初中物理九年級《電磁鐵與電磁繼電器》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)內(nèi)容分析

《義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）》對本節(jié)內(nèi)容提出了明確要求，即通過實驗了解電磁鐵的特性和工作原理，知道電磁繼電器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。從單元知識圖譜看，本節(jié)是“電生磁”原理的具體化和應(yīng)用化，上承電流的磁效應(yīng)、通電螺線管，下啟電動機、發(fā)電機等電磁轉(zhuǎn)換設(shè)備，是構(gòu)建完整電磁學(xué)認知鏈條的關(guān)鍵樞紐。其知識技能層次要求從“了解”過渡到“應(yīng)用”，思維層次要求從觀察描述提升至原理分析與簡單設(shè)計。

本節(jié)蘊含的科學(xué)探究（如控制變量法探究電磁鐵磁性強弱）、科學(xué)思維（如建模思想，將電磁鐵和繼電器抽象為可控的“磁力開關(guān)”）、STS（科學(xué)技術(shù)社會）觀念（如繼電器在自動控制、安全電路中的作用）等，為學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展提供了豐厚載體。學(xué)情預(yù)判方面，學(xué)生已掌握磁場、電流磁效應(yīng)及通電螺線管磁場方向判定（安培定則），具備初步的實驗觀察與歸納能力。然而，“磁性強弱”的抽象性、“電流控制磁場有無”的動態(tài)過程，以及將電磁鐵作為執(zhí)行元件嵌入控制電路的邏輯，可能構(gòu)成認知難點。部分學(xué)生可能存在“磁性材料決定一切，與電流無關(guān)”的前概念。因此，教學(xué)需通過可視化、結(jié)構(gòu)化的探究活動，搭建從現(xiàn)象感知到原理概括，再到模型建構(gòu)的認知階梯，并在關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計形成性評價問題（如：“如果想讓這個電磁鐵吸起更多大頭針，你可以從哪些方面著手改進？”），動態(tài)診斷并引導(dǎo)思維進程。二、教學(xué)目標

知識目標：學(xué)生能夠準確闡述電磁鐵的基本構(gòu)造與工作原理，辨析其與永磁體的本質(zhì)區(qū)別；能運用控制變量法，通過實驗探究并歸納影響電磁鐵磁性強弱的因素（電流大小、線圈匝數(shù)），并能定性解釋其內(nèi)在關(guān)聯(lián)；能說清電磁繼電器的核心組成（電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點）及其在電路中所起的“低壓控高壓、弱電控強電、自動控制”作用。

能力目標：學(xué)生能基于任務(wù)要求，合作設(shè)計并完成“制作一個可變磁性強弱的電磁鐵”及“探究其磁性強弱影響因素”的系列實驗，規(guī)范操作并記錄數(shù)據(jù)；能從實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)中歸納規(guī)律，并用科學(xué)語言進行表述；能看懂簡單的電磁繼電器工作電路圖，并分析其工作過程。

情感態(tài)度與價值觀目標：在小組探究中，體驗協(xié)作與分享的樂趣，能尊重實驗數(shù)據(jù)，實事求是；通過對電磁繼電器廣泛應(yīng)用（如自動水位報警器、恒溫箱）的討論，體會物理知識與技術(shù)對社會發(fā)展的推動作用，激發(fā)創(chuàng)新意識。

科學(xué)思維目標：經(jīng)歷“提出問題→猜想與假設(shè)→設(shè)計實驗→分析論證”的完整探究過程，強化控制變量思想和歸納思維；通過剖析繼電器工作流程，發(fā)展將實際裝置抽象為電路模型，并進行邏輯分析的思維能力。

評價與元認知目標：能運用教師提供的實驗操作與數(shù)據(jù)分析評價量表，對小組成果進行自評與互評；能在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，反思自己在“從現(xiàn)象到原理”的概括過程中遇到的困難及突破方法。三、教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點：電磁鐵磁性強弱的影響因素及其探究方法；電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。確立依據(jù)在于，這兩者是課程標準規(guī)定的核心知識要點，亦是理解后續(xù)電動機、發(fā)電機等電磁設(shè)備工作原理的認知基礎(chǔ)。電磁鐵特性的探究過程，是落實科學(xué)探究素養(yǎng)的關(guān)鍵載體；電磁繼電器的學(xué)習(xí)，則是培養(yǎng)學(xué)生運用物理模型解決實際電路問題能力的典型范例。

