探索电动机的奥秘 体验伟大发明历程

陈秀丽

[摘要]电动机是现代社会广泛应用的普通电器，但其发明之路凝聚着人类创造的智慧，尤其是换向器的设计更是简单有效，极富创意，堪称典范。电动机的教学过程应该让学生领略伟大发明的精妙，体会科学创造的艰辛。教师要引导学生从事实入手，发现并提出核心问题，通过实验探究，动手制作等形式，在思辨型教学中，让学生掌握知识与技能，发展思维，激发情感，培养学生的科学素养。

[关键词]初中物理 电动机教学 思辨课堂 课例分析

[中图分类号] G633.7

[文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2016）02-0054

《磁场对电流的作用 电动机》是苏科版初中物理九年级下册16章第3节的课题，本课上承《电流的磁场》（奥斯特实验，通电螺线管的磁场，电磁铁等知识），下接《安装直流电动机模型》，教学重点是直流电动机的T作原理，即：磁场对电流的作用。本着“从生活走向物理，从物理走向社会”的学科理念，这一课可以设计成“探索奥秘——原来如此”式的教学，即：从“玩具电动机，通电能转动”这一事实人手，启发学生积极探索其中的奥秘，在“提出问题、设计方案、实验验证、动手制作”等学生主动参与的学习活动中，让学生逐步解开心中的谜团，真正理解直流电动机的工作原理，并最终领略科学发明的精妙创意，体会科学创造的曲折艰辛。这样的学习过程，才能更好地实现知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观全面发展的三维课程日标。

在物理学习中，我们常常需要学生从司空见惯的日常生活中发现物理问题，并在学习中应用物理知识去解释生活中的各种现象，分析各种问题出现的原因，找出解决问题的方法与措施。本课的教学就从学生喜闻乐见的玩具小汽车引入课题。

一、探究小电机中的学问——磁体对电流也有力的作用

1.引入课题：电动机中的奥秘

【课堂实录一】教师出示玩具小汽车，闭合开关，小汽车就在讲台上开动起来了。教师问学生：玩具小汽车闭合开关就能运动起来，实现了怎样的能量转换呢？学生回答：电能转化为机械能。教师再问：玩具小汽车中哪个元件能将电能转化为机械能呢？学生回答：电动机（马达）。教师拆掉玩具小汽车的外壳，出现了一个小电动机。教师问学生：你看到了什么？又有什么问题想问？

学生看到小电动机在转动，想到小电动机为什么会转动的问题，显然这是个核心问题。教师把小电动机的外壳再去除，再问学生，此时你又想问什么？经过观察，学生发现小电动机中有线圈和磁铁，由此引出了第二个核心问题：磁体与线圈之间存在怎样的相互作用？为什么通电后线圈会转？

2.追根溯源，提出探究课题：磁体和线圈之间有何种作用

此时，教师可以让他们回忆上一节课所学的奥斯特实验，启发学生逆向思考：电流对磁体有力的作用，那么反过来，磁体会不会对电流也有力的作用呢？面对生活现象，探究其背后的本质，也许会产生很多问题，但不是所有的问题都值得师生在课堂上探究解决，而是需要教师引导学生抓住核心问题，然后进行分析深挖，这样才有学习价值。思辨的物理课堂要运用学生已有的知识，充分发挥学生的主动性，通过独立思考，寻找现象后面的核心问题，为思辨的深入进行，提供必要的话题，在此基础上开展讨论，使学生的思维处于激荡状态。

二、实验验证猜想

为解决“磁体与线圈之间存在怎样的相互作用？为什么通电后线圈会转动”的问题，教师请学生提出猜想，学生根据线圈运动会猜想：通电的线圈在磁场中受到了力的作用。接着进一步分析，线圈是由导线组成的，那如果是通电的直导线，它在磁场中会受到力的作用吗？接着就以直导线为对象，考虑设计实验，对猜想结果进行验证。此处安排学生分组实验，而非教师演示，这样能让学生有更丰富的体验，也有利于培养学生的观察能力和动手能力。

l.通电导体在磁场中受到力的作用吗

【课堂实录二】学生二人一组，按教材图示进行实验，当学生看到通电直导线在导轨上运动起来时，证明了他们的猜想是正确的：通电的导体在磁场中会受到力的作用，即：磁场对电流有力的作用。教师进一步启发学生思考：实验中能否改变通电导体运动的方向？如何改变？要想实验现象更明显，可以从哪些方面想办法？导体中的电流大小和磁体的磁性强弱对实验效果有影响吗？

