磁性（精选8篇）
【教学目标】
1、科学概念：知道磁铁有磁性，知道条形磁铁两端磁性最强，有两个磁极。
2、方法与过程目标：能够自行设计实验方案并合作完成一系列的探究活动，认识磁铁的磁性的特点。使学生体会到同一个问题可以用不同的方法解决。
3、情感态度价值观目标：在与他人合作学习和探究活动中体会合作与交流的愉快，乐于探究和发现周围事物的奥秘。
教学重点难点：引导学生设计多种方法研究磁铁各部分的磁性强弱。【实施过程】
（一）课前谈话，揭题
我创设了“表演小魔术”这样一个情景：在一只乒乓球内藏入一块磁铁后重新粘合。在手指间夹一小块磁铁，乒乓球就牢牢地“粘”在手上。当学生看到这里时，再也按捺不住心中的激动，有的已在下面喊起来了。
师：对，吸铁石又叫做磁铁。这节课我们就来认识磁铁。（板书：磁铁）
（二）课文新授
1、我们知道的磁铁
（1）见过磁铁吗？它们是什么形状的？(生1-2个回答)你说。。你说。。
（课件）出示一堆磁铁。磁铁的形状各种各样，我们把象这样条状（实物）叫条形磁铁。这样马蹄形的叫蹄形磁铁。圆环形的叫环形磁铁
（２）这些磁铁在生活中应用非常广泛。请同学们说说在平时的生活中哪里见过磁铁，它们各有什么作用。（生2－3个答）（３）师：看来同学们对磁铁的认识真不少，老师也收集的一些材料。我们一起来看看吧。（出示一些日常生活中的磁铁）（课件）
2、磁铁的磁性
（1）提问：你玩过磁铁吗？在玩的过程你发现了什么？学生回答。
（2）师：想不想接着玩呢？老师为你们准备条形磁铁和其他一些物品。今天我们就接着玩，看看你们又有什么新的发现。
学生分组（3）分组汇报 师：刚才大家都玩得非常开心，也很专注，你们有没有发现一些有趣的现象？生争先恐后地举手。
（生成）①生：磁铁能把铁钉等都吸起来。
师：给大家看看，你认为它还能再吸吗？这说明了什么？
生：吸力很大。
②生：小铁珠在条形磁铁上滚，发现滚到两头滚不动了，中间能滚。师：你猜测这种现象是什么原因？ 生：磁铁吸力大。
③生：磁铁吸过的大头针能吸住另一枚大头针。（磁化现象）不评价 生：磁铁隔着纸也能吸住回形针。
师：这说明磁铁隔一段距离也能吸住回形针。
评价：赞许的目光，点头微笑，说：这几组小朋友真棒，你们的探索精神让我欣赏。同学们，这些材料都能被磁铁吸住吗？（不能）你们来归归类吧。把能被磁铁吸住的物体放在白纸上，不能被吸住的放在纸外。
生：橡皮、毛线、牙签、橡皮筋、玻璃弹珠、还有两样我们不认识的，都不能被吸。生：举起不认识的两个金属圆片。师：有同学认识吗？
大家摇头
师介绍认识：黄色的是铜片，银白色的是铝片，请接着说。生：大头针、铁钉、回形针、硬币、小铁珠是能被磁铁吸的。师：请大家观察一下，不能吸住的是什么材料？生回答。
能被磁铁吸的物体是什么材料做的？生；铁。
硬币是铁做的吗？镍做的
（4）小结
师：我们把磁铁能吸引铁一类材料做的物体的性质叫做磁性（板书）请材料员把刚才的材料放回信封。看哪组动作最快。表扬。
3、磁铁的磁性强弱不同，磁铁有两个磁极
方案2：我们班同学真能干，发现了磁铁很多新本领。刚才有很多组同学发现磁铁的磁性很大，能吸起很多回形针。我想问大家，这条形磁铁各部分的磁性都一样大吗？（猜测）师出示条形磁铁：你们猜测磁铁哪些部分磁性强？哪些部分磁性弱？生（„„）（3）师：要知道我们的猜测结果正不正确应该怎么办呢？（生：实验验证）师：先猜测后验证是一种科学的研究方法，也是科学课中常用的学习方法。你们怎样设计的实验来验证你的猜想，请小组悄悄地商量后汇报你们组的方法。小组汇报。
方案一：我们小组讨论了，用磁铁的不同的位置吸引大头针，看看哪里吸引的数量多，多的地方说明这里的磁性强。师：真是个好方案，那我们就在磁铁上确定5个位置来实验。（适当演示）
方案二：我们小组讨论了，用小钢珠放在磁铁的不同位置，然后用手把小钢珠拔出来，看看哪个地方吃力一点，最吃力的地方说明这里的磁性强。师赞许：真棒，还有其他办法吗？ 方案三：用磁铁的不同部分去吸回形针，看距离越远的吸过来磁性强。方案四：我们组的办法就是用小铁珠。就让小铁珠在磁铁上滚滚看。师：这些方法都不错，同学们可能在实验中还会发现更多更好的方法，在实验之前，老师要明确以下实验要求和记录方法。
1、选用你喜欢的方案(一或两个)进行实验。
2、实验时要团结合作，分工明确。操作员、统计员、记录员、汇报员各负其责。
3、观察要仔细，记录数据要准确。接下来就请小科学家自己动手用实验来验证，同时把实验结果填在表中。学生动手完成实验，并记录好数据。师：请几个小组的小组长把记录表带上来，汇报一下你们小组的实验方法和有什么发现。（汇报）
师：我们刚才用实验的方法证明了条形磁铁不同部位的磁性强弱不一样。条形磁铁的两端磁性最强。（板书）请同学猜猜蹄形磁铁娜部分磁性最强？生回答。师实验。蹄形磁铁的两端磁性最强。师：磁性最强的地方是磁铁的磁极，条形磁铁有两个磁极。（板书：磁极）学生回答。
4、知识拓展
（1）师： 老师这儿有一块断了的磁铁，断了以后它是不是变成了两个磁铁呢？（学生猜测）假如是，它应该有几个磁极？（两个）那么它的磁极在哪里呢？如果再断开呢？（2）学生回答并实验。
（三）小结
这节课我们通过猜测――实验探究――验证结论的科学方法。发现了磁铁许多新知识。请同学们回顾一下我们都发现了哪些新知识？
（四）小结延伸
条形磁铁、蹄形磁铁有两个磁极，那么，环形磁铁有几个磁极呢？它们的磁极又在哪儿呢？希望同学们课外去找资料研究，下次上课我们再交流。
板书设计
磁 铁的 磁 性
磁铁能吸引铁一类材料做的物体的性质叫磁性。
A
B
C
D
E
一、还学生以自尊, 把学生看成一个完整的人
