《电磁铁的磁力》项目式学习设计.docx

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《电磁铁的磁力》项目式学习设计

《电磁铁的磁力》项目式学习设计

深圳市大鹏新区葵涌中心小学余彩丽

一、教学背景

很难想象自己在三个星期内把一节课足足尝试了三种不同的教学方法，刚开始采用“概念图—探究式学习”，这是笔者尝试多年得心应手的教法，相信很多老师都深谙其道——控制变量法。

但执教的过程中，我们发现课本中探究影响电磁铁磁力大小的三个因素——电池数量、线圈圈数和铁芯大小，这三个实验的条件控制是不严谨的，因为影响电磁铁磁力大小的因素实在太多了——铁芯吸附面积大小（吸合面）、铁芯吸合面与小铁钉（被吸物件）之间的间隙、铁芯大小、铁芯长短、缠绕线圈与吸合面之间的距离，缠绕线圈的多少、缠绕线圈的松紧程度与缠绕角度、电流的大小、电压的稳定性等等，所以我们让学生亲自去组装电磁铁并尝试改变一个实验变量去论证某一种因果关系是有困难的，归因于在控制“相同条件”时，我们做不到“标准化”的控制，导致组别之间的实验结果无可比性，让所有实验数据“亮相”进行集体论证的意义也不大，最后我们选择了小组论证，好像大体也看出了一点变化：

电池数量越多，线圈圈数越多，电磁铁的磁力是增大了，但这个变化能说明就是仅仅某个实验变量造成的吗？

或许我们吹毛求疵，但学生惊奇地发现：

我们重复测量时（实验测量3次），每次的实验数据差异那么大，有时一节电池吸引小铁钉的数量远远超过二节电池的；有时线圈圈数少的电磁铁比线圈圈数多的电磁铁更能吸；有时小铁芯比大铁芯更能增大磁力；有时大铁芯又比小铁芯更能增大磁力……实验数据的“反常”，奇异数据的出现，解释与真理的相悖，我们进行了归因，都指向了“实验条件”的控制不严谨，因此我们在寻求各种方法尽量做到严格控制实验变量，例如在铁芯上面做红线标记作为绕线的起点或终点；铁芯“搅拌式”地吸附小铁钉，让铁芯吸合面充分接触小铁钉；或采用有螺纹的螺钉作为铁芯方便规范绕线；用万用表检测同一批次的电池电量确保电流电压正常；用碱性电池替换碳性电池确保电压的稳定性；甚至想用稳压器、直流电等等。

以上这些课堂的困扰，笔者一直思考：

要么发明新教具，要么尝试另一种可行的教学方法，既让学生明白电磁铁的奥秘，也让老师从课堂中解放出来。

因时间有限，于是选择了尝试不同的教学方法，现将每一次执教的教学设计和教学效果、教学反思与大家分享。

二、尝试过程

第一次尝试：

《电磁铁的磁力》项目式学习设计

一、学情基础

《电磁铁的磁力

（一）》和《电磁铁的磁力

（二）》是六年级上册第三单元第3、4课的内容，为2课时，笔者将其融合，设计成一个完整的项目式学习——制作一个小型起重机，让课堂与真实世界相连接，学生主动探索现实世界的问题和挑战,并在这个过程中领会到更深刻的知识和技能。

