《电磁感应现象的两类情况》“感知觉”理论教学设计

《电磁感应现象的两类情况》“感知觉”理论教学设计摘要：认知心理学是一门研究认知以及人类行为背后的心智处理过程，包括思维、决定、推理和一些动机和情感的心理科学。

基于认知心理学的学科特征，在物理教学设计中加以认知心理学的元素将有效提高学生物理学习的效果，本文就基于认知心理学的“感知觉”理论给出了高中物理一节课的教学设计案例及其分析。

关键词：认知心理学；感知觉；教学设计
1.教学设计理念
教材提供了教学的框架和核心知识点，是教师授课的主要工具。

而课堂活动的组织、安排和内容的逻辑处理则是教师的再创造过程。

本节课是高二年级电学内容选学的第二个模块，学生在前期已经有了一定的相关知识的积累，教师在设计教学时应该遵循学生的认知规律，秉持实验教学的原则，充分触发学生的感知觉，进一步激发学生的学习兴趣和动机。

2.学习需要的分析
学生在前两节的学习中，已经学习了楞次定律以及法拉第电磁感应定律，但学生并不知道感应电流是如何产生的，其中的电动势又是如何而来。

学生需要进一步知道不同情况下感应电动势及感应电流形成的机制。

通过本节课的学习，可以让学生学习了解电磁感应现象的两类不同情况并明确两种情况下的感应电动势的形成机制以及感应电流是如何产生的。

3.学习内容分析
《电磁感应现象的两类情况》是高中物理课程（选修 3-2）第四章第五节内容，位于楞次定律与法拉第电磁感应定律之后。

日常教学往往是一带而过，是楞次定律与电磁感应定律的进一步应用，对生产实践具有重要意义。

4.学习者分析
学生在前两节的学习中已经学习了楞次定律以及法拉第电磁感应定律，知道了回路中磁通量变化会产生感应电流和感应电动势，但学生并不知道感应电流是如何产生的，其中的电动势又是如何而来。

鉴于高二学生既具有形象思维又具有抽象思维，形象思维占优势，抽象思维逐步成熟，独立思考能力进一步发展。

喜欢思考，喜欢探究。

因此较习惯从直观现象出发，喜欢动手但缺乏对问题深层次的思考。

因此在教学中不仅要发挥学生形象思维的优势，以实验充分调动学生的感知觉，更要结合实验通过适当的引导和问题来激发学生对所学知识的进一步认知和理解。

5.教学目标
5.1知识与技能
（1）知道感生电场与感生电动势的概念，学生能够说出感生电场与静电场的区别，静电力与非静电力的区别，感应电流与传导电流的区别。

（2）知道动生电动势如何产生，并明确形成动生电动势的非静电力与洛伦兹力有关。

（3）能根据楞次定律或右手定则确定感生电动势与动生电动势的方向。

（4）会用感生电场
与动生电动势来分析实验现象。

5.2过程与方法
（1）通过实验，学生学会由现象归纳结论的能力。

（2）由法拉第电磁感应定律感应电动势的概念演绎出感生电动势和动生电动势的概念。

（3）学生会用画磁感线的方法来分析、解释电磁感应现象的实例。

（4）通过类比电动势与感应电动势，静电场与感生电场。

进一步理解感应电动势的形成机制。

5.3情感态度与价值观
（1）由电子感应加速器、涡流加热体会电磁感应定律在生产实践中的应用，进一步激发学生兴趣。

（2）通过学生亲手操作涡流跳圈、硬币竖立实验，激发学生探究知识的好奇心。

6.教学重点及难点
教学重点：（1）学生理解电源内部工作原理，明确电动势的概念；（2）学生对感生电场概念的理解并会区分感生电场与静电场；（3）学生对形成动生电动势原因的理解掌握。

教学难点：（1）学生对实验现象的分析总结；（2）学生理解产生感生电动势的非静电力是感生电场力，产生动生电动势的非静电力为洛伦兹力；（3）学生学会用楞次定律判断感生电动势与动生电动势的方向。

7.教学过程
7.1新课导入：回顾旧知，趣味实验
【教师活动】回顾前两节电源、电动势、感应电动势、法拉
第电磁感应定律等概念，并提出问题：由法拉第电磁感应定律我们知道，当闭合导体回路中磁通量发生变化时回路中就会形成感应电动势。