2.通电线圈在磁场中会受力转动吗

通过实验，证明学生的猜想是正确的。这对他们的思考是个极大的肯定，可以看到他们脸上难掩兴奋自得的笑容。教师此时顺势发问：如果把通电的直导线换成螺旋状的导线，结果可能会如何？换成通电线圈，情况又会如何呢？至此，学生肯定毫不犹豫地回答：通电线圈将在磁场中受力转动起来，这样就制成了直流电动机。由此很顺畅地将学习引入下一环节。

三、手脑并用做电机

经过以上环节的学习，学生已经明白了课堂开始时提出的核心问题，知道直流电动机是利用“通电线圈在磁场中受力转动”的原理制成的，知道这是磁场对电流的作用，可将电能转化为机械能。但为了进一步探究磁场对电流的作用，需要教师趁热打铁，组织学生自己动手，亲手绕制一个电动机线圈，并让它真正转起来。

1.趁热打铁：做一个通电能转的电动机

【课堂实录三】教师让学生自己绕制线圈，并分析线圈的受力情况，讨论线圈在磁场中通电后能否转动。教师问学生：此实验需要注意什么？学生根据教材图片认为需要注意：与线圈相连的端点要基本保持在同一平面.磁体要放在线圈的正下方，磁体应尽量靠近线圈但不能碰到。接着学生尝试绕制一个多匝线圈，并且满怀信心地希望看到它在磁场中通电后旋转起来。

2.思维冲突：为什么线圈无法持续转动

学生经过实验发现：通电线圈在磁场中只能在某一位置附近摆动，并不能像白己希望看到的那样，绕轴沿着同一方向持续转动。这就引发了学生的思维冲突：通电线圈在磁场中受了力，为什么不能转动呢？那玩具小汽车中的直流小电机为什么能持续转动呢？针对这一现象，教师应抓住时机，组织学生根据教材中图16 28所示，发动学生讨论，分析线圈只能来回摆动而不能持续转动的原因。学生通过受力分析后顿悟：原来线圈不能持续转动的原因是线圈中电流方向不能随线圈的转动而及时改变，导致线圈的受力方向不能及时改变，转动无法持续。那么新的问题自然摆到了学生的面前：怎样让线圈持续转动呢？玩具直流电动机最终是如何做到这一点的呢？

3.神来之笔：谁发明了神奇的换向器

在课堂的思辨性讨论中，大家达成共识：要及时改变线圈的受力方向，就必须在线圈刚转过平衡位置时就及时改变线圈中的电流方向或磁场方向，而且这种改变必须随着线圈的转动始终同步进行。那么，教师问：是改变电流方向方便，还是改变磁场方向方便？又如何实现呢？引导学生思考、讨论，但不能提出解决方案。这时，教师提议大家一起来看看前人的伟大发明：玩具直流电动机上的换向器与电刷，请学生分析这两者的结合是怎样解决“在线圈刚转过平衡位置时就及时改变线圈中的电流方向，从而改变线圈受力方问，使之持续转动”这一难题的。学生在认真分析其工作原理后，领悟到由两个半铜环组成的换向器虽然结构简单，但构思巧妙，T作可靠，这一套简单装置和电刷与线圈非固定式连接的方式蕴藏着极为可贵的创新思想，令人拍案叫绝，为之倾倒。学生在自主悟出换向器工作原理的同时，不由自主地向科学致敬，向人类社会的伟大发明致敬。

四、应用广泛、功勋卓著的电动机

教材在“生活·物理·社会”栏目中介绍了磁悬浮列车，教师可以让学生猜想磁悬浮列车的工作原理；也可以让学生课后查阅相关资料，拓宽知识视野，提高学习兴趣；还可以布置学生收集生活中哪些地方用到了电动机，是交流还是直流电动机；电动机有何优劣；甚至可以让学生以电动机为专题，设计一张小报，或者以“如果世界少了电动机”为题做一个演讲……物理现象来自生活，也必然要求学生的学习也要回归生活。这样的课后作业正是让学生在学习物理时走向生活的必要拓展。

可以说，本课从生活实例——电动机出发，以核心问题为学习起始，展开探索电动机奥秘的实验探究。既用问题作为学生的学习手段，又用核心问题培养了学生的思维，问题的提出和探究无不使学生的思辨充盈课堂，体现了学生作为学习主人的快乐，呈现了良好的学习效果。法国哲学家帕斯卡说过：“人只不过是一根芦苇，是自然界最脆弱的东西，但他是一根会思考的芦苇。因此，我们全部的尊严就在于思想。”由此看来，初中物理课堂不只是学生学习知识、提升技能的场所，更是他们形成思想的场所，是思想碰撞的场所，是有学习尊严的场所！