已执教完成部分：

第一课时：

学生制作《一个“能吸小铁钉”的电磁铁》，学生通过制作电磁铁，熟练掌握相关制作要领，如下：

1.绕线尽量靠近钉帽部分；

2.电磁铁钉帽部分竖直吸小铁钉；（真实模拟）；

3.电磁铁通电时，不能长时间接通，以免耗电太多；

4.固定绕线的技巧；

5.……

［设计意图］此环节是学生不可缺少的知识与技能储备，它决定了下一节课能否成功制作小型起重机。

这一课教学目标——制作一个只要能吸小铁钉的电磁铁即可，课堂教学核心在于学会组装电磁铁，领会组装要领，但尚未探究电磁铁的相关奥秘。

二、教学准备

电磁铁实验装置（学生实验、教师备用），起重机空支架，实验记录单

三、教学目标

（一）科学概念

1.电磁铁的磁力是可以改变的；

2.电磁铁的磁力大小与线圈圈数、电池数量、铁芯大小有关。

（二）过程与方法

1.解决一个开放式问题——制作有特定要求的电磁铁的经历来学习；

2.实施项目，不断调整自己的项目计划，摸索电磁铁的奥秘。

（三）情感态度与价值观

1.促进学生的自我反思和宽容合作的精神。

2.进入学用结合的过程，体验对真实世界的思考和观察。

3.锻炼团队合作和领导力，计划以及执行项目的能力。

四、教学过程

（一）联结现实、引发思考（3分钟）

师：

1.播放电磁起重机视频，引发思考；

2.图片展示电磁起重机内部核心元件——电磁铁，与学生原有知识储备相连接；

生：

1.观看视频，提出问题；

2.理解电磁起重机与电磁铁之间的关系。

3.回顾电磁铁的组装技术要领，为教学下一环节做铺垫。

（二）项目学习，探究奥秘（20分钟）

师：

1.比一比：

哪组制作的电磁铁吸小铁钉最多。

2.实验材料选择：

（1）电池——不限，但最多3节；

（2）线圈——不限，最多可绕70圈，以10的倍数进行改变。

（3）铁芯——大铁芯、小铁芯

3.比赛标准：

电磁铁吸小铁钉3次，取最大值。

4.下发项目制作记录单；

生：

1.理解实验要求；

2.团队分工合作，动手制作；

3.在制作过程中发现电磁铁的相关奥秘；

4.填写项目制作记录单；

5.汇报。

（重点）

项目效果预测：

1.经历由少变多（可找规律）

2.经历由多变少（可找规律）

3.经历一直变多（可找规律）

4经历一直变少（可找规律）

5.只经历一次（项目失败，可与其他小组比较找规律）

6.有经历但不符大多现象（排除操作、材料等问题5）

7.……

总结发现：

1.电磁铁的磁力是可以改变的；

2.电磁铁的磁力与线圈圈数、电池数量有关：

线圈圈数多，磁力大；线圈圈数少，磁力小；电池数量多，磁力大；电池数量少，磁力小。

3.电磁铁的磁力与铁芯大小有关：

铁芯大，磁力大；铁芯小，磁力小；

铁芯大，磁力小，铁芯小，磁力大。

备注：

铁芯大小对磁力的影响，传统教学认为铁芯大，磁力大；铁芯小，磁力小，但在实际使用中，并非铁芯越大越好，不同组别的学生做出的结果不一致，综合学生的数据记录，发现铁芯的选取取决于电流大小有关，电流越大（例如三节电池），选取较大的铁芯比较有优势（能吸），电流越小（例如一节电池），选择较小的铁芯比较有优势（能吸），这说明铁芯的选择不是绝对的，因此这环节对铁芯的选取不能做出绝对的判断。

（三）知识巩固，提升认知（8—10分钟）

师：

1.根据发现，如何利用现有的实验材料制作出一个“磁力最大”的电磁铁？

2.分组实验（基于时间有限，教师自备“磁力最大”的电磁铁装置12组，6组选择小铁芯制作，6组选择大铁芯制作）

3.展示学生实验数据，比较“自制电磁铁”与“磁力最大电磁铁”两组数据，进一步验证学生的发现。

生：

1.思考：

组装磁力最大的电磁铁：

电池3节、线圈70圈

2.分组实验，测量数据，并分析。

（四）组装起重机，形成成品（7—9分钟）

师：

1.出示起重机支架模型，微视频播放“磁力最大”的电磁铁如何安装在起重机支架上；（简单部分）

2.视频播放现实世界中电磁铁起重机的制作过程。

（工艺、材料、技术、性能……）

生：

1.学生组装小型起重机，并形成成品，如下：

安装部分

2.明白自制起重机与现实起重机的差距，进一步加深与现实世界的联系。

五、教学效果及反思

学生自制电磁铁，比一比：

哪组制作的电磁铁吸小铁钉最多（定量并定性分析），问题开放了，学生也兴奋起来，经过几次尝试，终于组装出磁力最大的电磁铁，并将数据填入“自制电磁铁”表格。

经过统计，12个小组当中，只有2个小组在自制电磁铁的过程中会每次只改变一个变量并发现其规律变化，其余10个小组是同时改变两个或三个条件进行实验，最终电磁铁的磁力确实是增大了，但定性分析的时候，只能说明电磁铁的磁力可能与某些变量有关，却无法说明它们之间的具体关系是怎样的。

那么面对这张“自制电磁铁”表格，我们也感觉到处理这些数据非常棘手：

第9组电磁铁的磁力是最厉害的，他们缠绕线圈数是60圈，比第1、4、6、8小组的70圈都要厉害，这与理论上是相悖的（线圈圈数多，磁力大；线圈圈数少，磁力小。

）；第10小组的一节电池比第1、4、8小组的三节电池都厉害，这又与理论上相悖（电池数量多，磁力大；电池数量少，磁力小。

），最后我们也是放弃了集体论证，从“电池数量、线圈圈数、铁芯大小”三个方面进行纵向分析，找出小组的共同选择，例如电池数量，除了第10小组选择了一节电池，其余小组都选择了3节电池；线圈圈数，所有小组的选择偏向于绕多点线圈；所有小组选择了大铁芯。

