九年级物理（上册）·第七章 磁与电·第3节 电磁铁教学设计

九年级物理（上册）·第七章磁与电·第3节电磁铁教学设计一、教学内容分析从《义务教育物理课程标准（2022年版）》看，本节内容隶属于“能量”主题下的“电磁能”部分，是“电生磁”原理的具体化与应用延伸，在“电”与“磁”两大知识板块间起着关键的桥梁作用。课标要求学生通过实验，了解电流周围存在磁场，知道通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似，这正是电磁铁概念的起点。本节教学需引导学生超越对单一通电螺线管的认知，迈向对其磁性强弱可控制、可应用的深度理解，从而构建“电流的磁效应通电螺线管电磁铁电磁继电器”这一完整的知识链条。在过程方法上，本节是落实“科学探究”素养的绝佳载体，探究影响电磁铁磁性强弱的因素（如电流大小、线圈匝数）是经典的控制变量法应用场景。其育人价值在于，通过从“认识现象”到“探求规律”再到“技术应用”的完整历程，培养学生严谨求实的科学态度、基于证据进行科学解释的理性精神，并初步建立“科学原理驱动技术革新、技术服务社会生活”的STSE观念。授课对象为九年级学生，他们已具备电流、电路及磁场、磁极相互作用等基础知识，并对电与磁的联系（奥斯特实验）有初步认识。其思维正从具体运算向形式运算过渡，能够进行一定逻辑推理，但将多因素综合、运用控制变量法设计完整探究方案仍是普遍难点。学生在生活中对电磁铁的应用（如电铃、磁悬浮）虽有感性接触，却不明其理，这正是激发探究兴趣的切入点。教学前测可通过快速提问（如“如何增强一个通电螺线管的磁性？”）或简单设计任务（“给你电源、导线、铁芯，如何制作磁力可调的磁铁？”）来探查学生的前概念与思维起点。基于此，教学策略应强化“做中学”，提供结构清晰的探究支架，将复杂的探究任务分解为递进的小步骤。对于基础薄弱的学生，提供“实验操作指引卡”与关键数据记录模板；对于思维敏捷的学生，则鼓励其自主设计验证方案，并思考核心变量之外的可能影响因素（如铁芯粗细、材料），实施分层引导。二、教学目标知识目标：学生能够完整阐述电磁铁的构成（线圈、铁芯、电流），并用自己的语言解释其工作原理是基于电流的磁效应和铁芯的磁化；能准确描述电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数的定性关系（电流越大、匝数越多，磁性越强），并能在具体情境中应用该结论分析问题。最终，学生能列举至少两项电磁铁在生产生活中的实际应用，说明其“磁性强弱可控”的优势。能力目标：学生能够以小组为单位，较为规范地完成“制作电磁铁”与“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”两个实验。重点培养依据探究目的自主设计实验步骤（特别是明确控制变量）、系统收集数据、并根据实验证据归纳得出物理规律的能力。同时，在交流环节，能够清晰陈述本组的实验设计与发现。情感态度与价值观目标：通过亲手制作和探究电磁铁，学生体验物理知识与技术的紧密联系，感受科学探究的乐趣与合作的价值。在讨论电磁铁应用时，初步认识科技发展对社会生产生活的双重影响，激发利用所学知识进行、解决实际问题的意愿。科学思维目标：本节课重点发展学生的“模型建构”与“科学推理”思维。引导他们将实际的电磁铁装置抽象为“电路模型”与“磁场模型”的结合体。在探究实验中，强化“控制变量”这一核心科学方法的逻辑训练，学会在多因素问题中如何有序地分析、归因。评价与元认知目标：设计实验方案后，引导学生依据“变量控制是否明确”、“操作是否安全可行”等标准进行小组互评与自评。实验结束后，通过“回顾反思”环节，让学生评估本组探究过程的优点与不足，思考若重做一次实验，可以在哪些环节进行改进，从而提升对学习过程的监控与调节能力。三、教学重点与难点教学重点：电磁铁的概念及其磁性强弱的影响因素。确立依据在于，电磁铁是电流磁效应最典型、应用最广泛的技术产品，理解其“可控性”是掌握后续电磁继电器、电动机等复杂电磁设备原理的基石。