教學(xué)難點：理解電磁繼電器如何利用低壓控制電路的通斷來實現(xiàn)對高壓工作電路的間接、自動控制。其成因在于，學(xué)生需要同時調(diào)動關(guān)于電路、磁現(xiàn)象、力的作用等多方面知識，進行跨章節(jié)的綜合分析與動態(tài)邏輯推演，思維跨度較大。常見錯誤表現(xiàn)為無法清晰區(qū)分控制電路和工作電路，或?qū)︺曡F運動與觸點通斷的聯(lián)動關(guān)系理解模糊。突破方向是采用動態(tài)模擬與實物剖析相結(jié)合的方式，將工作過程分解為幾個連續(xù)的狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生逐步推理。四、教學(xué)準備清單1.教師準備1.1媒體與教具：交互式課件（含電磁起重機工作視頻、繼電器動態(tài)原理圖）、實物投影儀。1.2實驗器材（分組，8組）：鐵芯（大鐵釘或?qū)Ｓ描F芯）2個、絕緣導(dǎo)線（不同長度）若干、滑動變阻器、學(xué)生電源、開關(guān)、電流表、大頭針一盒、小磁針。電磁繼電器解剖教具1個，繼電器模塊（可連接電路）8套。1.3學(xué)習(xí)材料：“探究之旅”學(xué)習(xí)任務(wù)單（含實驗記錄表格、原理分析框圖）、分層課堂練習(xí)卡。2.學(xué)生準備2.1知識準備：復(fù)習(xí)電流的磁效應(yīng)、通電螺線管磁場特點及安培定則。2.2小組分工：課前明確組內(nèi)記錄員、操作員、匯報員等角色。五、教學(xué)過程第一、導(dǎo)入環(huán)節(jié)1.情境激疑：（播放電磁起重機吸起數(shù)噸廢鐵，移動后斷電釋放的視頻）“同學(xué)們，畫面中這個‘巨無霸’磁力和我們之前學(xué)的永磁體有什么根本不同？它這股強大的力量從何而來，又能做到‘收放自如’？”1.1提出問題：“我們能否自己動手制作一個這樣‘可控’的磁鐵？更進一步，如何實現(xiàn)像科幻電影里那樣，用一個輕輕的小開關(guān)，去遠程、自動地控制一個巨大機器的工作？”好，我們這節(jié)課就來揭秘這兩個核心裝置——電磁鐵和電磁繼電器。1.2路徑勾勒：我們將首先化身“電磁鐵工程師”，探究如何制作并增強它的磁性；然后升級為“電路設(shè)計師”，研究如何用這個“聰明”的磁鐵去搭建自動控制的安全電路。第二、新授環(huán)節(jié)任務(wù)一：制作與初識電磁鐵教師活動：首先，請大家利用手邊的鐵釘和導(dǎo)線，纏繞一個簡單的螺線管，接通電路，去靠近大頭針?！翱?，有什么現(xiàn)象？斷開電路再試試？”引導(dǎo)學(xué)生對比通電與斷電時的現(xiàn)象差異。接著提問：“這個裝置該叫什么？對比永磁體，它的‘磁’從哪里來，‘鐵’又扮演什么角色？”通過追問，引導(dǎo)學(xué)生自主得出“電磁鐵”的名稱及其“電生磁、鐵芯增強磁性”的初步結(jié)論。我們會說：“所以，電磁鐵的本質(zhì)是一個利用電流磁效應(yīng)，且磁性可由電路通斷控制的裝置?！睂W(xué)生活動：動手繞制線圈，連接簡單電路，體驗通電時吸引大頭針、斷電時磁性消失的現(xiàn)象。觀察并描述現(xiàn)象，在教師引導(dǎo)下思考并討論鐵芯的作用，嘗試概括電磁鐵的基本工作原理。即時評價標準：①操作規(guī)范性：是否先設(shè)計電路連接，再閉合開關(guān)。②觀察描述準確性：能否清晰說出“通電有磁，斷電無磁”。