学生是一个完整的人, 在传统教育模式中, 并没有把学生看成一个完整的人, 而只是把学生看成接受知识的容器。实际上, 学生也是一个完整的人, 除了认知外, 还有情感、意志、态度等, 他们与老师一样有着自己的心理需要, 尤其是自尊的需要, 人的心理需要是人发展的动力, 自尊的需要属于人的发展性需要, 属于需要中最基本的需要。现代教学论研究表明, 学生的学习心理发展存在两个相互作用的过程, 一方面是感觉———思维———知觉、智慧 (包括知识技能的运用) 过程;另一方面是感受———情绪———意志、性格 (包括行为) , 后者是情感过程, 是非智力活动, 两者密不可分。而以往的教学只重视前者, 忽视了情感。因此使多数学生感觉学习是一件很痛苦的事情, 使课堂失去了对学生的吸引力, 学生的学习是被迫的。新课程强调建立新型的师生关系, 并把它作为一个非常重要的理念, 而新型的师生关系落实在课堂上。首先应该给学生以自尊, 让学生在拥有尊严的环境中愉快地学习, 而以往的教学一开始就先给学生说, 今天我们来学习哪一章哪一节, 教学目标是1、2、3, 把课堂简简单单地看作是“教师的教”, 而忽略了学生的“学”。在新课程理念的指导下, 常常这样引导学生:请同学们先看看课本, 找一找本节内容中你认为应该掌握什么, 什么是重点, 什么是难点, 然后同桌之间交换意见, 看看别人的认识与自己有什么差别, 优点是什么, 缺点是什么。然后教师和学生共同制定出本节课的学习任务。这样做学生的意见可以采纳一部分, 但这样做的目的不是期望所有人都同意, 而是要表示出对学生的尊重。让学生感受到自己不是被动地接受知识, 而是在参与中学习知识, 自己是班集体中的一员, 这就是把学生看成是个完整的人, 给学生以自尊。
二、还学生以自信, 犯错误也是学习, 把学生看成一个发展中的人
发展是一个不断进步的过程, 发展过程总是与克服原有的不足和矛盾联系在一起。没有缺陷, 没有矛盾, 就没有发展的动力和方向, 学生作为发展中的人, 有不完善是极其正常的, 期盼学生十全十美是不正常的。教师要把学生在学习中出现的错误作为财富, 引导学生正视不足, 把错误作为学习的一种途径, 引导学生自己走向完善, 在这个过程中每个学生都获得了一份自信, 当学生在课堂上有了自信的时候, 课堂对学生才有一种亲和力。研究和检测表明, 95%以上的“差生”的智力都是正常的, 只不过是由于他们经受了反复失败的打击而失去了自信心, 学习的兴趣丧失, 积极性和自觉性变差了, 学习成绩才变得差了起来。一位教育家曾经说:“教育的全部奥秘, 就在于使受教育者对自己充满信心, 对前途充满希望。”人与人之间只有微小的差异, 这就是心态的积极或消极, 但就是这微小的差异, 往往造成很大的差异, 那就是成功与失败。
在课堂教学过程中, 教师只有时时刻刻注意观察学生的表情、行为, 倾听学生在课堂的声音, 才能使学生平等积极地参与教学, 帮助学生及时解决学习中存在的困难和问题, 引导学生采用多种方法去完成自己的教学目标。
三、尊重学生的差异, 把学生看成一个独特的人
世界是客观存在的, 由于每个人的知识、经验和信念的不同, 每个人都有自己对世界的独特理解。因此, 在课堂教学中要尊重学生独特的感受和理解。不仅如此, 当我们看待同一事物时, 由于认识的角度、思维方式不同, 获得的认识也是不同的。每个人的这种独特的理解, 一方面体现了世界的多样性、丰富性;另一方面不断地完善、发展着对世界的认识。因此, 在这方面每个人的贡献都是独特的, 传统的教育模式像工业流水线上生产机器一样批量生产学生, 学生的学习变成验证标准答案的过程, 这必然导致对学习个性的抹杀。教育要实现受教育者的个性发展, 就必须尊重学生的差异, 要尊重学生的不同理解和认识, 让课堂成为学生发展个性的天地, 成为自我欣赏的乐园。一堂课内学习的新内容, 要正视学生理解和掌握的水平不同, 对于不能达到目标的学生, 教师不能简单放弃, 而是要积极引导, 使学生逐渐理解和掌握。学生是一个活生生的人, 是一个发展中的人, 学生间的发展是极不平衡的, 教师要尊重学生的差异, 要以学生个体发展为本。我们知道智力是多元的, 加德纳认为人的智力是多元的, 有九种基本智力, 每个人都是具有多元智力, 有自己智力的强项和弱项, 有自己学习的风格, 这就是学生间的智力差异。学生的性格也有差异, 有内向的、外向的, 有爱表现、有不爱表现的, 差异很大, 教师要充分利用学生的差异, 把差异当作资源, 互相学习。
1. 利用生活经历的不同。
利用学生的经历不同, 相互交流, 在交流中资源共享。例如在解方程这一节课时, 利用学生的生活经验作为课程资源, 让学生运用数学解决问题, 教师先出示课本上的习题, 某城市的一种出租车起价是10元, 达到或超过5km后, 每增加1km加价1.2元 (不足1km部分按1km计算) , 现在某人乘这种出租车从甲地到乙地, 支付车费17.2元, 问从甲地到乙地的路程大约是多少?这是实际生活中的数学问题, 请同学们考虑一下, 类似的问题还在哪里遇到?你能提出类似的数学问题吗? (学生思考五分钟) 同学之间可以交流一下。
2. 利用个人认识不同。
在补充问题的过程当中, 学生对于补充条件的认识是不同的, 在相互的交流中使每个人的认识都得到完善。
3. 利用个人性格不同。
也就是异质分组的具体体现, 不同性格的学生组对交流, 互换角色, 达到了性格互补的目的。
恐怕很多同学都会想到使用指南针。没错，指南针的确能帮你找到北。但你知道为什么指南针能指示南、北方向吗?