从学业评价角度看，探究影响电磁铁磁性强弱的因素是初中物理实验考查的核心内容之一，综合考查了电路连接、仪器读数、控制变量法和结论归纳等多重能力，具有高阶思维价值。教学难点：运用控制变量法，完整设计并实施探究电磁铁磁性强弱与多个因素关系的实验。难点成因在于，学生虽在之前学习中接触过控制变量思想，但本节首次要求他们面对电流大小、线圈匝数两个核心变量，可能还包括铁芯有无等多个条件，独立完成从提出假设到设计完整对比实验的跨越。学生常见的思维障碍是变量控制不彻底（如探究电流影响时未保持匝数相同）、混淆变量（将滑动变阻器的作用与电流大小的关系理解不清），或从实验现象到结论的归纳表述不严谨。突破方向在于，将大任务拆解，通过递进式的问题链和清晰的实验记录表格搭建思维脚手架。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含电磁起重机工作视频、探究引导问题链、知识结构图）；实物投影仪。1.2实验器材（分组，46人一组）：学生电源（或电池组）、滑动变阻器、开关、导线若干、电流表、大量漆包线（不同规格）、铁芯（大小相同的铁钉或螺栓）、大头针（或小铁屑）一盒、已绕制好不同匝数的线圈样品（供对比用）。1.3学习资料：分层学习任务单（含基础实验步骤指引与拓展探究问题）、课堂练习与评价量表。2.学生准备2.1知识准备：复习电流的磁效应、通电螺线管磁场特点及右手螺旋定则。2.2物品准备：携带物理课本、笔记本和作图工具。3.环境准备教室桌椅按实验小组布局，便于合作与交流；黑板划分出核心知识区、探究过程记录区和学生展示区。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与认知冲突：同学们，我们先来看一段视频（播放电磁起重机搬运废钢铁的短片）。看，它吸起钢铁时多么有力，放下时又如此干脆！请大家思考一个有趣的问题：如果这只是一块普通的磁铁，它能如此“听话”地随时吸起和放下吗？（稍作停顿，让学生思考）对，普通磁铁的磁性是固定的。那么，这个“起重机”的奥秘在哪里？它的“磁力”为何能收放自如？2.引出核心问题：关键就在于，它内部的核心部件不是一个普通磁铁，而是一个——（学生可能回答：电磁铁）。非常好！这就是我们今天要深入研究的对象：电磁铁。它为什么能有磁性？它的“力气”大小由什么决定？我们能否自己制作并控制一个电磁铁？这三个问题，将引领我们今天的探索之旅。3.明晰学习路径：我们的探索将分三步走：第一步，拆解电磁铁，认识它的基本构造；第二步，亲手制作一个简易电磁铁；第三步，也是最有挑战性的，通过实验探究，揭开控制它“力气”大小的秘密。让我们带着好奇，开始第一步吧。第二、新授环节任务一：解构电磁铁——从“知其然”到“知其所以然”教师活动：首先，展示一个拆解开的电磁铁模型（线圈、铁芯分开）和一个完整的电磁铁。提问：“对比普通的条形磁铁，电磁铁在结构上最显著的不同是什么？”（引导学生观察并说出“多了线圈和电源”）。接着，进行演示实验：将铁芯插入螺线管，先不通电，靠近小磁针和大头针，无反应；然后接通电路，再次靠近，观察到吸引现象。“大家看到了什么变化？这个变化说明了什么？”引导学生将现象与已有知识（电流的磁效应、铁磁化）联系起来。最后，总结并板书：“电磁铁=通电螺线管+铁芯。通电时有磁性，断电时磁性基本消失。这就是它的‘可控’基础。”学生活动：观察教师演示和模型，思考并回答教师提问。尝试用已有知识解释现象：通电螺线管产生磁场，使铁芯被磁化，从而大大增强了磁性。在笔记本上记录电磁铁的基本定义和构成。即时评价标准：1.能否准确指出电磁铁与永久磁铁在结构上的关键区别。2.能否将通电后产生磁性的现象与“电流的磁效应”这一核心原理主动关联。3.在记录时，用语是否科学、准确。形成知识、思维、方法清单：★电磁铁的定义：内部带有铁芯的通电螺线管。其磁性产生于电流的磁效应，并通过铁芯的磁化被显著增强。理解“电磁铁是电生磁原理的应用”是起点。▲核心特性——磁性的可控性：通电有磁，断电消磁（剩磁很小）。这是它与永磁体最本质的区别，也是其所有应用价值的根源。★工作条件：必须有电流通过。