电磁波

　　麦克斯韦电磁场理论是电磁学的最核心内容，其地位相当于经典力学中的牛顿运动定律所处的地位，所以它是本节教学中要重点突出的内容。但是由于其内容非常抽象，学生要深刻理解它比较困难，因此，在教设计上要把握好三个方面：第一，内容如何定位。对学生来讲，知识掌握的要求程度定位在定性了解的层面上。第二，如何化抽象为形象，考虑从多个层面突破教学中存在的知识抽象的难点。其一，实验探究层面突破——利用身边丰富的电磁波教学资源，来认识电磁波的庐山真面目，化抽象为具体。其二，媒体层面上突破——利用多媒体，建立与机械波形成相类似的电磁波形成的认识过程，呈现电磁波的形成过程“看不见”的另一面，化抽象为形象。其三，情感、兴趣…等角度。第三，考虑如何转变教学方式与学习方式。利用探究式教学方式，还原认识事物的原来面目。麦克斯韦从理论出发大胆预言电磁波的存在——这是一个伟大的猜想！是一个很好从理论上进行科学探究案例。

　　要达到以上的目标，下面就本人对这一节课在的教学前与后所引发的思考作一阐述。

　　一.   创设实验探究情境，引发学生探究欲望

　　电磁波对学生而言，既熟悉又陌生。虽然人们天天都离不开它，但是学生对它的庐山真面目还是雾里看山。如何创设一个情境，引发学生思考，从而把本质的问题暴露出来，这是我课前一直琢磨的问题。首先，我考虑的是所设计的情境要有哪些方面的要求？——尽可能是实验情境、真实性要强、简单熟悉生活化、现象明显、可操作性强、参与面广、最好能带给学生惊喜、与电磁波有密切联系等。于是我想到了用收音机来设计探究实验的方案，但是如何用收音机设计一个能揭示电磁波本质问题的实验构想，却费了我不少心思。后来，从电灯的开与关时，收音机出现“喀喀”干扰声得到启发——这个情境就是一个绝妙的情境！所以我在这节课引入环节上，要求每一位学生自带一台小收音机，上课时要求学生打开收音机并调节到中波无台处，然后请每一个学生用一根导线与一只旧干电池，配合收音机做两次实验。

　　第一次实验。在*近收音机处，让导线的一端与干电池一个电极始终接触，导线另一端与电池的另一个电极断断续续接触（如图甲）。第二次实验。让导线的两端与干电池两个电极持续接触（如图乙）。实验后请学生描述现象，学生发现只有断断续续接触干电池时，收音机中才发出“喀喀”声，而导线两端持续接触电池电极时收音机中却无“喀喀”声。此时，学生的表现，并不是十分惊讶！（可能在平时生活上学生有感受过类似现象），我也不动声色。只是以平常心，泛泛地提了一个问题，

　　如何解释上述现象？

　　问题一出，学生就开始了议论，并且大多认为，因为有电所以有“喀喀”声。议论的焦点大多集中在第一个现象上，对第二个现象没多大注意。至此，我感觉到学生观察、思维中存在的不足已经暴露出来了，学生没有抓住关键现象进行比较、进行思考。现在该到了教师在“学生——现象之间”应起的“穿针引线”作用时候了，于是我及时抛出了一个问题：“两次实验同是所谓有‘电’，为什么现象是：一次有声一次无声！”学生为之一震！先前不以为然的脸部表情却一扫而光！取而代之的是满脸的困惑。随后在课堂上引发了学生探究问题的极大兴趣和欲望，达到了预期的效果——即激发学生更深一层的思考，进入理性思考气氛之中。

　　二、抓住问题，引发猜想，相互印证，揭示本质

　　上面从现象出发，从现象引发出问题，把学生推到问题之中，这是从现象向本质思考的重要转折点。关键问题呈现出来之后，引发猜想是探究中重要环节。但是从哪一个角度进行分析，引出猜想？

　　于是，我设置了如下关键词请学生造句

　　收音机   电波    爱拼才会赢

　　学生轻松地给出了大致相同答案：电波传到收音机，收音机中一曲《爱拼才会会赢》催人奋进。

　　学生的答案，显然，达到我要引导的方向，即收音机发出声音与电波的存在联系在了一起。收音机能检验出是否存在电波。

　　于是我设置如下一组问题

　　问题1：上述第一次实验，收音机中发出“喀喀”声意味着什么？

　　学生一下子意识到，断续接触，有电波产生（学生更熟悉用电波一词来表达电磁波）。

　　问题2.导线接通意味着什么？断开又意味着什么？断断续续接触又意味着什么？

　　学生间的讨论交流、相互提问很是热烈，其中心不外是，电路中电流发生了变化。收音机与断续接通的电路之间存在空间上阻隔，“为何它们心有灵犀一点通”？它们之间联系的桥梁是什么样？——是电波，电波究竟是什么？讨论中，终于有学生切入到电流周围有磁场，电流变化，电路周围磁场发生变化的认识。“电流变化、磁场变化、收音机、喀喀声、电波”等关键词在学生认识过程中形成了思考链条。把学生的思维推向了高潮，即从简单的现象，让学生对电磁波产生似乎有了“顿悟”感觉，但又疑惑重重，在朦胧中学生头脑里有了如下猜想