那么改变通过回路的磁通量可以通过改变什么来实现？
进行演示实验：如图 1 将方形线圈与灵敏电流计相连，在一块固定大小的磁场中来回移动方形线圈，学生可以观察到灵敏电流计指针左右摆动。

教师提出问题：左右移动线框实则是改变了回路中的什么？为什么来回移动线框时，灵敏电流计的指针会有左右摆动的现象呢？
图 1
【设计意图】首先回顾旧知识，让学生为本节课的学习做好知识准备。

然后通过趣味实验，充分调动学生的感觉，激发学生学习兴趣。

进一步通过相关问题的提出，刺激学生进行知觉信息加工。

7.2新课教学：两种感应电动势
【教师活动】通过系统的分析，让学生理解动生电动势与感生电动势的形成方式和概念。

【设计意图】从知觉入手，让学生对本节课内容有整体把握，
深入理解应用已有知识。

7.3新课教学：动生电动势的形成机制
【教师活动】提出问题，如图 2 闭合回路中的导体切割磁感线运动时，电路中产生感应电动势，从而电路中有感应电流。

在这种情况下哪一种作用扮演非静电力？
图 2
指导学生分析导体棒切割磁感线运动的情形，提问、引导学生正确进行分析，最终得出动生电动势形成的过程与机理。

【学生活动】小组讨论，结合已有知识，思考回答老师提出的每一个问题。

【设计意图】引导学生对导体做切割磁感线运动时导体内部电子的运动情况，激发学生进行自上而下的知觉加工过程，对动生电动势的形成有更加深刻的理解。

7.4实验探究：感生电动势的形成机制
【教师活动】演示实验：如图 3 线圈套在变压器的右侧铁芯上，同时在线圈上方的铁芯套上一个闭合铝环，在线圈接通电源的瞬间，铝环向上跳起。

提出问题：当一个闭合回路静止于磁场
变化的磁场中时，闭合回路内产生了感应电动势。

在这种情况下，哪一种作用扮演了非静电力的角色？
图 3
知识讲解：向学生讲授感生电场及其特点并让学生通过小组讨论得出感生电场与静电场的区别与联系。

演示实验：如图 4 条形磁铁靠近楞次定律演示仪的闭合铝环时，闭合铝环远离条形磁铁，演示仪朝远离磁铁方向转动；条形磁铁远离闭合铝环时，闭合铝环追随条形磁铁运动，演示仪朝靠近磁铁方向转动。

让学生通过所学知识解释实验现象。

图 4
【学生活动】仔细观察老师的实验并认真思考老师提出的问题，利用感生电场的知识结合实验总结得出形成感生电动势的非静电力。

【设计意图】用两个新奇的实验充分调动学生的各种感觉，激发学生学习的兴趣，并通过一系列问题的提出激发学生的知觉
活动，让学生明确课堂内容所要解决的问题。

【知识拓展】
教师提出问题：若导体不闭合，会有与上述类似的“来拒去留”现象吗？
学生实验：用强磁铁代替普通磁铁，分组进行磁铁插入、拔出图 4 左侧非闭合铝环实验。

现象：将吸附强磁铁的条形磁铁靠近、远离楞次定律演示器的开口铝环时出现“来拒去留”的现象。

教师演示：硬币跳舞实验
将硬币装入一透明塑料小盒，置于图 3 右侧铁芯上方。

给套在铁芯上的线圈通入 220V 交流电，塑料盒中的硬币翩翩起舞并发现硬币有竖立的现象。

教师提出问题：为什么此时导体不再闭合，还会有上述现象呢？
设计意图：通过两个拓展实验，充分激发学生认知冲突，促使学生进一步的知觉加工过程。

7.5课堂小结：比较感生电动势与动生电动势
教师引导学生从两种电动势的形成、非静电力、感应电动势的方向三个方面进行比较，从而让学生对本节课内容有更深刻的理解。

8.教学评价
通过科学实验，培养学生的观察能力与提取信息的能力，在
传统教材实验中加入高层次趣味性实验，充分激发学生学习积极性并引发学生进一步思考；通过一系列与实验相关的问题设置，提高学生的处理信息与科学推理能力；在教学活动中渗透认知心理学“感知觉”理论，充分调动学生的多种感觉，促进新知识的吸收与内化。

参考文献：
[1]代认知心理学[M]. 上海教育出版社, 2014.
[2]人民教育出版社、课程教材研究所《普通高中课程标准实验教科书》选修 3-2，人民教育出版社，2010 年4 月第3 版：19-20.。