初中物理九年级“探究电磁铁磁性强弱的因素”创新实验教学设计

初中物理九年级“探究电磁铁磁性强弱的因素”创新实验教学设计

一、教学基本信息

（一）课题名称：探究电磁铁磁性强弱的因素

（二）授课年级：初中九年级

（三）课时安排：1课时（45分钟）

（四）教材版本：人教版九年级物理全一册

二、教学指导思想与设计理念

本节课的设计严格遵循《义务教育物理课程标准（2022年版）》的核心素养导向，摒弃传统的“验证性实验”教学模式，构建以学生发展为中心的“探究性学习”课堂。设计理念聚焦于“科学探究”的完整链条，强调“做中学”与“学中思”的深度融合。通过创设真实且富有挑战性的问题情境，激发学生的内在学习动机；引导学生经历“发现问题——猜想假设——设计实验——进行实验——分析论证——评估交流”的全过程，使学生在动手实践、合作探究中深度建构“电磁铁磁性强弱影响因素”的核心物理概念。同时，将科学思维、科学态度与责任感的培养贯穿始终，通过“跨学科实践”的延伸，引导学生运用跨学科知识解决实际问题，如设计“电磁起重机的改进方案”，从而发展学生的创新意识与实践能力，实现物理学科育人价值的最大化。【非常重要】【核心素养导向】

三、教材分析与学情研判

（一）教材分析

“探究电磁铁磁性强弱的因素”位于人教版九年级物理第二十章“电与磁”的第三节，是继“磁现象”、“磁场”及“通电螺线管”之后，对“电生磁”知识的深化与应用延伸。本节内容是电磁学部分的核心实验之一，它不仅是理解电磁继电器、电磁起重机、电话等电磁应用的基础，更是培养学生科学探究能力、控制变量法思想的重要载体。【非常重要】【高频考点】【承上启下】教材通过一个完整的探究课题，引导学生将理论知识与实践操作紧密结合，揭示了电流、线圈结构等因素对磁性强弱的影响，为后续学习“电动机”、“磁生电”等内容奠定坚实的知识与能力基础。

（二）学情研判

1.知识基础：学生已初步掌握磁体的基本性质、磁极间的相互作用，理解了通电螺线管的磁场分布及安培定则的应用，知道电流可以产生磁场。这为本节课探究电磁铁的特性提供了必要的知识铺垫。【基础】

2.能力水平：九年级学生具备一定的观察能力和逻辑思维能力，初步掌握了控制变量法的思想，并在之前的物理实验中有所运用。但对于设计复杂的、包含多变量的探究方案，以及在实验中精确控制条件、排除干扰、分析实验数据并归纳出规律的能力尚显不足，需要教师的引导与小组协作来完成。【难点】

3.心理特征：学生对“电磁铁”这一能将“电”与“磁”奇妙结合的事物充满好奇，有强烈的动手操作欲望和探索未知的兴趣。这种认知内驱力是开展探究性学习的宝贵动力。但同时，面对多因素影响的复杂问题时，部分学生可能产生畏难情绪，需要教师通过巧妙的问题链和梯度化的任务设计来化解。

四、教学目标设定

依据核心素养的四个维度，本节课的教学目标设定如下：

1.物理观念：

（1）理解电磁铁的工作原理，即利用电流的磁效应来工作。

（2）知道电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数有关。了解电磁铁的其他影响因素（如有无铁芯）。【基础】