③歸納能力：能否在教師提示下，將裝置特性與“電流磁效應(yīng)”建立聯(lián)系。形成知識、思維、方法清單：★電磁鐵定義：內(nèi)部帶鐵芯的通電螺線管?！ぷ髟砘弘娏鞯拇判?yīng)。★核心特性：磁性的有無可由電流的通斷來控制。這一點是它與永磁體最本質(zhì)的區(qū)別，也是它所有應(yīng)用的基礎(chǔ)。“大家記住，這叫‘一通電就有磁性，一斷電磁性就消失’，非常聽話！”任務(wù)二：探究電磁鐵磁性強弱的影響因素教師活動：提出核心探究問題：“我們制作的電磁鐵吸起的大頭針寥寥無幾，如何讓它‘力氣’變大？”收集學(xué)生猜想（電流大小、線圈匝數(shù)、鐵芯粗細等），并聚焦前兩個主要因素。引導(dǎo)設(shè)計思路：“怎樣研究電流大小的影響？（保持匝數(shù)不變，改變電流）怎樣研究匝數(shù)的影響？（保持電流不變，改變匝數(shù)）這里我們用哪種科學(xué)方法？”明確控制變量法。分發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)單，指導(dǎo)小組設(shè)計實驗步驟并完成數(shù)據(jù)記錄。巡視指導(dǎo)，重點關(guān)注電流表讀數(shù)、變量控制是否嚴格。結(jié)束后，引導(dǎo)各小組展示數(shù)據(jù)，并追問：“從數(shù)據(jù)中，你能看出什么趨勢？能用一句話概括結(jié)論嗎？”學(xué)生活動：提出猜想，在教師引導(dǎo)下明確探究變量與方法。小組合作設(shè)計實驗方案，動手操作：通過移動滑變器改變電流，觀察吸引大頭針數(shù)量；更換不同匝數(shù)的線圈（在電流相同情況下），再次觀察。記錄數(shù)據(jù)，分析歸納規(guī)律。派代表分享結(jié)論。即時評價標準：①實驗設(shè)計合理性：是否明確了控制變量。②協(xié)作有效性：組員是否各司其職，有序進行。③數(shù)據(jù)分析能力：能否從數(shù)據(jù)中得出定性結(jié)論（如“電流越大，磁性越強；匝數(shù)越多，磁性越強”）。形成知識、思維、方法清單：★影響因素：電磁鐵的磁性強弱與電流大小、線圈匝數(shù)有關(guān)?！锒ㄐ躁P(guān)系：電流越大，磁性越強；匝數(shù)越多，磁性越強?！锖诵姆椒ǎ嚎刂谱兞糠ā芯慷嘁蛩貑栴}時，控制其他因素不變，只改變其中一個因素。公式提示：磁性強弱雖無直接初中公式，但可定性理解為與I×N（電流與匝數(shù)的乘積）有關(guān)，為高中學(xué)習(xí)埋下伏筆。“就像給線圈‘充電’，電流大、匝數(shù)多，形成的磁場合力就大。”任務(wù)三：揭秘電磁繼電器的構(gòu)造教師活動：展示實物繼電器和其結(jié)構(gòu)掛圖。“這個‘小方塊’就是實現(xiàn)自動控制的魔法盒。讓我們把它‘拆開’看看?！苯Y(jié)合解剖教具，引導(dǎo)學(xué)生分部位觀察：“這是不是相當于一個電磁鐵？這個能動的鐵片叫銜鐵。這里連著彈簧，這幾個是觸點?！庇觅N紙或動畫標簽，幫助學(xué)生將實物與電路符號對應(yīng)起來?！按蠹艺艺遥牟糠謱儆诳刂齐娐?？哪部分屬于工作電路？它們通過什么聯(lián)系起來？”學(xué)生活動：觀察實物與結(jié)構(gòu)圖，在教師引導(dǎo)下識別電磁鐵、銜鐵、彈簧、動觸點、靜觸點等核心部件。嘗試在電路圖中區(qū)分控制電路（通常低壓）和工作電路（可能高壓）。