内容,并得到由督导组和教学组选定的教授考察组实地听课评定通过,才能承担大课主讲。近十年来,“电磁学”课程组培养出十多名青年主讲教师,在保证教学质量的情况下,形成了一‘个结构合理的团队。
相互观摩教学是提高课堂教学质量的又一重要措施。我们每个教学学期都推荐大家听1~2名教师的课,也鼓励相互听课,然后在组内研讨会上分析、讨论,达到相互学习、相互激励的目的。同时,讲座教授和教学组组长有随堂听课的责任,每个教学学期听课班数占开课班数的一半以上。学校还请校督导组听课、考查,反馈意见和建议,加上学生期末给教师的评分,形成交叉评价机制,不断激励以课堂提高教学质量。
四、充分发挥教学团队功能,实行多元化教学
近十年来,我们不断探索、实行多元化教学。多元化教学的实质是将课堂教学与课外教学有机地结合起来,这只有充分发挥教学团队功能才能实现。我们的具体作法是,集体编写、不断更新电子教案,挂在学校教务处的本科生教学网站上,便于学生预习和复习。建立了e网教学网站,便于学生提问和答疑、查看教学演示动画。
组织学生在课外的时间参观相关的实验室,如“国家同步辐射实验室”、“超导托卡马克装置”、“正电子实验室”、“物质结构分析实验室”等,让学生了解电磁学在现代高新科学技术中的应用,增强学习的兴趣。
为开阔学生的眼界和学用结合,每个教学学期,我们安排4个“电磁学课外教学讲座”,聘请作相关科学研究的老师作报告,大部分报告是学科的前沿进展,并且结合了电磁学的教学内容。例如,2007年我们有3个报
告内容很新,“巨磁效应介绍――2007年物理诺贝尔奖”,“超导托卡马克――EAST的电磁原理”,“现代气体探测器中的电磁学”。以往的系列报告有“天体的磁场与起源”、“纳米材料的电磁特性”、“同步辐射加速器原理及使用”、“新的磁性材料”、“等离子体中的电磁场与托卡马克装置”、“地球、空间的磁场”、“晶体光学”、“反物质探索”、“超导材料的电磁特性”、“物质的磁性及其应用”等。
开展学生的小论文活动,让学生围绕电磁学内容自由选题,作小论文,促使他们加深对电磁学原理的理解,进行学用结合的初步尝试。并把小论文评分作为平时成绩计入总评分中,使它成为课外教学的一个重要环节。在此基础上,每个教学学期的期末前十天左右,还开展本学期全校学生的小论竞赛,由各教学班挑选最好的论文参加竞赛。名额的分配为:理学院4个班及少年、零零班每班各两名,其他班各一名,参赛学生约24名。每次聘请评委7名。赛前公布评分标准。我们的评分标准有五条:1,选题新颖,具有创新性:2,思路清晰,观点正确,推理符合逻辑;3,具有明确的结论:4,作者在论文中的贡献;5,PPT报告制作和完成情况。每个报告8分钟,答问两分钟。报告完当场给出评分,当场颁奖。一等奖3名,二等奖6名,三等奖9名,其他为优秀论文奖。奖状、奖品每年都由教务处资助。这个活动得到学生的高度重视,他们把它作为学习经历中的一个重要部分,在请老师写出国的推荐信时,常常是必写的内容。部分好的论文在老师的指导下,经过进一步的研究工作、加深后已经在专业杂志上发表。例如,“生物传感器的应用”,“新型低介电常数材料研究进展”,“DNA微阵列制备的新进展”等。我们已进行了五年的实践,报名参赛的同学越来越踊跃。目前,我校电磁学课程组的小论文竞赛活动在校内外的影响越来越大,《大学物理》杂志编辑还要求我校的小论文一等奖全部在其刊物上发表。
五、体会和展望
从中国科学技术大学的实际情况出发,我们认为本科生的基础教学应该发挥以课程组为单元的团队功能,这是一条提高基础课教学质量的新路子。我们的体会是:
1,要充分发挥教学团队的功能,必须要有制度保障。
2,每个团队要有由讲座教授和主讲教授组成的核心力量。他们的责、权要分明。
3,教学团队的教学活动要规范化,培养青年教师要制度化。
4,将课堂教学与课外教学有机地结合起来,即实行多元化教学,确实能有效地提高教学质量。然而,要实行多元化教学必须充分发挥教学团队的功能。
5,一花独放不是春,百花齐放春满园。只有充分发挥教学团队的功能,才可望百花齐放,也才会带来大面积甚至全面的教学质量的提升,这才真正达到国家精品课程的标准。
我们希望进一步做好以下几件事:
1,把课堂教学与演示实验、基础物理实验结合好;
2,把学生小论文与大学生研究计划结合起来;