这提示我们，研究电磁铁，必须始终将其置于一个完整的闭合电路中考虑。任务二：制作初体验——自制简易电磁铁教师活动：提出动手任务：“现在，请大家利用手边的材料（电池、导线、铁钉），制作一个能吸起大头针的简易电磁铁。”在活动前，提出两个引导性问题：“1.线圈是紧密缠绕还是松散缠绕好？2.绕线方向需要规定吗？为什么？”巡视指导，重点关注绕线的紧密程度和电路连接的正确性。请成功的小组展示成果，并提问：“你的电磁铁能吸起多少个大头针？怎样判断它的磁性强弱？”学生活动：小组合作，动手缠绕线圈，连接电路，制作简易电磁铁。尝试用其吸引大头针，感受成功的喜悦。思考并尝试回答教师的引导性问题。通过吸引大头针的数目，直观感受磁性的存在并初识衡量磁性强弱的方法。即时评价标准：1.能否成功完成电路连接并使电磁铁工作。2.绕线是否整齐、紧密。3.能否用吸引大头针的数量来初步比较磁性强弱。形成知识、思维、方法清单：★电磁铁的制作要点：线圈需紧密、均匀地缠绕在铁芯上，以确保磁场集中。这是有效电磁铁的基本工艺要求。★磁性有无的验证方法：通过观察其是否吸引铁磁性物质（如大头针、小铁屑）来判断。▲磁性强弱的直观比较：在相同条件下（如同一盒大头针、同一高度释放），吸引大头针的数量多少可以作为一种定性比较磁性强弱的简易方法。这里已隐含着“转换法”的思想。任务三：科学探究一——磁性强弱与电流大小的关系教师活动：承接上一个任务，提出问题：“大家做的电磁铁‘力气’不一样大。那么，哪些因素会影响它的磁性强弱呢？根据我们学过的欧姆定律和磁场知识，猜猜看？”引导学生提出电流大小、线圈匝数等猜想。聚焦第一个猜想：“如何设计实验来验证‘电流越大，磁性越强’？”组织学生小组讨论，关键引导他们明确控制变量（线圈匝数、铁芯不变），如何改变电流（使用滑动变阻器），如何比较磁性（吸引大头针数量或观察同一枚大头针被吸引的距离）。提供统一的实验记录表格。巡视中，重点指导电流表的正确接入与读数，以及滑动变阻器的规范操作。“注意，我们改变电流大小时，线圈匝数这个条件可要‘按住不动’哦。”学生活动：提出猜想，参与设计实验方案。小组合作进行实验：保持线圈匝数和铁芯不变，调节滑动变阻器改变电路中的电流，分别记录不同电流值时电磁铁吸引大头针的数目。分析数据，尝试归纳结论。各组派代表分享实验现象与初步结论。即时评价标准：1.实验设计是否体现了“控制变量”的思想。2.操作是否规范，特别是电流表的“正进负出”和量程选择。3.数据记录是否真实、完整。4.结论表述是否基于本组证据，且逻辑清晰（“在…一定时，…”）。形成知识、思维、方法清单：★核心探究结论1：在线圈匝数和铁芯一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强。这是电磁铁实现“磁力调节”最常用的方式。★关键科学方法——控制变量法：这是探究多因素问题的核心方法。必须强调“明确变量、控制不变量、逐个探究”的逻辑步骤。▲电流的调节与测量：通过滑动变阻器改变电流，并通过电流表精确测量。这是定量探究的基础，将学生的感性认识推向定量分析。任务四：科学探究二——磁性强弱与线圈匝数的关系教师活动：肯定上一任务的成果，顺势提出新挑战：“电流大小我们研究过了，另一个重要猜想——线圈匝数的影响，该如何验证？”引导学生迁移上一任务的方法。提供预先绕制好的匝数不同（如50匝、100匝）但导线规格相同的线圈，以节约课堂时间。关键提问：“这次，我们要控制哪个量不变？（电流大小）如何保证在不同匝数的线圈下，电流大小相同？”引导学生理解需要调节滑动变阻器，使更换线圈前后电流表示数保持一致。这是本任务的思维难点，需要教师重点点拨。学生活动：在教师引导下，设计实验方案。小组合作，在保持电流相同的情况下，分别将不同匝数的线圈接入电路（套在同一铁芯上），比较它们吸引大头针的能力。记录数据，分析归纳。与任务三的结论进行整合。即时评价标准：1.能否成功将“控制变量法”迁移到新情境中。2.能否理解并做到“控制电流相同”这一关键操作。3.能否将两个探究结论整合，形成完整的认知。