即時評價標準：①觀察識別能力：能否正確指認繼電器的核心部件。②關(guān)聯(lián)能力：能否將實物部件與電路符號初步對應(yīng)。形成知識、思維、方法清單：★核心構(gòu)造四部分：電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點?！镫娐穭澐郑河呻姶盆F構(gòu)成的控制電路（低壓）；由觸點開關(guān)和用電器構(gòu)成的工作電路（高壓/強電）。▲關(guān)鍵連接：銜鐵是連接電磁鐵磁性作用與觸點通斷的“機械橋梁”?！坝涀∵@個‘鐵三角’：電磁鐵驅(qū)動銜鐵，銜鐵帶動觸點，觸點控制電路?！比蝿?wù)四：推演電磁繼電器的工作過程教師活動：這是突破難點的關(guān)鍵步驟。利用動態(tài)模擬動畫，分步推演：“第一步，閉合控制電路開關(guān)S1，發(fā)生了什么？（電磁鐵通電有磁性）第二步，電磁鐵會怎樣？（吸引銜鐵）第三步，銜鐵被吸下，連帶哪個部分動作？（動觸點與下方靜觸點接觸）第四步，工作電路狀態(tài)如何？（接通，用電器工作）現(xiàn)在，斷開S1呢？大家自己推理一下整個過程?！币龑?dǎo)學(xué)生用“通電→吸合→接通/斷開”的邏輯鏈進行描述。然后設(shè)置故障分析題：“如果彈簧失去了彈性，會有什么后果？（銜鐵無法彈回，工作電路可能常通）”學(xué)生活動：跟隨動畫和教師引導(dǎo)，分步推演繼電器通電和斷電時，各部件的連續(xù)動作。嘗試用簡潔的語言描述整個工作過程。思考并回答故障分析問題。即時評價標準：①邏輯推演能力：能否清晰、連貫地描述工作過程的因果關(guān)系鏈。②應(yīng)用理解能力：能否分析簡單故障對電路的影響。形成知識、思維、方法清單：★工作原理：利用電磁鐵控制銜鐵運動，帶動觸點通斷，從而間接控制工作電路?！锕ぷ鬟^程口訣：低壓通電（控）→磁性產(chǎn)生→吸引銜鐵→觸點動作→高壓電路通斷（工）?！锖诵膬?yōu)點：低壓控高壓、弱電控強電、實現(xiàn)遠距離和自動控制?！按蠹以谛睦锵穹烹娪耙粯舆^一遍這個流程，理解了動作鏈，就掌握了繼電器的靈魂。”任務(wù)五：應(yīng)用連接與意義討論教師活動：提供水位自動報警器或恒溫箱的簡化電路圖，請學(xué)生小組討論分析其工作原理?！皥D中，繼電器扮演了什么角色？水位或溫度的變化是如何轉(zhuǎn)化為電路通斷信號的？”引導(dǎo)學(xué)生將實際問題抽象為繼電器模型。最后，發(fā)起簡短討論：“如果沒有繼電器，我們的現(xiàn)代生活，比如工廠自動化生產(chǎn)、電梯安全系統(tǒng)，會面臨什么困難？”學(xué)生活動：小組合作分析應(yīng)用電路圖，識別其中的繼電器部分，并闡述其自動控制的工作過程。參與討論，體會電磁繼電器在技術(shù)和生活中的重要價值。即時評價標準：①遷移應(yīng)用能力：能否將繼電器原理遷移到新情境中分析。②STS觀念體現(xiàn)：能否認識到技術(shù)發(fā)明對社會生產(chǎn)的推動作用。形成知識、思維、方法清單：▲典型應(yīng)用：自動報警裝置、恒溫箱、電機啟?？刂频??！锼季S提升：將具體應(yīng)用（如水位升高）抽象為控制電路的通斷條件，是物理建模的初步體現(xiàn)。技術(shù)意義：繼電器是自動化控制電路的“基石”元件，極大地擴展了人類控制能量和實現(xiàn)自動化的能力。第三、當堂鞏固訓(xùn)練