指南针
指示方向的一种简单仪器，是中国古代四大发明之一。早在2000多年前，人们就将天然磁石制成勺形，放在一个光滑的铜盘上，铜盘上刻着方向，轻轻转动勺子，当它停止转动后，勺柄总是指向南方，人们称它为“司南”。指南针常用于航海、旅行和行军。(现在的正规指南针的红色指针是指向北方。)
地球是个大铁球
指南针之所以能指示南、北，是因为地球内核是由铁、镍等物质组成的一个大球体，温度高达5000℃以上。地核外层是由液态金属组成，由于地核外层的液态金属和内层的固态金属存在温差，外层的液态金属不断对流，会产生一些漩涡，从而产生了磁场。而指南针具有磁性，一端受到地球带磁性北极的吸引，而被南极排斥。另一端则相反。这就是指南针能保持在南北线上，让你找到北的原因。更有趣的是，地球磁场的方向可以改变，如果在百万年前你有一个指南针的话，它的红色指针是指向南方而不是北方。
螃蟹为何横行
人们知道，许多动物都是依靠地磁场来判断方向的，特别是对于回游、迁徙性动物，如海龟、鸽子等。但是地磁场不是固定不变的。据古地磁学家研究考证，在地球形成以后的漫长岁月中，地磁南北极已发生多次倒转。地球磁极的倒转使许多生物无所适从，甚至造成灭绝。螃蟹是一种古老的回游性动物，它的内耳有定向小磁体，对地磁非常敏感。由于地磁场的倒转，使螃蟹体内的小磁体失去了原来的定向作用。为了使自己在地磁场的倒转中生存下来，螃蟹采取“以不变应万变”的做法，干脆不前进，也不后退，而是横着走。从生物学的角度来看，螃蟹的胸部左右比前后宽，八只步足伸展在身体两侧，它的前足关节只能向下弯曲，这些结构特征也使得螃蟹只能横着走。
动手动脑
找一找，查一查，看看你身边还有哪些物品运用了磁性，自然界中还有哪些现象与地球磁场有关?
如果地球失去磁性
你可千万别小看这个磁场，它是自然界馈赠给人类最为珍贵的礼物之一。地球磁场犹如地球的一件外套，使宇宙中的高粒子偏转，从而保护人类免受致命的宇宙射线的伤害。同时，地球的磁场也可排斥太阳风，阻止地球大气被太阳吹走。如果地球失去磁性，灾难将降临，地球家园将被毁灭，成为像火星一样的不毛之地。
动手制作指南针
1、取一根钢针，用磁铁的一端摩擦钢针，使钢针变得有磁性为止。(为什么钢针与磁铁摩擦之后就会带有磁性?和你的同学或爸爸妈妈一起找答案。)
2、把一条短线缠在带磁性的钢针中间。
一、强调材料的结构性与使用的高效性。在设计本课时，我注重强调材料的结构性与使用的高效性。把“磁铁能吸引什么物体”和“磁铁能隔着物体吸铁吗”两个验证性的实验，利用同一组材料进行研究。使课堂环节紧凑，科学材料得到充分的利用，避免了材料的频繁更换对学生产生的负面影响。
二、调整、组合实验顺序，清晰、紧凑进行探究。我把原教材中“探究得出磁铁有磁性——识别铁制品——探究得出磁铁隔着一些物体也能吸铁”的过程，调整为“探究得出磁铁有磁性——探究得出磁铁隔着一些物体也能吸铁——运用概念1和2来识别铁制品”的顺序来进行教学。这样做，不仅有利于材料的安排，更是因为生活中的物品组成的材料比较复杂，仅凭磁铁能吸铁的单一知识难以解释钢芯镀铜的5角硬币等现象。所以调整教学顺序后，不仅学生思维的完整性和有序性得到训练，也保证了科学概念和科学解释的严密性。
三、注重习惯指导着眼素养的提高。整个课堂可以看到、听到老师非常注重学生良好学习习惯的培养，“认真倾听”、“分工合作”、“仔细观察”等等，对三年级学生而言，刚刚接触科学课，这些良好学习习惯显得多么的重要，良好学习习惯的形成对孩子的一生成长起至关重要作用。
四、教学语言丰富。教师的注重教学语言的设计，使整个教学流程顺畅，各环节过渡自然，使整个流程显得顺畅而富有节奏感。
缺点：
1、生生互动、师生互动中，老师只注重师生互动，而忽略了生生之间的互动。
2、教师一直要求学生要“认真倾听”，而老师自身有没有做到“认真倾听”?在师生互动交流过程中，教师有没有认真倾听到学生的闪光发言，有没有及时捕捉到学生的闪光点?