那么如果重新制作一个磁力最大的电磁铁，学生又会怎么选择材料呢？

（选择3节电池、线圈70圈、大铁芯）。

后来在童老师和潘老师的指导下，建议不再从“定量分析”下手，一是误差大，二是数小铁钉花时间，以电磁起重机为学习载体，以闯关形式完成不同难度的任务，特别是多个因素影响电磁铁磁力的情况下，实验材料不能同时给，而是每完成一个任务后再提供其他实验材料，这样就避免了学生同时去改变多个实验条件，而且很容易找出电磁铁的奥秘，于是开展了第二次尝试，如下：

第二次尝试：

《电磁铁的磁力》项目式学习设计

一、学情基础

《电磁铁的磁力

（一）》和《电磁铁的磁力

（二）》是六年级上册第三单元第3、4课的内容，为2课时，笔者将其融合，设计成一个完整的项目式学习。

已执教完成部分：

第一课时：

学生制作一个“能吸小铁钉”的电磁铁，并将电磁铁挂在“起重机”上，形成一个简易的电磁起重机，熟练掌握相关制作要领，如下：

1.绕线技巧（沿螺纹绕）；

2.小组成员配合运行电磁起重机；从一个地方运往另一个地方；

3.电磁铁通电时，不能长时间接通，以免耗电太多；

4.如何在电磁起重机上增加电池数量；

5.……

［设计意图］此环节是学生不可缺少的知识与技能储备，它决定了下一节课能否完成不同难度的任务。

这一课教学目标——制作一个简易电磁铁起重机即可，课堂教学核心在于学会组装电磁铁，领会组装要领，但尚未探究电磁铁的相关奥秘。

二、教学准备

电磁铁实验装置（学生实验、教师备用）——铁芯两根、导线两根（一根90厘米，一根40厘米），电池两节，起重机空支架，作战路线图，电池装置（额外提供材料），三个重量不同的障碍物（螺母），导线若干。

三、教学目标

（一）科学概念

1.电磁铁的磁力是可以改变的；

2.电磁铁的磁力大小与线圈圈数、电池数量有关。

（二）过程与方法

1.完成不同难度的起重任务；

2.实施项目，不断调整自己的项目计划，摸索电磁铁的奥秘。

（三）情感态度与价值观

1.促进学生的自我反思和宽容合作的精神。

2.进入学用结合的过程，体验对真实世界的思考和观察。

3.锻炼团队合作和领导力，计划以及执行项目的能力。

四、教学过程

（一）特工播音，明确任务（3分钟）

播音内容：

各位特工，你们好！

我是特工学院院长金博士，我方稀有铁矿落入敌人的陷阱，需要你们组装电磁起重机立刻前往目标地进行营救。

敌人在路上设了两个障碍，我们必须在规定时间内攻破障碍，赶在敌人到达之前带回铁矿。

下面由我的秘书余老师，余老师，请你讲解具体作战计划。

秘书余老师：

各位特工队，请看作战路线图，我们需先攻破第一关，首先大家在原地组装起重机，然后用起重机将障碍物1或障碍物2从A区域运往B区域，必须在10分钟内完成，如果成功搬运障碍物1，将获得30个金币，成功搬运障碍物2可以获40个金币，所有作战完成后，获得总金币80个以上将获得金博士的神秘礼物。

大家准备好了吗？

现在开始计时。

（二）攻破第一关，首先引发思考（15—18分钟）

实验材料：

电磁铁实验装置——铁芯两根、导线两根（一根90厘米，一根40厘米），电池两节，起重机空支架，作战路线图，两个重量不同的障碍物（障碍物1——轻，障碍物2——较重），

［设计意图］第一关的实验材料已经限制，只能改变线圈圈数，经过笔者的多次尝试，短导线绕成的电磁铁基本可以吸起最轻的障碍物1，但吸不起较重的障碍物2；长导线绕成的电磁铁基本能吸起障碍物2，利于学生发现电磁铁磁力大小与线圈圈数之间的关系。

