磁懸浮技術在物理教學中的滲透

周 磊

(天津市濱海新區(qū)塘沽渤海石油第一中學 天津 300452)

0 引 言

物理學作為現(xiàn)代科學技術的基礎學科是青少年接受科學教育的重要組成部分，對于培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)起著重要的作用。它在最基本的層次上決定著一個國家公民的科學文化素質(zhì)及科技發(fā)展的程度。[1]在中學物理教學中滲透科技前沿知識對于啟發(fā)學生思維以及了解運用相關知識解決生活問題起著至關重要的作用。滲透科技前沿知識也為教師擺脫教學傳統(tǒng)模式提供了新思路和方法。

1 中學物理教學中的前沿科技知識

物理學作為一門集理論與實踐于一身的自然科學，存在著許多抽象概念。因不容易解釋或個別實驗難以實現(xiàn)，使學生對某些重要的定理或一些抽象的概念、規(guī)律無法形成具體清晰的認識?？v觀世界各國教育，很多發(fā)達國家都將前沿科學作為教育的重點。面對這一狀況，我國應更加重視在教學中滲透前沿科技知識并進行新課程改革。

物理學前沿是指當前物理學家正在關注和研究的一些現(xiàn)象和規(guī)律，如：天體物理、凝聚態(tài)物理以及與其他學科交叉產(chǎn)生的邊緣學科。[2]在中學物理課程中滲透科技前沿知識，對于全面提高學生的科學素養(yǎng)以及培養(yǎng)科技型人才具有重要的意義。[3]

2 科技前沿和中學物理知識的銜接

中學物理教材中所涉及到的關于物理前沿的科技知識有很多，比如“失重和宇宙開發(fā)”，這就涉及到了超重和失重；宇宙速度課堂學習也包括了“黑洞”的知識；動量守恒學習涉及到反沖火箭等“航天科技發(fā)展和宇宙航行”的知識；法拉第電磁感應定律學習涉及到“磁懸浮列車”的知識等等。

由此我們不難發(fā)現(xiàn)，原來物理的前沿科技就在我們身邊。本文中我們將就中學物理教學中涉及到的“磁懸浮列車”的相關知識進行展開論述，使其深入中學教學課堂。

3 在中學物理中滲透磁懸浮技術的教學設計方案

3.1 教學方案設計

3.1.1 教學目標

本節(jié)課是法拉第電磁感應定律和楞次定律的延續(xù)和應用，將走在科技前沿的“磁懸浮列車”中所包含的知識滲透進課堂。將課程內(nèi)容與實際科技知識聯(lián)系起來，應用磁懸浮列車這一條主線；將磁懸浮列車發(fā)展歷史、實際應用、驅(qū)動原理與學生的物理知識有機結合起來，用以激發(fā)學生的興趣，開闊視野，培養(yǎng)探索知識的精神。

3.1.2 教學構思

通過復習相關知識引入新課，給學生設置懸念“為什么磁懸浮列車會懸?。俊笔箤W生們展開積極的討論，并鼓勵學生說出自己的見解。教師展示磁懸浮列車的發(fā)展歷史，增強學生的感性認識。教學過程中由教師引導學生結合自己所學知識理解其中的相關原理。最后通過練習等形式使得學生真正掌握和鞏固電磁學相關內(nèi)容，達到將前沿科技滲透進初中物理教學課堂的目的。

3.1.3 教學過程

教師帶領學生回顧已經(jīng)學過的電磁學內(nèi)容。在此教師運用多媒體以填空的形式對學生進行知識復習。通過復習為其學好這堂課打下基礎。

在講授新知的過程中，教師首先展示關于磁懸浮技術的圖片并講述引言。第二步，向?qū)W生提出問題并要求學生結合以前學過的知識加以討論：磁懸浮列車是怎么實現(xiàn)懸浮的呢？通過提問的形式使學生開動腦筋加以思考，從而成為學習的主動者。第三步，講述磁懸浮列車的分類以及展示歷史發(fā)展簡表。第四步，詳細介紹磁懸浮列車所涉及到的物理學知識，并解釋其中的原理。

