《幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)》的“翻轉(zhuǎn)”課堂設(shè)計(jì)

吳玉琴

摘 要：本文介紹了翻轉(zhuǎn)課堂的有關(guān)概念，闡述了物理課堂如何實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，并詳細(xì)地說(shuō)明了對(duì)《幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)》一節(jié)內(nèi)容進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)設(shè)計(jì)；磁場(chǎng)；磁感線

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）12-0073-4

1 翻轉(zhuǎn)課堂式的教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂也稱顛倒課堂，通過(guò)對(duì)知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化的顛倒安排，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中師生的角色，并對(duì)課堂時(shí)間的使用進(jìn)行了重新規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的革新。在翻轉(zhuǎn)課堂中，信息技術(shù)和活動(dòng)學(xué)習(xí)為學(xué)習(xí)者構(gòu)建出個(gè)性化協(xié)作式的學(xué)習(xí)環(huán)境，有助于形成新型的學(xué)習(xí)文化。 互聯(lián)網(wǎng)的普及和計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，使“翻轉(zhuǎn)課堂式”教學(xué)模式變得可行和現(xiàn)實(shí)。

1.1 創(chuàng)建教學(xué)視頻

什么樣的內(nèi)容適合制作成視頻？視頻是否是其最合適傳授知識(shí)的方式？實(shí)踐證明，最合適在視頻中講授的內(nèi)容，是不需要教師在場(chǎng)指點(diǎn)的單向解釋性的知識(shí)。所有的教學(xué)視頻，一個(gè)共同的特點(diǎn)就是短小精悍。大多數(shù)的視頻都只有幾分鐘的時(shí)間，比較長(zhǎng)的視頻也只有十幾分鐘。每一個(gè)視頻都針對(duì)一個(gè)特定的問(wèn)題，有較強(qiáng)的針對(duì)性，查找起來(lái)也比較方便。美國(guó)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)教育先鋒薩爾曼的教學(xué)視頻有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是在視頻中唯一能夠看到的就是他的手，不斷地書(shū)寫一些數(shù)學(xué)的符號(hào)，并緩慢地填滿整個(gè)屏幕。除此之外，就是配合書(shū)寫進(jìn)行講解的畫外音。用薩爾曼·可汗自己的話語(yǔ)來(lái)說(shuō)：“這種方式，它似乎并不像我站在講臺(tái)上為你講課，它讓人感到貼心，就像我們同坐在一張桌子面前，一起學(xué)習(xí)，并把內(nèi)容寫在一張紙上?！边@是“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)視頻與傳統(tǒng)的教學(xué)錄像的不同之處。傳統(tǒng)教學(xué)（后者）視頻中出現(xiàn)的教師頭像以及教室里的各種物品擺設(shè)，都會(huì)分散學(xué)生的注意力，特別是在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況下?！胺D(zhuǎn)課堂”教學(xué)（前者）視頻內(nèi)容的形式，可以是文本、PPT課件、插圖、3D動(dòng)畫，錄像（實(shí)驗(yàn)或生活片段的視頻）等等。

1.2 組織課堂活動(dòng)

學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)教材和視頻中的內(nèi)容后，對(duì)于存在疑惑的知識(shí)，在課堂上通過(guò)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師之間的互動(dòng)來(lái)解決。教師要提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予最有效的輔導(dǎo)。這樣教師的角色實(shí)現(xiàn)了變化，有更多的責(zé)任去理解學(xué)生的問(wèn)題和引導(dǎo)學(xué)生去運(yùn)用知識(shí)，而課堂也實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)。

現(xiàn)以新“人教版”選修（3-1）第三章第三節(jié)《幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)》為例，談一下筆者是如何實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)翻轉(zhuǎn)的。

2 “翻轉(zhuǎn)”課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)

筆者將《幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)》中磁感線的概念、直線電流、環(huán)形電流與通電螺線管的磁感線分布以及磁通量的概念與計(jì)算這幾部分知識(shí)放在視頻中，供學(xué)生在家中自學(xué)。這些知識(shí)點(diǎn)難度不高，初中都有所接觸，且較多屬于單向知識(shí)性傳授。關(guān)鍵是講解幾種電流的磁場(chǎng)需要實(shí)驗(yàn)、三維動(dòng)畫等教學(xué)手段，所以適合制作視頻供學(xué)生自習(xí)。然后在與學(xué)生面對(duì)面的課堂中，組織學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證磁場(chǎng)的方向。最后，與學(xué)生一起探討安培定則的應(yīng)用和磁通量的計(jì)算。