形成知识、思维、方法清单：★核心探究结论2：在电流和铁芯一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。匝数设计是电磁铁获得不同磁力的另一个重要工程手段。★控制变量法的深化应用：探究不同因素时，所控制的变量不同。此处控制“电流相同”是难点，也是易错点，需通过具体操作强化理解。▲实验条件的等效控制：使用规格相同的导线绕制不同匝数的线圈，是为了排除导线电阻差异对电流的干扰，体现了实验设计的严谨性。任务五：综合分析与讨论教师活动：引导学生将两个探究结论整合，形成完整表述。提出问题：“如果我想获得一个磁性最强的电磁铁，应该怎么办？”（增大电流、增加匝数）。进一步展示或描述生活中的电磁铁应用实例（如电铃、电磁继电器、磁悬浮列车），让学生分析其中是如何利用电磁铁特性（磁性有无可控、强弱可调）的。最后，提出一个拓展思考题：“电磁铁的磁性除了与电流、匝数有关，还可能和什么有关？（铁芯材料、粗细等）有兴趣的同学课后可以继续探究。”学生活动：总结归纳影响电磁铁磁性强弱的两个主要因素。分析生活实例，体会物理原理的应用。记录拓展思考题，激发课后探究兴趣。即时评价标准：1.能否完整、准确地总结出影响电磁铁磁性强弱的两个因素及关系。2.能否在具体应用实例中识别并解释电磁铁的工作原理。3.是否表现出对知识拓展应用的兴趣。形成知识、思维、方法清单：★知识整合：电磁铁的磁性强弱由内部因素（线圈匝数）和外部电路因素（电流大小）共同决定。这是理解和设计电磁铁应用的核心原理。★STSE观念渗透：科学技术（S）基于物理原理（T），被设计成产品（E），最终服务社会（S）。电磁铁是这一链条的典型范例。▲科学探究的开放性：科学结论是阶段性的，鼓励对更多可能影响因素的思考（如铁芯的横截面积、材料），保持科学探究的开放心态。第三、当堂巩固训练接下来，我们通过一组分层练习来巩固今天所学。1.基础层（全体必做）：判断下列说法是否正确，并说明理由。①电磁铁的铁芯可以用铜棒来代替。（）理由：。②电磁铁通电时吸引铁钉，断电后铁钉仍被吸住不掉落。（）理由：。2.综合层（多数学生完成）：如图是一个电磁铁的工作原理示意图。请结合电路知识分析：当滑动变阻器的滑片P向左移动时，电磁铁的磁性将如何变化？请说明你的推理过程。（此题考察电流变化对磁性的影响，并综合了动态电路分析）3.挑战层（学有余力选做）：某工厂需要设计一个自动分拣装置，要求电磁铁A在检测到金属制品时将其吸起，转运到位置B后放下。请你结合今天所学，构思这个装置中电磁铁电路部分应如何设计（可用文字或简图描述），并说明其工作原理。反馈机制：基础题采用同桌互评，对照标准答案和理由阐述进行核对。综合题请12名学生上台讲解思路，教师进行点评和补充，重点强化“电流路径分析→电流大小变化→磁性变化”的逻辑链。挑战题邀请有独特想法的小组分享设计，教师主要从原理实现的可行性和创新性角度给予鼓励和引导。第四、课堂小结课程接近尾声，请大家不要急于合上课本，我们用三分钟来进行一次“知识盘点”。请以小组为单位，尝试用思维导图或概念图的形式，将本节课的核心知识（电磁铁是什么、怎么工作、磁性强弱受何影响、有何应用）结构化地呈现出来。随后，我会请一个小组展示，其他小组进行补充。回顾一下，今天我们最重要的学习方法是什么？（控制变量法）在探究过程中，你们小组遇到了什么困难？又是如何解决的？这种反思对我们未来的学习非常宝贵。作业布置：必做作业：1.完成课本本节后相关基础练习题。2.画出电磁铁的工作原理简图，并标注各部件名称，用文字简要说明其工作过程。选做作业：查阅资料，了解电磁继电器的工作原理，并尝试解释它是如何利用电磁铁实现“以弱控强、自动控制”的。下节课我们将有机会分享你的发现。六、作业设计基础性作业：1.课后练习：完成教材本节练习中关于电磁铁定义、构成及磁性强弱影响因素的基础性题目。2.作图与简述：绘制电磁铁的结构示意图，并用箭头标出电流方向，配以简要文字说明其工作原理。拓展性作业：情境分析与设计：观察或回忆学校电铃的工作过程，撰写一份简短的报告，分析电铃电路中电磁铁是如何被控制，从而实现持续敲铃的。