基礎(chǔ)層（全體必做）：1.填空：電磁鐵磁性強弱與______和______有關(guān)。電磁繼電器是利用______控制工作電路通斷的開關(guān)。2.判斷：電磁鐵斷電后，磁性會立即消失。（）

綜合層（多數(shù)完成）：請根據(jù)描述，畫出電磁繼電器控制電鈴的簡易電路圖：當安全門被打開（相當于閉合一個低壓控制開關(guān)）時，警鈴（高壓電路）響起。

挑戰(zhàn)層（學(xué)有余力選做）：設(shè)計一個利用電磁繼電器實現(xiàn)的“雙位控制”電路：在甲、乙兩個房間各安裝一個開關(guān)，都能獨立控制客廳同一盞燈的亮滅。畫出電路圖草圖，并簡要說明。

反饋機制：基礎(chǔ)題通過集體口答快速核對。綜合題選取12份學(xué)生作品進行投影展示，由師生共同評價其正確性與規(guī)范性。挑戰(zhàn)題思路供有興趣的學(xué)生課后研討，教師給予個別點撥。第四、課堂小結(jié)

“同學(xué)們，今天我們完成了一次從原理到應(yīng)用的探索。誰能用一句話概括電磁鐵的精髓？（電控磁性）誰能簡述繼電器工作的四步曲？（低壓通電→生磁吸合→觸點動作→控制高壓）”引導(dǎo)學(xué)生以思維導(dǎo)圖形式，在黑板上共同構(gòu)建以“電磁鐵”和“電磁繼電器”為核心的知識網(wǎng)絡(luò)圖，厘清“構(gòu)造原理特性應(yīng)用”的主線。進行元認知提問：“在探究磁性強弱因素時，你感到最關(guān)鍵的思考步驟是什么？（明確控制變量）”

作業(yè)布置：必做：1.整理本節(jié)課知識清單。2.完成練習(xí)冊中關(guān)于電磁鐵特性及繼電器原理的基礎(chǔ)習(xí)題。選做：查閱資料，了解磁懸浮列車中電磁鐵的應(yīng)用，或嘗試用生活中的簡單材料（如電池、導(dǎo)線、鐵螺栓）制作一個微型電磁繼電器模型。六、作業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)性作業(yè)：1.默寫電磁鐵磁性強弱的影響因素，并各舉一個生活中應(yīng)用此原理的例子。2.畫出電磁繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖，并用文字標注各部分名稱。3.簡述電磁繼電器利用低壓控制電路控制高壓工作電路的基本過程。拓展性作業(yè)：1.【情境應(yīng)用】下圖是一種溫度自動報警器的原理圖。當溫度達到金屬絲下端所指的溫度時，警鈴響。請分析其中電磁繼電器的工作過程，并回答：若要使報警溫度升高，應(yīng)如何調(diào)節(jié)金屬絲下端的位置？2.設(shè)計一個表格，對比電磁鐵與永磁體在磁性來源、磁性有無控制、磁極方向改變等方面的異同。探究性/創(chuàng)造性作業(yè)：1.【項目式學(xué)習(xí)雛形】假設(shè)你是社區(qū)安全宣傳員，請利用電磁繼電器的原理，設(shè)計一個“窗戶防盜報警裝置”的簡易方案。要求說明所需主要元件、電路連接思路及報警觸發(fā)方式。2.查閱科學(xué)家（如約瑟夫·亨利）對電磁鐵改進的歷史資料，寫一篇200字左右的短文，談?wù)劶夹g(shù)進步如何依賴于對科學(xué)原理的深入探索。七、本節(jié)知識清單及拓展★1.電磁鐵定義：內(nèi)部插入鐵芯的通電螺線管。鐵芯的作用是使磁場被大幅增強。關(guān)鍵理解：它是“電生磁”原理的直接應(yīng)用產(chǎn)物?！?.電磁鐵特性：（1）磁性有無可控：由電流通斷決定。（2）磁極方向可控：由電流方向決定，可用安培定則判斷。（3）磁性強弱可控：受電流大小、線圈匝數(shù)影響?？谠E：電流大、匝數(shù)多，磁性就強?！?.電磁繼電器構(gòu)造：主要由電磁鐵（A）、銜鐵（B）、彈簧（C）、觸點（D、E）四部分組成。學(xué)習(xí)時務(wù)必建立實物、結(jié)構(gòu)圖、電路符號三者的對應(yīng)關(guān)系?！?.繼電器電路劃分：包含兩部分電路——控制電路（由低壓電源、開關(guān)、電磁鐵線圈組成）；工作電路（由高壓電源、用電器、繼電器觸點組成）。兩電路在電氣上相互絕緣?！?.電磁繼電器工作原理：核心是“低壓控高壓”。過程：閉合控制電路開關(guān)→電磁鐵通電產(chǎn)生磁性→吸引銜鐵→銜鐵帶動動觸點動作，使工作電路觸點接通（或斷開）→工作電路中的用電器開始（或停止）工作。控制電路斷開，則過程相反。★6.繼電器核心優(yōu)點：①利用低電壓、弱電流控制高電壓、強電流電路，安全。②實現(xiàn)遠距離操作。③與其他傳感器配合，實現(xiàn)自動控制。▲7.探究方法：控制變量法。在研究電磁鐵磁性強弱與多個因素（I,N）關(guān)系時，必須確保每次實驗只改變一個因素，其余因素保持不變。這是初中物理最重要的科學(xué)方法之一?！?.典型應(yīng)用實例：水位自動報警器、恒溫箱、自動洗衣機程序控制、電動機的啟?？刂齐娐返?。分析應(yīng)用時，關(guān)鍵是識別出將何種物理量（水位、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)化為了控制電路的通斷。9.易錯點提醒：電磁鐵的鐵芯必須選用軟磁性材料（如軟鐵），這樣才能在斷電后磁性迅速消失。若誤用鋼等硬磁性材料，會制成“剩磁”明顯的電磁鐵，影響控制精度?！?0.拓展：繼電器與開關(guān)：繼電器本質(zhì)上是一個由電信號控制的“自動開關(guān)”。在復(fù)雜電子設(shè)備（如電腦主板、汽車ECU）中，它已演變?yōu)楦鞣N固態(tài)繼電器、集成電路形式，但基本控制思想一脈相承。八、教學(xué)反思