2.1 《幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)》視頻設(shè)計(jì)模塊

（1）磁感線

在前面學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)時(shí)，我們引入了物理量E，即電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)描述電場(chǎng)，并應(yīng)用假想的電場(chǎng)線來(lái)形象描述電場(chǎng)。此時(shí)，提出問(wèn)題讓學(xué)生回憶怎樣利用電場(chǎng)線來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。

前面第二節(jié)中，我們引入物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)描述磁場(chǎng)，所以也可以引入假想的線來(lái)形象描述磁場(chǎng)，用這些線的疏密來(lái)表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，曲線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。

初中，我們利用鐵屑或是小磁針來(lái)模擬磁感線的分布，視頻展示單根條形磁鐵、馬蹄形磁鐵、一對(duì)同名磁極、一對(duì)異名磁極的磁感線模擬圖，并提問(wèn)讓學(xué)生觀察哪里的磁感應(yīng)強(qiáng)度較大。

設(shè)計(jì)意圖：首先展示本節(jié)課的三維目標(biāo)，然后應(yīng)用復(fù)習(xí)和類比的方法引出磁感線的概念。在視頻中應(yīng)當(dāng)像在課堂上指導(dǎo)教學(xué)時(shí)一樣，教師應(yīng)有恰當(dāng)?shù)奶釂?wèn)，有計(jì)劃地讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行思考。如果視頻中沒(méi)有讓學(xué)生進(jìn)行反思思考，那么翻轉(zhuǎn)課堂就不是有效的。

（2）幾種常見(jiàn)的電流周圍的磁場(chǎng)

①直線電流的磁場(chǎng)

視頻首先展示實(shí)驗(yàn)操作，利用鐵屑來(lái)模擬直線電流周圍的磁感線分布以及用小磁針探究周圍空間磁場(chǎng)方向，并用動(dòng)畫展示磁場(chǎng)的三維立體分布。接著向?qū)W生提出問(wèn)題，直線電流方向與磁場(chǎng)方向有什么關(guān)系呢？然后圖文音并茂引入安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。視頻中還要引入用“點(diǎn)”和“叉”的概念來(lái)講解直線電流的橫截面圖（如圖1）和縱截面圖（如圖2）中磁感線分布。最后，讓學(xué)生思考磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與通電直導(dǎo)線距離的關(guān)系。

②環(huán)形電流與通電螺線管周圍的磁場(chǎng)

視頻首先仍舊展示實(shí)驗(yàn)操作，利用鐵屑來(lái)模擬環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁感線分布以及用小磁針探究周圍磁場(chǎng)方向，并用動(dòng)畫展示磁感線的三維立體分布。接著圖文音并茂引入安培定則的另一種形式：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向。特別強(qiáng)調(diào)拇指所指的方向在環(huán)形電流與通電螺線管中的特別意義，并與前面判斷直線電流磁場(chǎng)的安培定則作區(qū)別。視頻最后提出思考問(wèn)題：①?gòu)耐娭睂?dǎo)線到環(huán)形電流再到通電螺線管，你體會(huì)到由直到曲的轉(zhuǎn)化、由少到多的疊加過(guò)程了嗎？會(huì)用微元思想、化曲為直地分析環(huán)形電流的磁場(chǎng)分布嗎？②通電螺線管的外部磁場(chǎng)分布與條形磁鐵的磁場(chǎng)分布一致，你能聯(lián)想到條形磁鐵內(nèi)部的磁場(chǎng)是如何分布的嗎？③根據(jù)前面畫截面圖的方法，畫出環(huán)形電流（圖3）與通電螺線管（圖4）的磁感線橫、縱截面圖。

設(shè)計(jì)意圖：這幾種電流的磁場(chǎng)分布是本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行磁感線的模擬，可以將抽象的知識(shí)具體化。因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境有一定的要求，且比較費(fèi)時(shí)間和材料，可以放在視頻中進(jìn)行演示講解，也能讓學(xué)生很好地觀察到此現(xiàn)象。特別是視頻中可以應(yīng)用動(dòng)畫將磁感線的三維空間分布展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生更好地掌握磁場(chǎng)的立體分布，也讓后面畫橫縱截面圖事半功倍。最后提出的問(wèn)題，能讓學(xué)生從形象思維中懂得邏輯思維，注意到這種聯(lián)系，而不是孤立地羅列這些磁場(chǎng)各自的規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想方法。