（10分钟过后）播音：

请各位特工归位，金博士有话说：

各位特工，时间到，现在我们准备进攻第二关，但是我们现在需要发现问题，总结原因，这对第二次进攻有一定的帮助。

参与分享经验的小组将获得10个金币。

师：

谈谈你们的成功秘诀；失败的小组，你们的问题出在哪里？

生：

分享经验。

成功秘诀：

增加线圈圈数可以增大电磁铁的磁力。

（三）攻破第二关，再次引发思考（15—18分钟）

实验材料：

第一关所用实验材料，电池两节（额外提供），障碍物3（最重）。

老师给出闯关任务：

现在我们攻破第二关，请同学们继续使用原来的实验材料，可以对电磁铁进行改装或不改装，将障碍物3从B区域运往C区域，在10分钟内完成，成功的小组将获得60枚金币，现在开始计时。

（3分钟后，发现只有1个小组成功，12个小组失败）

教师额外提供材料：

增加电池两节。

（7分钟后，8个小组成功完成任务，4个小组任务失败）

师：

谈谈你们的成功秘诀；失败的小组，你们的问题出在哪里？

生：

分享经验。

（失败的小组原因有：

电池接反无磁力；电路短路时间太长，电池发烫有味道；电量消耗太多，增加两节电池后还是无法吸起）

成功秘诀：

增加电池数量可以增大电磁铁的磁力。

（四）总结经验，提升思考

师问：

1.起重机靠什么力搬运障碍物的？

2.怎样的起重机磁力会更大？

3.我们制作的简易电磁起重机与现实中的电磁起重机有什么不同？

生：

思考，回答

五、教学效果及反思

笔者感受：

因课堂尝试的时间太紧了，短短的3天内完成2节课内容的试教真的是脱筋带骨，试教了两个班，两个班的实验情况都是不同的，以致真正在大众面前执教的时候，心里都是没谱的，但这个实验情况又是可控的，所以学生无论走到哪步无论情况如何，老师都得不停地调整实验计划，不停地应对各种临时状况。

例如电池问题，试教的时候，同一批次购买的电池都已经测试过电压和电量了，但没想到上展示课的时候，电池竟然不耐用了（估计部分电池是放置太久了，滥竽充数），导致有4个小组在第一次攻关的时候连最小的障碍物都吸不起了；在第一次攻关，有的小组将两根导线同时一起绕在同一根铁芯上，有的小组将两根导线接驳延长后再绕线；有的小组一着急不讲究绕线方法了……这些其实都是允许的，只是老师的心理预期没做好准备……

童老师点评：

我们看到余老师的课，用项目化学习的方式组织孩子学习，她自己都不知道会走到哪一步，她没根没底，非常大胆，值得肯定。

我们有时是否会自我挑战一把，让自己处于一种完全不可控的教学过程，不知道学生的操作会走到哪一步，学生的理解水平会到哪一步，我们能不能像余老师一样来试一试？

我觉得她今天在这样的场合下进行尝试真的是非常大胆，但我们也看得出来，这个过程中她其实一直在纠结，一直在回顾，一直在紧紧抓住我们提出的基础素养中的一个点，就是孩子的基础知识和对基础概念的认识，所以她每走一步都要问学生，但是我们今天看出来孩子在理解上是没有难度的，孩子操作过后自然就知道了磁力大小和线圈圈数、电池数量的关系。

这就会让我们思考，当我们在培养孩子基础素养时，从课程标准中提到的基础科学知识、基本探究技能、基本批判思维、基本科学精神，这些都是基础，我们到底要怎样取舍，什么是这节课应该培养的基础。

今天余老师这节课有一个非常好的尝试，但她总要回到基础知识时，实际上就有点让自己裹足不前，也有点让学生裹足不前。

这本来是一个非常开放的问题，应该是让孩子有更多思想火花激发的闯关游戏，但孩子好像是在戴着镣铐舞蹈。

我们再想，到了六年级，我们到底要培养孩子什么样的基础素养呢？

这些素养指向哪里？

我相信每个人都清楚，我们的科学不仅仅是带给孩子们基础知识、基本能力，更重要的是有一种科学的精神、科学的思想，让孩子们学会大胆求证，我们应该更多地鼓励学生用自己的方法去解决老师设定的问题，让孩子具备一定的解决问题能力，这既是我们以前倡导的科学探究，也是现在大家说的项目化学习中非常关键的一点，它既是起点，又是终点。

所以这节课如果要落到某一个基础素养，我更希望这节课是培养孩子解决问题的能力，让孩子有更多思考问题的方向，我们提供更大的一种空间让孩子在这里去解决他们以前可能从来没有遇到过的问题。

所以，老师要尝试一把，学生更应该要尝试一把，这就是我们所说的基础素养当中比较基础的东西。