师：同学们上课之前我们先来看一个有趣的片段。（播放视频——《机器人与磁铁》），机器人瓦力在路边看到一个马蹄形状的东西，不知道是什么，很好奇，上前去看，还没看清楚，那个东西就一下扑在了它的身上，它吓了一跳，赶紧用手把它取下，那东西却粘在了它的手上，它开始发慌了，用尽办法要摆脱它，一扔，那东西粘在它的眼睛上，它越用力却越扔不掉，到最后它费尽力气以为它把那东西扔了，终于松了一口气，转身离去，可实际上那东西正在它的背上得意地笑呢.......师：同学们，那个东西那么喜欢瓦力，总舍不得离开它，到底是什么东西呢？ 生：磁铁
评价语：看来我们班的同学平时还是有这方面的知识的 师：为什么磁铁会那么喜欢它呢？ 生猜
评价语：你的表达特别清楚，让大家一听就懂！你的想法很有创见，这非常可贵。你表达得这么清晰流畅，真棒！说得很好！
师：到底是不是像你们说的那样呢？今天我们就来研究关于磁铁的一些性质（板书：磁铁）
二、自主探究，获取新知
（一）探究活动一：找朋友
1、预测
师：刚才我们已经知道了磁铁很喜欢机器人瓦力，那么磁铁还喜欢什么呢？（播放课件）请看今天老师给大家准备的一些材料（老师拿出材料），我们先来认识一下：出示材料（边出示边让学生回答它们是用什么材料做成的）
师：现在我请小组先来预测一下，(播放课件)，刚才老师展示的这些材料，哪些能被磁铁吸引，可能是磁铁的好朋友？哪些不是呢？小组请小声的完成记录单
（一）里的预测的内容，（播放课件），能吸的打“√”，不能吸的打“╳”，请记录员拿出记录单
（一）生预测（师巡视）
师：哪一小组愿意汇报你的猜测 生：汇报
师：请你说说你预测的理由 生说
师：其他小组有不同意见吗 生答
师：现在呢，不同小组对这几种材料有不同的意见，该怎么办，怎么知道哪一方的观点是正确的？
２、学生操作，老师巡视指导 生：用实验来验证
师：对，做实验。那我们想有快又准确的帮磁铁找到朋友，在实验中我们怎样做才能达到目的呢? 生：将磁铁挨近所有的物品.......评价语：多么好的想法啊，你真是一个会想的孩子！你真聪明！想出了这么妙的方法，真是个爱动脑筋的小朋友！你的发言给了我很大的启发，真谢谢你！
师：好，同学们实验之前老师有个温馨提示，请看大屏幕（课件展示）
1、小组讨论声音要小，动手要快（这样才不会影响其他小组）
2、小组长监督，操作员操作，记录员将实验结果记录在记录单
（一）上，准备交流
3、音乐声响起时，停止实验，材料员将材料放回材料袋。师：接下来请材料员拿出1号材料袋，开始实验 生实验，师巡视 ３、汇报交流
师：哪个小组愿意汇报你们的实验结果 生上台汇报
师：好，请回。那其他小组的实验结果和这组有一样吗？ 生：都一样 ４、小结。
师：那实验结果和预测结果是否完全一致呢？ 生：没有
师：哪些预测错了？ 生：铜、铝
师：所以仅凭感觉来判断是不对的，必须通过科学的实验方法才能判断准确。师：好，谁来继续说一说，这些能被磁铁吸引的物体有什么共同特点？ 生：这些材料都是由铁做成的。
师：所以通过这个实验我们可以推知什么？ 生答：磁铁能吸引铁。（评价语：他的汇报完整、精彩，是我们学习的榜样！你有自己独特想法，真了不起！你的表现很出色，老师特别欣赏你！）
师：我们只用了１６种材料，科学家用了更多种材料做实验后，发现磁铁的确能够吸住铁的物质，我们把磁铁吸引铁的性质叫做磁性。（板书）
师：那现在你能说说为什么磁铁那么喜欢机器人瓦力了吗？ 生：因为瓦力是铁做的
师评价：真了不起，能够学以致用
（二）探究活动二：巧辨真假 师：刚才通过实验，同学们很准确地找出了磁铁的朋友，并总结出了它们的共同特点。现在，有些家伙看到磁铁那么好玩，也冒充到“铁”家庭行列中来了，老师今天准备了这样一套硬币，请小组用看、摸、听、闻等方法来判断这些硬币当中哪些含有铁，哪些不含有铁（注意，不可以用磁铁哦）
师：请材料员拿出材料袋二，记录员拿出记录单
（二），开始分类（认为是磁铁的朋友的放在这一栏，不是磁铁的朋友的放在这一栏）学生分类，教师巡视
师：好，下面请同学们再利用磁铁的磁性检验一下，并重新分类 生实验，师巡视
师：哪个小组先来汇报实验结果 生汇报
师：你们的实验结果和预测相同吗 生：不同
师：那你们来思考一下：为什么有些硬币能够被磁铁吸住，有些硬币不能够被磁铁吸住呢？ 生：能被吸住的里面含有铁，不能被吸住的没有铁
师：仅仅是这样吗？请看大屏幕（课件展示硬币，稍微讲解）。除了铁以外，其实有些硬币比如新版1元硬币还含有镍这种金属，除了这些，钴也能够被磁铁吸住。板书：镍、钴 师：通过这个实验，同学们知道了什么呢？
小结：通过这个实验，我们知道了各种硬币的成分是不一样的，利用磁铁的这个特征，我们还可以去鉴别市场上有可能出现的一些假币，比如有些一元硬币，如果是铝制材料，就吸不住，下次遇到类似情况，你会鉴别吗？
师：当然，生活当中，很多物品我们都可以用磁铁去吸吸看，也有部分物品不能去接触，比方说电视机、电脑、手机、硬盘、手表等等物品，磁铁接触后会损坏这些物品。
（三）探究活动三：隔物吸铁
师：下面我们来做个游戏，老师这里有个烧杯，我把回形针放入烧杯中，谁能不湿双手的情况下把回形针取出来？
生：上台实验（师说：手没有湿）
师：老师要增加难度了哦，不湿磁铁的情况下，把回形针取出来 生上台实验（成功掌声送给他）
师：那么从这个游戏里，我们能得出什么结论呢？ 生：磁铁可以隔着其他物体吸铁
（评价语：太棒了！你的回答很精彩！说得很全面！回答得真好，我们要向他学习。他讲得有道理，我再来补充一下。）