　　猜想：变化的磁场就是电波？或者变化的磁场产生了有电波？

　　这是从一个现象的某个观察角度所引发的猜想。如果能够从不同的现象、不同的角度进行观察、思考、猜想，让不同的猜想互相碰撞或相互印证，无疑对探究的深入推进，从而寻找更为普遍规律的猜想十分有意义。

　　正是基于这种的认识，在接下来的教学环节中设计了另一个实验探究情境——演示一个电磁感应现象。实验如右图所示。第一次在A线圈通入直流电，B中小灯泡不亮（如图甲）。第二次在A中通入交流电，B中小灯泡发光（如图乙），这实验在交流电教学中做过，学生很熟悉。如果问学生，为什么第二次小灯泡发光，第一次不发光。学生回答肯定是，因为第二次磁通量发生了变化，第一次磁通量没有变化。这个看似完美的回答，却没有揭示问题的本质。科学探究的关键恰恰就在于能否从平凡现象中找到不平凡之处，能否从别人没有看出问题的地方看出问题。在这个探究环节，为了达到这个目的，在后续教学行进过程，学生在讨论中、在困惑中、在希望中，我时不时地抛出了预先设置的如下探究引导问题。

　　问题1：小灯泡发光，意味着什么？——学生很快意识到B环中有电流。

　　问题2：B环中的有电流又意味着什么？——相互讨论之后，认识到是电子的定向移动。

　　问题3：什么力驱动B环中电子做定向移动？——学生感到困惑，但是学生从电子带电这一特征，还是猜想电子可能是受电场力的驱动作用。

　　问题4：电场力需要电场存在，A中电流只产生磁场，哪电场又从何而来？——这个问题是一个关键问题。也是一个疑惑不已的问题，一番讨论之后，终于有个别学生将信将疑地猜测，难道是磁场产生了电场？

　　此时，有学生立刻反驳，第一次A中电流也产生了磁场，如果磁场产生了电场，那第一次情况下，B中也应该有电流，小灯泡也应该会亮。

　　学生之间激烈争论着，学生之间不同的思想火花互相碰撞着，终于有学生看到第一次与第二次实验差别之处，正是这种差别的认识，学生的认识得到了提高，猜想往前推进了一步，意识到可能是变化的磁场产生了电场。

　　尽管还有不少学生感到不可思议，但我提醒学生将第一个探究情境中的猜想与第二个情境中的猜想作一对比，学生立刻感觉到两个情境中所引发的猜想有不谋而合之处。相互印证，学生疑惑顿开，感觉分析有道理，变化磁场应该会产生电场。

　　有了认识上的突破，我“乘胜追击”，通过电场与磁场现象的类比分析，学生很快大胆提出了相反的猜想，即变化的电场也应该会产生磁场。

　　为了论证这一猜想正确性，我建议学生能否设计一个实验加以验证。学生你一言我一语提出各自的想法，终于有了一个设计刍型，经老师完善之后，其实验装置如下图所示。原理是电子感应圈产生的交变电压加到两平行金属板上，两板之间产生了一个交变的电场，若交变的电场产生了变化磁场，则置在其中的线圈中应有感应电流，串在线圈中的微安表指针要发生偏转。

　　原理分析完毕，我忙于器材的连接，教室一片寂静，学生的目光聚焦在我的一举一动之上，从学生脸部表情，读出了学生焦急期待的心情。我接通电子感应圈电源的瞬间，投影到大屏幕上电流表的指针果然发生了偏转，一种期待成功的心愿得到的实现，发自内心的激动，学生暴发出阵阵掌声，师生情感交流得到了升华，探究气氛达到一个高潮。至此，学生深信无疑麦克斯韦电磁场理论的正确性。

　　三.发挥传统媒体和多媒体的优势互补作用

　　电磁波的形成过程的“细节”用真实的实验是无法展现的，它是看不见，摸不着。也

　　图  多媒体展示电磁波的形成过程

　　因为这一点，所以它神秘、抽象。故考虑用多媒体技术在这一方面的优势来弥补实验的不足。在这一教学环节，利用电磁振荡现象设计了一段多媒体动画（大致如上图所画），来大致摸拟电磁波的形成和传播过程。因为是用逐帧逐渐向两侧淡出的表现手法，呈现出由近及远的缓慢传播过程，所以对帮助学生形象地建立电磁波的形成过程有很大好处。

