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[追踪]“科技馆活动进校园”项目案例 ——“万磁王”科学教育活动

文_吴 翔/山西科技馆

2020-02/总第287期

阅读数4

“万磁王”是美国漫威漫画旗下的一个反派人物,初次登场于《X战警》,是X战警的头号死敌。万磁王本名马克思·艾森哈特,具有超能力,可以利用自己强大的磁场操控武器,甚至可以控制地球磁场并且利用磁场让自己飞起来。


本次教育活动以万磁王这个角色为主题进行课程教学,以核心概念“磁畴”从微观角度理解宏观磁现象的原理,并加以拓展延伸。利用动漫角色贯穿整个教学过程,结合对比、类比、假设、实验论证、做中学、猜想验证等科学方法,通过“初识万磁王”“科学解密万磁王”“如何打败万磁王”3大环节对磁现象进行全面剖析和探究,在与万磁王的较量中学习相关知识,掌握一定的科学方法。


活动定位与目标

活动定位

山西科技馆开发的“博士的密室”系列课程,是针对声、光、电、磁、力等物理学科不同领域的专项教育活动。其中,万磁王活动是与磁现象有关的教育活动,注重激发学习兴趣,渗透科学方法,引导学生通过主动参与探究揭示科学规律。

受众契合

活动面向10〜11岁目标群体,该阶段学生对磁铁已经有一定了解,有较丰富的生活经验。学生对磁铁比较感兴趣,但是对磁铁的性质认识处于比较模糊的阶段,仅仅停留在磁铁能吸铁的认识层面上,缺乏直接经验和系统认知。本次活动通过较高的自主参与度,引导学生利用科学方法对磁现象的本质由浅入深进行了解和探究。

活动目标

科学知识:引导学生从微观角度了解磁化的原理并能加以解释;理解并学会绘制磁感线;了解磁性材料的居里温度。

科学探究:掌握对比、类比、假设、实验论证、理想模型法等科学探究方法。

科学态度:激发学生的好奇心和钻研心;培养利用科学方法验证观点的科学态度;尝试运用学到的科学方法解释生活中的一些现象。

科学、技术、社会与环境:通过探究磁铁的性质和特点,了解磁性材料在生活中的广泛应用,明白磁性材料在各个行业领域的重要作用。


活动内容

初识万磁王

●  教育活动主题引入

通过《X战警》万磁王出场的镜头片段,引出本次活动的主题——磁现象。通过教师扮演万磁王的角色,戴上镶嵌钕磁铁的手套,轻松收集桌面上的铁磁性物件,从而激发学生对于磁现象的兴趣。

教学分析:小学生对于磁铁的认识主要来源于课本和生活常识,对于磁现象的相关理论还未经历深度学习,教师借助多媒体和动漫角色扮演等手段,将学生带入一个轻松有趣的情景中,激发学生对于磁现象的探究兴趣,从而逐步引出后面的教学内容。

●  实验验证

认识铁磁性材料:强大的万磁王,会吸走什么东西呢?通过磁铁对纸张、铜片、铁丝、钴、镍丝、塑料等物品的吸引,区分认识铁磁性材料有哪些。引导学生思考这些铁磁性材料除了能被磁铁吸引,还具有什么特点。

观察磁化现象:准备磁铁、铁钉、铁片、镍丝等材料,先用棉线把它们吊起来,观察是否具有方向性;再分别用磁铁摩擦这些物体几次,观察它们的指向;用这些材料靠近铁屑和曲别针,观察它们是否具有了磁性。

教学分析:学生知道磁铁具有磁性,但对磁铁可以磁化铁磁性材料往往处于模糊的认识阶段,在让学生认识了生活中常见的铁磁性材料以后,引导学生进一步将铁磁性材料磁化,加深学生印象。

科学解密万磁王

●  了解磁化的原理

学生利用展项“铁钉桥”了解磁化的原理。观察展项可看到,随意放置的铁钉在外加磁场的作用下统一方向,井然有序。这种现象可类比成铁磁性材料被磁化时内部的微观变化。然后,让学生充当磁畴,从不同方向通过绳子拉动桌子。由于拉力方向不一致,桌子很难被拉动,而当大家统一方向、齐心协力时,桌子就被很轻松地拉动了。

教学分析:磁畴是一个比较深的概念,通过展项和游戏进行类比、模拟,可以将原理形象生动地加以简化,让学生将观察到的展项现象迁移到磁畴磁化的原理中,并且通过拔河的小游戏,亲自体验铁磁性物质被磁化以后产生磁力的转化过程。

●  探究磁感线

磁铁或者被磁化的东西依靠什么隔空作用呢?让学生大胆进行猜想,接下来教师引导学生通过3种方法层层递进地认识磁感线。①类比法,通过吹风机吹动纸带类比磁场的物质性。②转换法,在磁铁周围撒上铁屑,观察磁场的大概形状,通过铁屑的分布推断磁铁磁力的大小分布,进一步将铁屑换成小磁针,变成一个简易的磁针板,根据磁针转动方向试着辨别磁场的方向。③理想模型法,根据观察到的现象在纸上试着画出磁感线,比比谁画的更准确。

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拓展活动:立体磁感线DIY。常见的平面磁感线具有一定的弊端,容易让学生形成磁场仅存在于一个平面上的错误认识,不利于形成空间概念。那么,如何能显示出磁感线的立体模型呢?教师引导学生进行分组讨论,设计实验,并准备铁屑、磁铁、容器、大小不同的玻璃、玻璃胶、甘油等物品,让学生自主进行实验探究,最终呈现出理想的立体磁感线效果。

教学分析:前面已经利用铁屑、磁针通过类比等方法引导学生“观察”到了磁感线,那么立体的磁感线探究就可以让学生利用已经学到的方法自主设计,教师只起辅助指导作用。

如何打败万磁王

●  探究打败万磁王的方法

“刚才我们了解了万磁王的特异功能,那么有什么办法能够打败万磁王呢?”教师布置任务,如何能让磁铁的磁性消失。学生分组讨论,进行方案制订和探究。学生往往会想出破坏磁铁、改变介质、改变温度等方法。接下来教师提供材料,引导学生按照自己的想法进行实验验证,最终让学生自己发现磁性材料的“居里温度”这一特性。

●  制作居里发动机

通过磁性材料的居里温度这一特性,可制作一个不停运动的居里发动机。将铁丝弯成Y字型,中间套在圆木棒上,2个分叉保持长度一致,前端固定磁铁达到磁化吸引铁丝的作用。磁铁与铁丝之间放蜡烛燃烧。Y字形铁丝由于温度的升高和降低,不断被磁化和消磁,于是便不断地被反复吸引,形成一个类似永动机的运动结构。

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教学分析:居里温度的概念不要通过讲授的形式给学生灌输,利用任务驱动,让学生通过实验验证自己的猜想,可以激发学生的好奇心和求知欲,培养学生的科学精神和实践能力。


创新点与亮点

围绕动漫主题诠释磁学现象

以动漫角色贯穿活动,可以把枯燥的磁学教案变成具有趣味性的剧本,通过对万磁王的层层了解,将课本知识和科学方法相互融合,让学生不拘泥于课本,而是从另一个视角学习有关知识。

科学方法的渗透

在课标基础上展开深入探究,使学生在已有认知的基础上,通过科学方法解决不同问题,在通过课程了解相关知识的同时,潜移默化地掌握类比、假设、论证、模拟等科学方法,并能够解决生活中的其他问题。■


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