（一）目標達成度評估：從課堂反饋和鞏固練習(xí)情況看，“電磁鐵特性”與“繼電器構(gòu)造”等知識目標達成度較高，學(xué)生能準確復(fù)述。但在“繼電器工作原理”的動態(tài)邏輯推演環(huán)節(jié)，部分學(xué)生雖能跟隨集體描述，但在獨立分析新電路圖時仍顯生澀，表明將原理遷移至復(fù)雜情境的能力目標需進一步強化。情感目標方面，小組實驗環(huán)節(jié)學(xué)生參與度高，“我們組發(fā)現(xiàn)了……”的匯報充滿成就感，STS價值的滲透在應(yīng)用討論環(huán)節(jié)產(chǎn)生了良好共鳴。

（二）環(huán)節(jié)有效性剖析：導(dǎo)入視頻與提問迅速聚焦了“可控磁性”的核心，效果顯著。任務(wù)一至任務(wù)二的探究階梯搭建較為成功，學(xué)生從“制作”到“增強”，體驗了完整的探究過程。然而，任務(wù)四（推演工作過程）的預(yù)設(shè)時間略顯不足，部分推理能力較弱的學(xué)生需要更細致的“慢動作”分解和同伴間的相互講解。我意識到，此處可以增加一個“角色扮演”活動：讓學(xué)生分別扮演電磁鐵、銜鐵、觸點，用肢體動作模擬工作流程，可能更有助于內(nèi)化動態(tài)過程。

（三）學(xué)生表現(xiàn)與差異關(guān)照：在實驗探究環(huán)節(jié)，預(yù)先分層的“學(xué)習(xí)任務(wù)單”起到了引導(dǎo)作用，基礎(chǔ)較弱的小組能依據(jù)提示完成操作與記錄；能力較強的小組則能提前思考“鐵芯粗細”是否影響，并嘗試設(shè)計補充實驗。但在原理分析環(huán)