　　如何探究电磁波传播的速度问题是我教学中考虑的另一个问题，情境设计的难度相当大，原因是电磁波的速度等于光速，通常的传播距离都很有限，无法觉察到电磁波速度这一问题。于是我巧妙地应用两地电视现场转播这一情境来解决这一问题。我录制一段录像在课堂上播放，场景是：中央电视台节目主持人与深圳记者之间的现场股评报导场面。其中有中央电视台主持人和深圳记者同在一个电视画面上的镜头，每主持人向记者提出问题后，记者反应都明显滞后，学生能估测出交流的滞后时间大约有1s左右，这种反应上滞后，学生能感受到不是来自人生理的因素。于是我抓住这个现象，给了学生一个提示，即两地间的电视信号是通过同步卫星传输的，并且用多媒体动画展示了传输过程（大致如上图所示的画面）。之后，我提出如下问题

　　问题1：这现象说明了什么？——电磁波传播有一定的速度。

　　问题2：已知同步卫星的高度为3.6×107m，能否利用这个现象，估算出电磁波的速度大小？

　　学生动笔做了计算，主要有如下两种表现，老师适时做了点评。

　　第一种：V=S/t≈2×3.6×107m/1s=7.2×107m/s——错！

　　第二种：V=S/t≈4×3.6×107m/1s=1.4×108m/s——正确！

　　学生在初中已经学过光学基本知识，知道的光速大小是3.0×108m/s，电磁波的速度估算值与光速数量级相同，学生很是惊奇！是巧合还是有内在联系？由此引发了学生更深层次的猜想：电磁波的速度与光速是否相等？光是否也是电磁波？

　　四.教后几点反思

　　这是一节公开课，在正式上课之前，在教学的各个环节上花了比较长时间进行了思考与推敲，方案可以说是变了又变，改了又改，在前前后后的反反复复的实践中，有了很多感悟。归纳起来有如下几点感受颇深。

　　公开课最后的亮相，其实不是最重要的。最重要的是紧张准备的过程中，对教学有了更多的思考和深刻的领悟，对自己有了精益求精的要求。而这些内容和体验在书本中是难以深刻读懂的。现在留于形式的种种继续教育该怎么做？该追求什么样效益？值得反思。所以我个人认为公开课、观摩课之类的活动是青年教师成长的最好实践平台之一。

　　探究教学活动最重要是什么？引发学生猜想的问题可能是最重要，这个问题应该恰到好处地、巧妙地的设置在一个情境中，让问题有血有肉，不是一个干吧吧的问题，否则就激不起学生兴趣，学生能有进一步探究的动力吗？

　　探究教学中最难的是什么？可能是猜想。它需要细心的观察、独到的视角、认真地思辨、丰富的想象等等。所以教学中　　如何培养学生的猜想能力对培养的学生各种综合能力有很好的启迪作用。

　　探究教学中学生最喜欢是什么？可能是各种实验活动。好的实验不仅能揭示出现象背后的本质，更重要的是能深深吸引学生的注意力，能引发学生思考，能用最有力的证据说明问题——事实胜于雄辩。能给学生以会心的微笑，甚至是一种心灵的震憾！

　　探究教学中对教师最具挑战的是什么？探究教学活动，更多的是强调学生的学习自主性。因此课堂上会出现很多来自学生中的各种各样问题，老师如何面对这些问题？是避而不答，还是迎难而上，这是两种截然不同的态度。探究教学活动需要的就是教师要倾听学生中不同声音，回避问题，还算是探究教学吗？所以面对问题，如何应对？是探究教学中教师面临的最大挑战，它要求教师要有丰富的知识储备和经验积累，教师的专业化成长不是一句空话。

　　探究教学活动学生最需要是什么？最需要的是时间。课堂上给学生更多的活动时间、交流时间、思考时间，给学生以信任。否则探究活动至多是留于形式，而不是教与学方式的根本转变。

　　科学探究教学活动给教学管理者带来的最大担心是什么？上级主管部门如何评价教学问题。从长远目标看，探究教学对培养学生的创造能力无疑是大有好处的。但由于探究教学活动与课时之间有矛盾，会打破传统教学环节中的种种应试训练。所以，目前的教学评价，能适应新的课堂教学改革吗？评价从来就是一种激励机制，没有合理的评价机制做保证，教学改革会面临各个方面的阻力。