师：那么磁铁是不是可以隔着所有物体都能吸铁呢？ 生：不一定
师：好，老师提供给你们这些实验材料，先请同学们想一想应该怎样检验？ 谁来说 生上台（）
师：好，实验之前老师有个温馨提示
1、一名同学拿磁铁，其余同学配合进行实验。
2、及时的把实验结果记录在记录单上
3、每个物体做两次实验。
现在请材料员拿出3号材料袋，记录员拿出记录单（3）开始实验 生实验，师巡视
师：哪个小组来说说，你们组的实验结果 生汇报
师：其他小组的实验结果都一样吗？ 生：不一样
师：好，我们来看看他们的实验材料。一个厚一个薄 根据实验结果，我们发现了什么？
生答（用自己的话概括真棒！已经说得很好了）师：所以说，磁铁隔着所有的物体都能吸铁吗？ 生：不能
师：那我们应该怎么说才能够将实验结果说得更准确 生：磁铁隔着一些物体也能吸铁（板书）（你真行，概括得非常的完整全面）
师：同学们，回想一下，其实我们在做第一次实验的时候，就已经是在让磁铁隔着一些物体吸铁了，回忆一下，隔着什么物体？（师在实物投影上演示磁铁吸引回形针的实验）生：隔着的是空气。
师：对，磁铁隔着空气也能吸铁
三、全课小结，畅谈收获 师：这节课你学到了什么？ 生：总结（课件展示）
师：所以这节课我们学习的就是《磁铁有磁性》（课件）
四、实践应用，拓展新知 师：我们家里都有玻璃窗，有的住的高的同学擦玻璃窗肯定成为妈妈爸爸头疼的问题，特别是抹高处外面的那面玻璃窗，既麻烦又危险，你能利用磁铁能隔物吸铁的性质,设计一款产品,使爸爸妈妈在里面擦同时也能擦到外面的玻璃吗？
回家可以去试试，用你所学的知识为爸爸妈妈分担一点辛苦，好吗？ 生：好
师：老师相信你们！愿同学们都成为小小科学家！
板书设计：
磁铁有磁性
磁铁能吸引铁的性质叫磁性（镍、钴）
教学开始，我创设了“钓鱼”这样一个情景：(一把小钓鱼杆的鱼钩是用磁铁做的.，小鱼是用硬纸做的下面粘着铁。)同学们你们钓过鱼吗?你们是怎样钓鱼的?学生答，今天呢老师也想来钓鱼师演示实验。小鱼上钩了。问：“同学们你们知道是怎么回事吗?老师没有鱼食也钓到了鱼。”生积极的答。师导入关于磁铁还有很多有趣的事，你们想和老师一起来研究吗?要形成问题和探究的动机就必须创设良好的情境来导入教学。情境导入是教学的开始，也是教学成功的基础与前提。小游戏是孩子最喜欢玩的一种，“钓鱼”正是小游戏产生的效果。它激起了学生的浓厚兴趣，顺利地引出了本堂课的研究对象──磁铁。
材料在科学课中占有举足轻重的地位。因此，整堂课我都很注重用材料来调控课堂节奏。如在材料的准备上我准备了课本66页上的铁钉、回形针等十多种典型的生活中常见的物体，先让学生预测其中的那些物品能被磁铁所吸引，那些不能被磁铁所吸引，然后再用试验来进一步验证孩子们的预测是否准确。
20世纪70年代,美国麻省理工大学田中丰一等在研究聚丙烯凝胶时发现,一块透明凝胶在冷却过程中内部会逐渐雾化模糊,直至完全不透明,温度恢复时又恢复透明状态。这一相转变现象的发现开辟了一个全新的研究领域[1]。20世纪80年代末期,美国和日本科学家首先提出了智能材料(Intelligent materials)的概念。智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理于一体,形成类似生物材料那样具有智能属性的材料,具备自感知、自诊断、自适应和自修复等功能。
1 智能型水凝胶
水凝胶可定义为在水或生物体液中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联高分子聚合物网络。智能型水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶,根据对外界刺激的响应情况分为:温度响应性水凝胶、pH响应性水凝胶、光响应性水凝胶、磁场响应性水凝胶、压力响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、电场响应性水凝胶等。由于智能型水凝胶独特的响应性,在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景[2—5]。目前,对智能水凝胶研究最多的集中在温度敏感和pH敏感水凝胶上。
1.1 温度敏感水凝胶
这类水凝胶结构中具有一定比例的亲水和疏水基团,温度的变化可以影响基团的疏水作用和大分子链间的氢键作用,产生体积相变。温敏水凝胶有高温收缩和低温收缩2种类型。
1.1.1 高温收缩的聚合物微球
对于具有临界溶解温度下限(LCST)的温度敏感微球,目前研究得最多的是聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)微球。1984年Tanaka等[6]发现,PNIPA在较小的温度范围内可表现出明显的疏水和亲水变化。PNIPA的LCST在32℃左右。随着温度的升高,水凝胶收缩,其溶胀率急剧下降,因为PNIPA在温度低于LCST时在水中形成了良好的水化状态;温度升高,水凝胶脱水收缩(如图1)。
1.1.2 低温收缩的聚合物微球
这类微球的温度敏感特性主要来自于微球中大分子间的氢键作用,大多数由聚丙烯酰胺和聚丙烯酸互穿网络组成。溶胀率在某一温度附近随温度升高发生突变式增加,当温度降低时,其溶胀率又降低。
1.2 pH敏感水凝胶