2.科学思维：

（1）能够基于观察和已有知识，对影响电磁铁磁性强弱的可能因素提出合理的猜想与假设。

（2）掌握并熟练运用“控制变量法”设计多因素问题的探究方案。【非常重要】

（3）能通过分析实验现象和数据，运用归纳、概括的方法得出科学结论。

3.科学探究：

（1）能根据探究目的和已有条件，设计出完整的、可操作的实验步骤。

（2）能正确使用电流表、滑动变阻器、导线、铁钉、漆包线等器材，动手组装电磁铁并进行实验。【重要】

（3）能准确记录实验现象和数据，并以口头或书面形式与同学进行交流与讨论。

（4）能对探究过程和结果进行评估与反思，尝试改进实验方案。

4.科学态度与责任：

（1）在探究过程中，养成严谨细致、实事求是的科学态度，以及乐于合作、善于沟通的团队精神。

（2）通过了解电磁铁在现代科技中的应用（如磁悬浮列车、电磁起重机），体会物理知识对社会发展的推动作用，激发科技报国的责任感。【热点】

五、教学重点与难点

（一）教学重点：

1.通过实验探究得出电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数的关系。【高频考点】

2.进一步学习和巩固控制变量法在物理探究中的应用。【重要】

（二）教学难点：

1.设计完整的、可操作的实验方案，尤其是如何“显示”和“比较”电磁铁磁性强弱的方法选择与实现。

2.在探究线圈匝数对磁性强弱的影响时，如何确保流过不同匝数线圈的电流保持不变。

六、教学方法与准备

（一）教学方法：启发式教学法、实验探究法、小组合作学习法、多媒体辅助教学法。

（二）教学准备：

1.实验器材（以4人小组为单位准备）：

【非常重要】【实验器材】

（1）电源（干电池组或学生电源，建议3节新干电池串联提供约4.5V电压）；

（2）电流表（量程0-0.6A，0-3A）；

（3）滑动变阻器（20Ω，2A）；

（4）开关、导线若干；

（5）两个完全相同的、表面光滑的大铁钉（长度约8-10cm）；

（6）不同规格的漆包线（直径0.5mm和0.8mm各一卷，便于缠绕不同匝数）；

（7）一小堆大头针（或回形针）；

（8）砂纸（用于打磨漆包线接头）。

2.多媒体课件：包含电磁起重机工作视频、磁悬浮列车图片、实验设计示意图、评估反思问题等。

七、教学实施过程（核心环节）

（一）创设情境，激趣导入（约3分钟）

【教师活动】播放一段电磁起重机在码头高效装卸废钢铁的震撼视频。视频结束后，提出问题：“这台巨大的机器为什么能如此轻松地吸起和放下成吨的废铁？它的‘神秘之手’是什么？这个‘手’的力气是固定不变的吗？怎样才能让它力气更大或更小？”

【学生活动】观察视频，被宏大场景吸引，思考并尝试回答：那是电磁铁。猜测其磁性强弱可能可以改变。

【设计意图】利用生活与科技中的真实场景，迅速抓住学生的注意力，将抽象的物理概念与具体的工程应用联系起来，自然引出本节课的研究对象——电磁铁，并激发学生探究其磁性强弱奥秘的求知欲。【热点】【跨学科视野】

（二）任务驱动，猜想假设（约5分钟）

【教师活动】引导学生回顾旧知：“电磁铁是由哪几部分构成的？它的核心工作原理是什么？”（由线圈和铁芯构成，利用电流的磁效应）。接着，展示一个事先绕好的简易电磁铁，通电后吸引起少量大头针。教师提问：“这个电磁铁力气不大。如果我们想设计一个磁性更强的电磁铁，你们认为可以从哪些方面去改进？大胆提出你们的猜想。”

【学生活动】小组内迅速讨论，基于生活经验和已有知识提出猜想：

1.可能与电流大小有关。电流越大，磁性可能越强。（类比灯泡亮度与电流关系）

2.可能与线圈的匝数有关。匝数越多，磁性可能越强。

3.可能与铁芯的粗细、材料有关。

4.可能与导线的粗细有关。

【教师活动】将学生的猜想汇总板书在黑板上，并给予积极肯定。引导学生聚焦核心因素：“今天由于器材和时间限制，我们先重点探究大家普遍认为最关键的两个因素：电流大小和线圈匝数。至于铁芯的影响，我们可以作为课外拓展探究。”【重要】【聚焦核心问题】

【设计意图】猜想是科学探究的灵魂。鼓励学生大胆假设，无论对错，都保护了他们的创新思维。通过聚焦，明确了本节课的探究方向，体现了科学研究的严谨性。

（三）设计实验，方案共商（约10分钟）

【教师活动】这是本节课的难点突破环节。教师通过一系列递进式问题，引导学生逐步完善实验方案。

问题1：“如何显示和比较电磁铁磁性的强弱？也就是如何量化‘力’的大小？”【难点1】

引导学生讨论，比较不同方案的优劣：

A.看吸引大头针的数量（操作简便，直观，但精度不高，可用于定性比较）。

B.用弹簧测力计吊着一个铁块，测量电磁铁对铁块的吸引力（精度高，但操作复杂）。

【师生活动】鉴于课堂实际，师生共同决定采用吸引大头针的数量作为比较磁性强弱的指标。【基础】

问题2：“研究电流大小对磁性强弱的影响时，应该控制哪些变量不变？改变哪个变量？如何改变电流？”

【学生活动】明确应控制线圈匝数、铁芯相同，改变电流大小。改变电流大小的方法：通过改变串联的电池节数或使用滑动变阻器。

【教师引导】为了更精确和连续地改变电流，我们选择使用滑动变阻器和电流表。指导学生设计出电路图（电磁铁、滑动变阻器、电流表、开关、电源串联）。

问题3：“研究线圈匝数对磁性强弱的影响时，应该控制哪些变量不变？改变哪个变量？这里最大的困难是什么？如何解决？”【难点2】

【学生活动】意识到应控制电流大小、铁芯相同，改变线圈匝数。最大的困难是：当匝数改变时，线圈的电阻也改变了，如果不调整，电流也会随之改变，这就无法单独研究匝数的影响。