3.1.4 鞏固練習及總結提升

教師陳述知識點，進一步鞏固本節(jié)課所講述的內(nèi)容，列舉習題并進行講解使學生充分吸收本節(jié)課所學習的知識點。舉一個簡單例題如下：

磁懸浮列車是利用超導體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時通過周期性地變換磁極方向而獲得推進動力。其推進原理可以簡化為如圖 1所示的模型：在水平面上相距 b的兩根平行直導軌間，有豎直方向等距離分布的勻強磁場B1和B2，且B1＝B2＝B，每個磁場的長度都是 a，相間排列，所有這些磁場都以速度 v向右勻速運動。這時跨在兩導軌間的長為a、寬為 b的金屬框 MNQP(懸浮在導軌正上方)在磁場力作用下也將會向右運動。設金屬框的總電阻為R，運動中所受到的阻力恒為f，求：

①磁懸浮列車在運行過程中金屬框所產(chǎn)生的最大電流Im。

②磁懸浮列車所能達到的最大速度。

圖1 磁懸浮列車動力原理習題示意圖Fig.1 Exercise of maglev train’s motive power principle

通過這個課堂練習可以使學生進一步掌握磁懸浮列車的推進原理，讓學生通過綜合運用電磁學的知識達到鞏固提高本節(jié)課所學內(nèi)容的目的。

3.2 教學設計反思

本節(jié)課是一節(jié)復習課，除了系統(tǒng)復習有關電磁學的內(nèi)容外，還在學生已經(jīng)掌握楞次定律、法拉第電磁感應定律的基礎之上，通過引入新科技——磁懸浮列車讓學生從新的角度去思考如何讓列車懸浮起來。

3.3 教學過程反思

教學過程安排合理，在教學過程中由于知識容量大造成教師主導性語言過多，給學生參與討論研究的機會較少。

3.4 學生學情反思

學生在本節(jié)課中表現(xiàn)得比較積極，有濃厚的學習興趣，在教學過程中積極思考相關問題，課程很好地滲透了前言科技知識，獲得了不錯的效果。

4 結 語

通過列舉《磁懸浮列車懸浮及推進原理》的具體教案，可以使教師更加直觀地效仿這一課程，將物理前沿科技知識銜接到中學物理教學中去。為教師靈活運用所掌握的物理知識與科技前沿相聯(lián)系提供了一個詳實的例子以供參考。綜上所述，在中學物理教學中滲透科技前沿可以為教師和學生間構建起一座知識的橋梁，教師將對物理前沿知識的進一步理解帶到課堂教學的實踐中去。在全面提高教學質(zhì)量的同時還可以培養(yǎng)學生的知識遷移能力并拓寬學生的科技視野。

［1］ 李成永. 淺談中學物流教學滲透現(xiàn)代物理前沿知識的思考[J]. 中國體衛(wèi)藝教育，2009(7)：106-107.

［2］ 郭華芳. 論物理前沿知識課堂教學滲透的路徑選擇[J]. 中學物理，2008(10)：5-6.

［3］ 徐陽，籍金艷，盧慕稚. 關于中學物理科技活動課程的一個案例[J]. 科教文匯(下旬刊)，2011(3)：110-111.

［4］ 張士勇. 磁懸浮技術的應用現(xiàn)狀與展望[J]. 工業(yè)儀表與自動化裝置，2003(3)：63-64.

［5］ 毛保華，黃榮，賈順平. 磁懸浮技術在中國的應用前景分析[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2008(1)：30-31.

［6］ 史筱紅，潘冬花. 磁懸浮列車的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 黑龍江科技信息，2011(23)：28.

［7］ 陸一娣. 磁懸浮列車的原理及應用[J]. 現(xiàn)代物理知識，2009(6)：43-44.