水凝胶的pH响应性是指其溶胀或去溶胀随pH值的变化而发生变化。水凝胶的pH敏感性最早是由Tanaka等[7]在测定陈化后丙烯酰胺的溶胀率时发现的。
水凝胶体积发生显著变化的pH区域取决于其骨架上的基团。pH敏感水凝胶一般含有-COO-、-OPO3-、-NH3+、-SO3+等阴阳离子基团。以聚丙烯酸为例,聚丙烯酸水凝胶为含有大量不能自由移动羧基的立体网状大分子。当溶液的pH值不同时,这些羧基的离解浓度不同,使网络间静电排斥作用不同;水凝胶内外的离子浓度差不同,从而因浓度差引起的渗透压不同。由于上述2种原因,使聚丙烯酸水凝胶在不同pH值溶液中呈现不同程度的收缩或溶胀状态[8]。
1.3 光响应性水凝胶
目前,智能高分子的光响应机理有3种:将遇光能够分解的感光性化合物添加到高分子凝胶中,在光的刺激作用下,凝胶内部产生大量离子,引起凝胶内部渗透压的突变,促使凝胶发生体积相转变;在温敏性凝胶中加入感光性化合物,当凝胶吸收一定能量的光子之后,感光化合物将光能转化为热能,使得凝胶内部局部温度升高,升至相转变温度时,发生体积相转变;常用的方法是在高分子主链或侧链引入感光基团,感光基团吸收一定能量的光子后,就会引起某些电子从基态向激发态的跃迁,引起分子构型的变化。
1.4 磁场响应性水凝胶
磁场响应性水凝胶是将磁性“种子”预埋在凝胶中,当凝胶置于磁场时,由于磁性材料的作用而使凝胶局部温度上升,导致凝胶膨胀或收缩。
凝胶响应磁场而溶胀或收缩的研究工作始于美国MIT研究组。张津辉等[9]利用化学沉降法制备得超细颗粒磁流体,在磁粉表面包覆有机聚合物制得磁性微球。N.Shamim等[10]运用共沉降法制备Fe3O4,把运用表面活性剂改性的Fe3O4作为种子进行种子聚合,制备了热敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)包覆Fe3O4磁性纳米粒子水凝胶。丁小斌等[11]采用分散聚合法,在醇/水体系中,在Fe3O4磁流体存在下,通过苯乙烯(St)与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚,合成出Fe3O4/P(St-NIPAM)微球,其除具有一般磁性微球快速、简便的磁分离特性外,同时还具有热敏特性。E.Goiti等[12]制备了聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羟乙酯与纳米Fe3O4复合的水凝胶,分析了它们的热性能,结果表明得到的复合材料具有较稳定的热性能和机械性能。目前就研究而言,对磁性水凝胶磁性能的研究还不够深入。
1.5 电场响应水凝胶
电场响应性水凝胶一般由聚电解质高分子构成,在直流电场作用下可发生形变,其响应机理是溶液中自由离子在电场下的定向移动造成凝胶内外离子浓度和凝胶内部pH的不均匀,从而引起渗透压和聚电解质电离状态的变化[13]。
1.6 即型凝胶
即型凝胶(In situ-forming hydrogel)在凝固或凝胶形成之前是可注射的液体,在注入人体的目的组织、器官或体腔时,机体遭受的损伤较小,可直接用于体内治疗,能获得良好效果。
植入之前,即型凝胶基质的可注射性比系统最终形成凝胶这一特性具有更多的优点:基质可以注射,不需要手术安置或停药(如果不能生物降解),而且各种治疗用试剂都能够通过简单混合而制备。当用来填充体腔或缺损时,它们所具有的流动性又非常适宜。即型凝胶系统不需要使用有机溶剂或共聚作用媒介物。当离子间交联或者pH值改变,或者温度发生改变时,凝胶作用就会产生[14—17]。理想的即型凝胶系统应当是一种能够自由流动、在室温下可注射的溶液,而且应当在体温环境下迅速变为凝胶。载有药物或细胞的过程应当能够通过简单混合而完成[18]。
2 磁性水凝胶
2.1 磁性聚合物微球的结构
磁性聚合物微球[19,20]是指通过适当的制备方法使有机高分子与无机磁性粒子结合形成具有一定磁性及特殊结构的复合微球。磁性聚合物微球的结构通常可分为3类(见图2):
(1)核壳式,即内核为磁性材料,壳为聚合物材料的核/壳式结构。根据无机磁性在微球内的分布情况,又分为弥散式(图2(a))和集结式(图2(b));
(2)反核壳式,即内核为聚合物材料,壳为磁性材料的核/壳式结构(图2(c));
(3)夹心式,即内层、外层均为聚合物材料,中间层为磁性材料的夹心式结构(图2(d))。
2.2 磁性聚合物微球的制备
通常所指聚合物微球即有机高分子凝胶,而有机高分子凝胶有天然与合成之分。目前单体交联是制备高分子凝胶最主要的方法[21,22]。
2.2.1 原位法
原位法[23,24]是首先制备多孔或致密的聚合物微球,此微球具有可结合Fe、Co、Ni等金属离子的基团(如-COON、-OH、-SO3H、-NO2、-NH2),随后依靠高分子在金属盐溶液中的溶胀以及功能基团与金属离子的作用来制备磁性聚合物微球。如果含有-COOH、-OH等基团,可以直接加入合适比例的二价、三价铁盐溶液,使聚合物微球在铁盐溶液中溶胀、渗透,再升高温度和pH值,得到磁性高分子微球;如果含有-NO2、-ONO2等氧化性基团,可以只加入二价铁盐,然后升高温度和pH值,使其氧化得到磁性高分子微球;如果含有-NH、-NH2等还原性基团,可加入三价铁盐,然后升高温度和pH值,使其还原得到磁性聚合物微球。
原位法虽具有很多优点,但对聚合物的要求比较严格,一般不适用于不含上述基团的高聚物;制备所得微球的表面不光滑;步骤稍长,需要分步操作。