【教师精讲】此时需要运用控制变量法的精髓。正确的做法是：在改变线圈匝数的同时，必须调节滑动变阻器，使电流表的示数（即通过电磁铁的电流）保持与前一次实验相同。这样，我们才能公平地比较不同匝数下磁性的强弱。

【设计意图】通过层层递进的问题链，引导学生主动思考实验设计的关键细节，特别是对控制变量法的深入理解和灵活运用，以及对“保持电流不变”这一难点的突破。整个过程培养了学生的科学思维和严谨态度。【非常重要】【控制变量法】

（四）动手实验，收集证据（约18分钟）

【教师活动】强调实验安全（如避免短路），分发实验器材，指导学生以小组为单位进行实验操作。巡视指导，及时发现并解决各组在操作中遇到的问题，例如：

1.漆包线接头绝缘漆是否打磨干净？（通电的关键）

2.电流表量程选择是否正确？正负接线柱是否接反？

3.滑动变阻器滑片是否在阻值最大处？

4.实验数据记录是否清晰？要求每组设计自己的数据记录表格。

【学生活动】小组成员分工合作（如操作员、记录员、观察员、器材管理员），按照设计的方案进行实验。

5.探究电流大小的影响：保持线圈匝数一定（例如在铁钉上均匀缠绕50匝），调节滑动变阻器，使电流分别为0.2A、0.3A、0.4A，每次闭合开关，观察并记录电磁铁吸引大头针的数量。重复实验一次，取平均值。

6.探究线圈匝数的影响：保持电流一定（例如固定在0.3A），分别用不同匝数的线圈（如50匝、100匝、150匝）进行实验。在更换不同匝数的电磁铁后，重新调节滑动变阻器，使电流表的示数精确指在0.3A，再闭合开关，观察并记录吸引大头针的数量。重复实验。

【设计意图】将课堂主体时间交给学生，让他们亲历实验过程，动手操作、动眼观察、动脑思考、动口交流。教师从“主讲者”转变为“指导者”和“促进者”，充分体现学生的主体地位。

（五）分析论证，得出结论（约5分钟）

【教师活动】组织各小组汇报实验数据，鼓励小组间进行数据对比。引导全班同学分析数据，寻找规律。

【学生活动】各小组代表将本组数据投影展示，并尝试归纳结论。

1.分析“电流影响”数据：发现随着电流增大，吸引大头针的数量增多，说明磁性增强。反之，电流减小，磁性减弱。

2.分析“匝数影响”数据：发现在电流相同时，线圈匝数越多，吸引大头针的数量越多，说明磁性越强。反之，匝数减少，磁性减弱。

【教师总结】与学生共同提炼出本节课的核心结论：【非常重要】【高频考点】

（1）电磁铁的磁性强弱与通过线圈的电流大小有关。电流越大，磁性越强；电流越小，磁性越弱。

（2）电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关。外形相同的线圈，匝数越多，磁性越强；匝数越少，磁性越弱。

（3）电磁铁在有铁芯时比无铁芯时磁性强大很多（可以结合之前的演示或让学生简单体验）。【拓展】

【设计意图】培养学生基于证据进行分析和归纳的科学论证能力，形成严谨的科学结论。

（六）评估交流，反思提升（约3分钟）

【教师活动】引导学生对本次探究活动进行反思和评估。

提问：“你们的实验数据和理想情况完全一致吗？有没有出现什么偏差？可能的原因是什么？你们的实验方案还有哪些可以改进的地方？”

【学生活动】展开热烈讨论，反思可能存在的问题：

1.测量吸引大头针数量时，计数不准确。

2.不同匝数电磁铁外形不完全相同，导致散热或磁路差异。

3.电池用久了，内阻变化导致电压不稳定。

4.实验设计上，可以尝试用弹簧测力计更精确地测量磁力。

【设计意图】评估与交流是科学探究中不可或缺的一环。引导学生正视实验误差，分析其来源，并思考改进措施，有助于培养他们批判性思维和精益求精的科学态度。

（七）学以致用，拓展延伸（约1分钟）

【教师活动】回扣课堂开始的电磁起重机，提出问题：“现在，请你们以工程师的身份，运用今天所学的知识，为码头设计一个能搬运更多货物的电磁铁改进方案。你们会从哪些方面入手？”（学生回答：增大电流、增加线圈匝数、换用更好的铁芯等。）

【布置作业】

1.基础作业：完成课后练习题，巩固所学知识。

2.拓展探究作业（跨学科实践）：【非常重要】【跨学科视野】【热点】

以小组为单位，查阅资料，了解磁悬浮列车的工作原理。重点分析磁悬浮列车上使用的电磁铁与普通电磁铁有何异同？它是如何实现列车的悬浮和导向的？尝试用示意图和文字简要说明，形成一份微型研究报告。

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