或者，设计一个利用电磁铁和简单电路制作的“简易门窗防盗报警器”概念方案。探究性/创造性作业：微型项目研究：假设你是玩具设计师，需要设计一个“磁力可调的钓鱼玩具”（电磁铁作为鱼竿头，小鱼模型内含铁片）。请提交一份设计草案，包括电路图、所需材料清单，并重点说明如何通过电路设计实现“磁力”的可调（例如，通过电位器调节电流，或通过切换不同匝数的线圈），并分析其可行性。七、本节知识清单及拓展★1.电磁铁的定义：内部带铁芯的通电螺线管。理解其“电磁铁”是“电生磁”原理的典型应用装置，其本质是一个磁场受电流控制的磁体。★2.电磁铁的工作原理：基于电流的磁效应（通电螺线管产生磁场）和铁磁性材料的磁化特性（铁芯被磁场强烈磁化，成为磁体，极大地增强了磁场）。可将整个过程简述为“电→磁→铁芯被磁化→强磁场”。★3.电磁铁的基本性质：通电时有磁性，断电时磁性几乎消失（有微弱的剩磁，但通常忽略不计）。这是其区别于永磁体的根本特性，即“磁性的可控性”。★4.电磁铁磁性强弱的影响因素：这是本节核心探究结论。①电流大小：在线圈匝数和铁芯一定时，电流越大，磁性越强。这是最常用的实时调节方式。②线圈匝数：在电流和铁芯一定时，匝数越多，磁性越强。这是在设计制造时确定的参数。▲5.实验方法：控制变量法：这是探究多因素问题的科学方法精髓。需牢记探究某一因素时，必须确保其他可能影响因素保持不变，最后综合多个单因素实验得出完整结论。★6.磁性有无的判断与比较：常用吸引铁屑、大头针等铁磁性物质来检验磁性有无。定性比较磁性强弱时，可采用吸引同种小铁钉的数量，或吸引同一铁质物体的距离/力度。▲7.铁芯的作用：铁芯采用软铁等易磁化、易退磁的材料，目的是增强磁场，而非成为永磁体。插入铁芯后，磁场强度可增强成百上千倍。★8.电磁铁的应用实例：电铃、电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、扬声器（动圈式）等。分析应用时，关键抓住“如何控制其通电/断电”以及“如何调节其磁力大小”两点。▲9.电磁铁的优点：与永磁体相比，其磁性有无可控、磁性强弱可调、磁极方向可通过改变电流方向改变（结合下一节内容），因而应用极其灵活广泛。▲10.探究中的易错点：①探究电流影响时，误以为移动滑片改变了电压就改变了磁性，未能建立“电压变化→电流变化→磁性变化”的完整逻辑链。②探究匝数影响时，忘记控制电流相同。③实验结论表述不完整，缺少“在……一定时”的前提条件。八、教学反思（一）教学目标达成度分析从当堂巩固训练与课堂观察来看，本节课预设的知识与能力目标基本达成。绝大多数学生能准确阐述电磁铁的构成与工作原理，并口头描述磁性强弱与电流、匝数的关系。在能力目标上，大部分小组能较为规范地完成两个探究实验，记录数据，并能基于本组证据得出结论，体现了基本的科学探究能力。情感目标方面，学生在动手制作和实验环节参与度高，气氛活跃，尤其在成功吸起大头针时表现出兴奋感，对电磁铁的应用实例也表现出兴趣，初步建立了科学应用于技术的直观感受。（二）教学环节有效性评估导入环节的视频与提问有效制造了认知冲突，激发了学习动机。“三步走”的路线图让学生对课堂结构有清晰预期。新授环节的五个任务层层递进，逻辑线清晰。特别是将复杂的“探究影响因素”大任务拆解为两个相对独立又互相关联的子任务（任务三、四），并辅以清晰的实验记录表格，有效降低了学生自主探究的难度，脚手架搭建比较成功。任务五的综合分析与讨论，将探究结论与应用场景结合，实现了知识的升华。巩固训练的分层设计满足了不同学生的需求，挑战题激发了部分学生的创造性思维。小结环节引导学生自主构建知识图，促进了知识的结构化。（三）学生表现与差异化应对在小组活动中观察到明显的层次差异。约三分之一的小组能迅速理解任务要求，自主完成实验设计并高效操作，对于这部分学生，教师通过提出拓展性问题（如“能否用其他方法判断/比较磁性？”）进行拔高。半数小组在教师的关键点拨（如控制电流相同）和巡视指导下能顺利完成。仍有少数小组在电路连接或变量控制上存在困难，针对他们，教师提供了更具体的操作指