（3）安培分子電流假說(shuō)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)、磁通量

這部分視頻主要是以書(shū)本上所講述的單向知識(shí)進(jìn)行講解，主要是用PPT展示文字和圖片，配一段“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”錄像。對(duì)于磁通量這個(gè)概念主要以計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁通量，從B與S垂直到不垂直進(jìn)行講解，并明確磁通量是標(biāo)量，有正、負(fù)之分，舉例說(shuō)明正負(fù)號(hào)的含義。知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一種定義。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于安培分子電流假說(shuō)這部分知識(shí)，只需要了解就行，而勻強(qiáng)磁場(chǎng)這個(gè)概念，由于學(xué)習(xí)了勻強(qiáng)電場(chǎng)，也很好理解。所以，視頻的重點(diǎn)放在磁通量的概念上，理解其物理意義是非常困難的，但這個(gè)概念又是一個(gè)非常重要的基本概念，是學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)。視頻中應(yīng)用“光通過(guò)墻洞”的類比加以說(shuō)明，“光通量”由光的強(qiáng)弱及洞的有效面積決定。

（4）作業(yè)

①鞏固：應(yīng)用安培定則補(bǔ)充完整圖5中的電流方向或磁感線方向。

②總結(jié)：電場(chǎng)線與磁感線的相似點(diǎn)與不同點(diǎn)。

③練習(xí)：（Ⅰ）有a、b、c、d四個(gè)小磁針，分別放置在通電螺線管的附近和內(nèi)部，如圖6所示。小磁針的指向錯(cuò)誤的是（ ）

A.a B.b

C.c D.d

（Ⅱ）如圖7，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是（ ）

A.a點(diǎn) B.b點(diǎn)

C.c點(diǎn) D.d點(diǎn)

（Ⅲ）如圖8所示，在x軸和y軸構(gòu)成的平面直角坐標(biāo)系中，過(guò)原點(diǎn)再作一個(gè)z軸，就構(gòu)成了空間直角坐標(biāo)系。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2 T，方向沿x軸的正方向，且ab=dc=0.4 m，bc=ef=ad=0.3 m，be=cf=0.3 m。通過(guò)面S1（abcd）、S2（befc）和S3（aefd）的磁通量Φ1、Φ2、Φ3各為多少？

設(shè)計(jì)意圖：整節(jié)課的視頻中若沒(méi)有讓學(xué)生進(jìn)行反思思考，那么翻轉(zhuǎn)課堂就不是有效的。作業(yè)中讓學(xué)生熟練掌握應(yīng)用安培定則判斷常見(jiàn)磁場(chǎng)的分布，以及掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量運(yùn)算和磁通量的計(jì)算，注意磁通量的正負(fù)號(hào)。

2.2 課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)模塊

要求每個(gè)學(xué)生在視頻學(xué)習(xí)完后，思考其中的問(wèn)題并完成相應(yīng)的作業(yè)。對(duì)于其中沒(méi)有弄懂的問(wèn)題，或是理解過(guò)程中的疑惑在課前反饋給教師，教師整理好問(wèn)題以及作業(yè)中常見(jiàn)的錯(cuò)誤后，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)課堂學(xué)習(xí)材料。

（1）開(kāi)展小組合作學(xué)習(xí)，共同探討教師整理好的有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題。教師在教室中巡走，進(jìn)行個(gè)別的指導(dǎo)。反映比較多的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題則與全班學(xué)生一起進(jìn)行討論。

（2）合作交流，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)：教材后面“做一做”驗(yàn)證環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向。

（3）歸納：電場(chǎng)線與磁感線的相似點(diǎn)與不同點(diǎn)（表1）。

特別提醒：

①?gòu)碾妶?chǎng)、磁場(chǎng)的概念理解兩種場(chǎng)線的相似點(diǎn)：

矢量性——線的切線；強(qiáng)弱——線的疏密；

方向的唯一性——空間任意一點(diǎn)場(chǎng)線不相交。

②從兩種場(chǎng)線的區(qū)別理解兩種場(chǎng)的區(qū)別：

電場(chǎng)線——電荷有正負(fù)——電場(chǎng)線有始終；磁感線——N、S極不可分離——磁感線閉合，外部是從N到S，內(nèi)部是從S到N。

（4） 當(dāng)堂檢測(cè)反饋

設(shè)計(jì)意圖：翻轉(zhuǎn)課堂使課堂時(shí)間得以重新分配，將以往課后作業(yè)搬進(jìn)了課堂。在課堂上學(xué)生與學(xué)生之間積極探討，教師依據(jù)學(xué)生反饋的問(wèn)題給予最有效的指導(dǎo)。最后的當(dāng)堂檢測(cè)反饋可以適時(shí)檢測(cè)學(xué)生所學(xué)，增強(qiáng)了課堂互動(dòng)，學(xué)生成為課堂的主體，真正意義上做到“以學(xué)生為中心”。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張廷，洪正平.淺析傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂的物理教學(xué)區(qū)別[J].物理教學(xué)探討，2015，33（9）：65—67.

（欄目編輯 鄧 磊）