2.2.2 单体聚合法
单体聚合法[25,26,27]是指在磁性粒子和有机单体存在的条件下,根据不同的聚合方式加入引发剂、表面活性剂、稳定剂等进行聚合反应,得到核/壳式磁性高分子微球的方法。单体聚合法合成磁性微球的方法主要有:悬浮聚合、分散聚合、乳液聚合(包括无皂乳液聚合、种子聚合)、辐射聚合等。
辐射聚合是单体或单体溶液在高能电离辐射作用下产生的初级活性粒子引发的聚合反应。M Sen等[28]采用γ射线辐照聚合等方法合成了聚(甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯/N-乙烯基吡咯烷酮)温度及pH敏感共聚水凝胶。Sanju Francis等[29]利用Co60产生的γ射线对聚乙烯醇(PVA)/乙二胺四乙酸(EDTA)的水溶液进行辐照,制得PVA-EDTA水凝胶。Noriyasa Nagaoka等[30]用辐射法制备了PNIPA水凝胶。陈延年等[31]用紫外辐照合成了温度及pH敏感水凝胶。Ronny Gottlieb等[32]以甲基乙烯基醚为温敏单体,N-乙烯基吡咯烷酮为生物相容剂,用高能电子束和γ射线辐照合成了温敏性的水凝胶。
2.2.3 包埋法
包埋法[33]是将磁性粒子分散于高分子溶液中,通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等手段得到磁性高分子微球,是制备磁性聚合物药物微球常用的方法。
一般说来,包埋法得到的磁性微球,其磁性粒子与高分子之间的结合主要是通过范德华力、氢键、磁粒表面的金属离子与高分子链的鳌合作用以及磁性粒子表面功能基团与高分子壳层功能基团形成的共价键。利用包埋法制备磁性微球,方法简单,但所得粒子的粒径分布宽,形状不规则,粒径不易控制,壳层中难免混杂一些诸如乳化剂之类的杂质。
2.3 磁性水凝胶的应用
磁性聚合物微球因具有磁响应性和不同的表面功能基,在固定化酶、细胞分离与标记、免疫测定、靶向药物释放、环境/食品微生物检测、新型涂料或颜料及有机和生化合成等方面得到了日益广泛的应用。
2.3.1 固定化酶
酶是一种生物蛋白质,作为一种生物催化剂,因其具有高选择性、催化反应条件温和、无污染等特点,广泛应用于食品加工、医药和精细化工等行业,但天然酶稳定性差、易失活、不能重复使用,并且反应后混入产品,纯化困难,使其难以在工业中得到广泛的应用。用磁性微球作为固定酶载体,可以利用外部磁场控制磁性材料固定酶的运动方式和方向,替代传统的机械搅拌,提高固定化酶的催化效率;固定化酶可重复使用且操作简单,可降低成本;可以很好地保持酶的活性和稳定性;可以改善酶的生物相容性、免疫活性、亲疏水性;将多种酶结合在微球上,还可进行多酶反应;磁性载体固定化酶放入磁场稳定的流动床反应器中,可以减少反应体系中的操作,适合大规模连续化生产。
Tahsin Bahar等[34]合成了表面带活性基团的聚苯乙烯磁性微球,并用于固定化葡萄糖淀粉酶,得出了固定化酶的最佳条件,酶的固定化率达到了70%,固定化后酶的活性保持了原来的70%。
2.3.2 细胞分离与标记
细胞的标记与分离是磁性聚合物微球最早的应用研究之一,自20世纪70年代以来已有众多研究者致力于该领域的研究。R.S.Molday等[35]将平均粒径为40nm的磁性微球用来分离被标记的老鼠胸腺细胞和人体血红细胞;他们也从混合的脾脏淋巴细胞中分离出了免疫蛋白微球标记的淋巴细胞(B细胞)。
2.3.3 靶向药物释放
不同药物对疾病的治疗效果不仅与其治疗机制有关,同时也与给药途径、方法有关。磁性微球给药载体的特点有:(1)将药物随着载体被吸附到靶区周围,使靶区很快达到所需浓度,在其他部位的布量相应减少,可以降低给药剂量;(2)药物极大部分在局部作用,相对减少了药物对人体正常组织的副作用,特别是降低对肝、脾、肾等造血和排泄系统的损害;(3)加速产生药效,提高疗效。
Ghassabian等[36]将地塞米松与Fe3O4纳米颗粒包埋于白蛋白微球,用于治疗淋巴肿瘤。徐慧显等[37]用磁性葡聚糖微球固定化L-天冬酞胺酶来治疗急性淋巴白血病及乳腺癌,都取得了良好的治疗效果。何尚锦等[38]合成了温度及pH双重敏感水凝胶-乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸共聚物与聚乙二醇[P(NVP-AA)/PEG]半互穿网络水凝胶,并将其作为载体对抗癌药5-氟尿嘧啶(5-FU)进行包埋,37℃下分别在模拟的胃液和肠液中进行体外释药研究。He Hongyan等[39]设计了一种释药系统,包括一个具黏附功能的储药器和双层的水凝胶门。双层门由聚HEMA和聚甲基乙烯酸-g-乙烯乙二醇[P(MAA-g-EG)]分别形成的2层水凝胶层构成。通过P-AA-g-EG)和HEMA在不同条件下溶胀速率的差异来控制双层门的开启或关闭。该系统能在最有效的部位、最恰当的时机自动释放出最适量的药物,从而将药物的毒副作用降到最低。
2.3.4 环境/食品领域的微生物检测
以磁性微球为基础的免疫磁性分离技术不但广泛应用于医学、生物学的各个领域,而且在环境和食品卫生检测方面的应用也初见端倪。环境与食品检样常为固液多相混合体,采用常规方法难以将少量的致病微生物分离出来。借助免疫磁性分离技术,可以达到快速分离的目的。
2.3.5 DNA提取
随着生命科学的不断进步,磁性复合微球越来越多地应用于分子生物学等领域,如DNA的纯化分离及核酸的杂交、扩增、检测等。丁小斌等[40]制备了热敏性的磁性Fe3O4/P-(St-NIPAM)微球,将其用于人血清白蛋白(HSA)的吸附/解吸研究,结果表明,该微球具有简便、快捷的磁分离特性。
2.3.6 新型的涂料或颜料
氧化铁系颜料是涂料工业重要的无机原材料,粒径小于100nm的纳米氧化铁粒子,其化学组成甚至晶体结构虽然与本体物质一样,但却具有许多独特的性质。用纳米氧化铁作为颜料,既保持了一般无机颜料良好的耐热性和吸收紫外线功效等优点,又能很好地分散在油性载体中,用它调制的涂料或油墨具有令人满意的透明度。纳米尖晶石复合铁氧体材料是一种重要的无机颜料。例如钴铁颜料,具有鲜艳的色泽,有极其优良的耐候性、耐酸解和耐热性;纳米ZnFe2O4是优良的透明无机颜料,具有耐热、耐光、无毒和防锈等显著特点。
2.3.7 有机和生化合成
近几年来,组合化学因能快速合成巨大的化合物库,满足生物学测试的要求,因此得到了迅猛的发展,并使固相有机合成技术得以复兴。而以磁性微球为载体的固相有机合成技术,不仅可充分发挥固相合成的优势,而且在反应完成后,可迅速地将目标产物从剩余反应物、副产物及溶剂中方便地分离出来,且不影响产物的性质与纯度。Ran等[41]用悬浮聚合法制备了45~125μm的PS功能性磁性微球,并将其用作固相有机合成载体和磺胺类药物的纯化。
3 结语
随着现代科技的发展以及研究的深入,为适应生物医学领域研究的发展要求,开发功能化、智能化聚合物微球是聚合物微球的重要研究方向之一。磁响应性聚合物微球越来越引起人们的关注,特别是在生物医学、生物工程等领域的应用已引起各国研究者的高度重视,成为生物医学材料研究领域中的一个热门课题。磁性水凝胶有望在药物载体、靶向释药研究领域有新的发展。但是,目前磁性微球尚存在一些问题还需进一步研究解决,如磁性高分子微球的稳定性、生物相容性、磁性粒子的表面有机化等问题;对磁性凝胶磁性能的研究偏少,对其磁性响应性的讨论还不够深入。本实验室在制备出磁性水凝胶的基础上,研究了其溶涨性能和磁响应性能,发现在提高水凝胶磁性能的同时,其溶涨性能明显降低。今后的研究应致力于在提高水凝胶磁性能的同时不削减其溶涨性能,并研究水凝胶在磁场作用下的溶涨性能,探讨其溶涨和磁响应机理。
摘要：水凝胶是亲水性而又不溶于水的、具有三维网络结构的高分子材料,因其独特的吸水和良好的生物相容性等优点而受到材料科学和生物医学工作者的关注,得到了广泛应用及研究。结合笔者实验室开展的辐照聚合法制备磁性水凝胶的研究工作,较全面地介绍了国内外水凝胶材料的研究现状及其在生物医药等领域的应用,重点介绍了磁性水凝胶的制备、应用,并展望了其发展前景。
随手乱放“磁”惹祸
许多人家中有磁铁、冰箱磁贴，小孩玩的强力磁珠、磁性螺丝刀。很多人不太注意它们的摆放，不慎把一些怕“磁”的东西与磁铁、收音机、电视机、磁化杯、皮包磁化扣、发电机及其他有磁性的用品放在一起，导致一些物品被磁化。
消磁妙招：手表被磁化后会走时不准或者停止走动，必须消磁。
1.必须把手表远离磁场，尽量保证不要多次受磁。
2.采用消磁器（消磁棒或消磁线圈）消磁，或者送修专业人员消磁。
3.用没有被磁化的铁丝做成线圈，或用没有磁化的圆圈形铁环或铁块，把手表放在线圈中央穿梭几次。如果找不到合适的未被磁化的铁环，可以用燃气灶上的垫环代替，反复使用几次。使用时，要用没有被加热的垫环或者用后冷却的垫环。
4.放在未磁化的铁块或铁板上一两天，铁块体积越大效果越好。
提醒：最好不要把手机、银行卡、IC卡放在一起，否则容易消磁，影响正常使用。
距离不对“磁”受伤
许多家电有磁性，但还应避免被磁化，如电视、音响、功放、显示器。如果这些家电的摆放位置太近，那么有的被磁化后会出现故障。虽然不会完全破坏家电，但会影响其功能和效果。所以，避免被磁化的家电距离最好相隔一米以上，如果空间过小，要想办法隔开或尽量远离。
消磁妙招：电脑显示器被磁铁、发电机、劣质音箱等磁化可用下面办法消磁。
1.把附近有磁性磁场的物品搬离显示器，使用专业电脑音箱或防磁化的音箱。
2.打开显示器的消磁功能，按“消磁”按钮，显示器图像剧烈晃动，就会消磁。
3.购买专业的显示器消磁器，按说明操作，认真消磁。
4.如果显示器的消磁功能和消磁器都不能解决问题，那么应请专业人员处理。
提醒：心脏起搏器会受强磁场影响发生危险，所以带有心脏起搏器的人一定要远离强磁场区，以免发生意外。
隔墙有“磁”扰生活
许多家庭非常注意生活用品和家电的防“磁”，可是家电还是频繁地被磁化，多次消磁后也不能解决问题。有时更换新产品后，依然出现被磁化现象。这时，需要去邻居家看看，墙的那一面是不是有强磁场的物品穿过墙壁影响了家电的正常使用。
消磁妙招：电视机与音箱、功放、磁铁放在一起容易被磁化，会出现颜色失真，出现色斑、图像变形等现象，要尽快消磁。
1.把电视机搬离磁性较强的地方，不要把一些具有磁性的用品放在电视机顶。对于一些放在机顶上的饰品，要观察上面是否有磁铁或者底座中藏有磁铁。
2.功放、电机、录音机、收音机等有磁性的可能被磁化或会被磁干扰的家电都尽量不要相互靠近，要保持距离。功放一定要与电视分层摆放在电视柜中。
3.多数电视机本身有消磁功能，反复几次开关机即可。注意，不是用遥控器反复开关，而是反复打开断开电源，开关机时间间隔10分钟左右。
4.如果以上方法都不能解决问题，可找专业人员处理，不能打开电视后盖自行处理。
