對(duì)“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”課題教學(xué)的質(zhì)疑和改進(jìn)

鄭青岳

最近筆者參加一個(gè)課堂教學(xué)評(píng)比活動(dòng)，一天之中聽了6節(jié)課，課題都是“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”. 6節(jié)課的教學(xué)除了所采用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有所不同之外，總體設(shè)計(jì)沒有太大的差異.由此萌生出一些想法，現(xiàn)整理出來，與同行交流.

一、一個(gè)普遍采用的教學(xué)設(shè)計(jì)

為了探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，老師們普遍采用了這樣一個(gè)教學(xué)方案：先回顧初中物理中導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的知識(shí)，并利用圖1所示的裝置演示導(dǎo)線沿不同方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)“切割磁感線”這一條件.

在此基礎(chǔ)上，教師提出問題：是否只有切割磁感線運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？還有哪些方法也可以使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？接著給學(xué)生如圖2的器材，讓學(xué)生通過分組活動(dòng)，探究哪些操作能夠使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流.

在課堂中我們看到，各個(gè)小組都能順利地連接如圖2的電路.他們都能通過自主的活動(dòng)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)閉合或打開開關(guān)時(shí)；當(dāng)將小螺線管插入大螺線管，或從中拔出時(shí)；當(dāng)將鐵芯插入小螺線管，或從中拔出時(shí)；當(dāng)開關(guān)閉合后來回移動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭時(shí)；當(dāng)條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出時(shí)，都能使大螺線管電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).

在學(xué)生活動(dòng)的基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生概括上述各種操作（包括切割磁感線運(yùn)動(dòng)）的共同點(diǎn)：通過閉合回路的磁感量發(fā)生變化，由此得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.

二、幾點(diǎn)質(zhì)疑

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)表面看上去既周到又嚴(yán)密，似乎無懈可擊.但從科學(xué)研究的進(jìn)程和人認(rèn)識(shí)事物的過程看，卻是值得質(zhì)疑的.

1.為什么我們?cè)谔骄慨a(chǎn)生感應(yīng)電流的條件時(shí)，一下子就會(huì)想到那么多.既有開關(guān)，又有磁鐵、鐵芯，還有滑動(dòng)變阻器、大小螺線管，等等.好像在探究之前，什么都在我們的算計(jì)之中一樣.人其實(shí)并沒有那么聰明，人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是逐漸深入，而不是一步到位的.我們之所以會(huì)這樣做，那是因?yàn)槲覀兪孪纫呀?jīng)知道問題的答案了.如果我們事先不知道問題的答案，我們是難以想到這樣做的.但真正的探究是事先不知道答案的，站在未知答案的學(xué)生的角度思考該怎樣做，會(huì)使我們的教學(xué)設(shè)計(jì)更接近真正的探究.

2.科學(xué)要根據(jù)所觀察到的事實(shí)概括出一般性的原理，其過程通常是：根據(jù)有限的事實(shí)進(jìn)行初步的概括，利用概括的結(jié)論（原理）做出新的預(yù)言——預(yù)見未曾觀察到的事實(shí)，并用新的事實(shí)對(duì)概括進(jìn)行檢驗(yàn).當(dāng)新的事實(shí)支持概括時(shí)，則概括得到進(jìn)一步肯定；當(dāng)新的事實(shí)不支持概括時(shí)，概括就會(huì)受到否定，或需要加以修改和完善.但是，在上述教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們對(duì)結(jié)論的獲得卻是一步到位的.這種對(duì)探索過程的人為的縮短，并不符合科學(xué)認(rèn)識(shí)的邏輯，也使學(xué)生失去了體驗(yàn)科學(xué)過程的一個(gè)絕好的機(jī)會(huì).

3.學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)該遭遇一定的困難.物理教學(xué)根本的任務(wù)是發(fā)展學(xué)生的思維，而思維永遠(yuǎn)與解決問題的困難程度相關(guān)，困難越大，思維的要求越高；沒有困難就沒有思維.但在上述活動(dòng)中，學(xué)生幾乎是在毫無困難的情況下就能得到滿意的結(jié)果.因?yàn)橛虚_關(guān)，他們總會(huì)打開或閉合；因?yàn)橛行÷菥€管，他們總會(huì)將它插入大螺線管或從中拔出；因?yàn)橛需F芯，他們總會(huì)將它插入小螺線管或從中拔出；因?yàn)橛谢瑒?dòng)變阻器，他們總會(huì)移動(dòng)它的滑動(dòng)觸頭，等等.這些活動(dòng)并不需要有太多的思維的參與，而缺少思維的活動(dòng)其教育意義是不大的.

三、教學(xué)設(shè)計(jì)的改進(jìn)

鑒于如上的質(zhì)疑，我們對(duì)“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”課題的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，其基本流程如下.

1.回顧初中閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的相關(guān)知識(shí)，重做圖1實(shí)驗(yàn).

2.提出問題：是否只有導(dǎo)線切割磁感線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？是否還有別的方法也能產(chǎn)生感應(yīng)電流？

3.為了使新的方法與圖1的方法差異盡可能大些，我們模仿當(dāng)年法拉第使用過的方法，不用永磁鐵，而是利用通電線圈來產(chǎn)生磁場(chǎng)；為了避免相對(duì)運(yùn)動(dòng)，我們把兩個(gè)線圈都繞在同一個(gè)鐵環(huán)上，如圖3所示.這樣，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)也將通過另一個(gè)線圈.看看通電線圈的磁場(chǎng)能否使另一個(gè)線圈產(chǎn)生出電流來.

4.教師故意把電源和開關(guān)放在離電流表較遠(yuǎn)的地方，指出：為了避免電源對(duì)電流表的影響，我把電源和電流表相隔遠(yuǎn)一些.教師合下開關(guān)后，跑到電流表邊上看電流表的指針是否發(fā)生了偏轉(zhuǎn).顯然，教師看不到電流表指針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.而學(xué)生卻說：當(dāng)開關(guān)剛合下瞬間，電流表指針偏轉(zhuǎn)了一下.教師將電流表移近一些重新實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)閉合和打開的瞬間，電流表的指針會(huì)偏轉(zhuǎn).開關(guān)閉合或打開后，電流表指針不偏轉(zhuǎn).

5.分析新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出：當(dāng)閉合回路中磁場(chǎng)從無到有，或從有變無的過程中，回路中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電路.

6.將圖1和圖3兩個(gè)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成圖4和圖5，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行比較：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法完全不同.在圖4實(shí)驗(yàn)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，而閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)；在圖5實(shí)驗(yàn)中，閉合回路不動(dòng)，而穿過閉合回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度卻發(fā)生變化.

教師指出：科學(xué)研究需要一種信念，比如，相信自然的規(guī)律是簡(jiǎn)單的，規(guī)律的形式是美的；不同的現(xiàn)象中有相同的結(jié)果，應(yīng)該有相同的原因.既然兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流這一相同的結(jié)果，它們之間應(yīng)當(dāng)存在相同的原因.只是這個(gè)相同的原因比較隱蔽，請(qǐng)同學(xué)們分組討論：分析兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，看看它們有什么共同點(diǎn).

7.學(xué)生通過分析比較，得出兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)：通過回路的磁通量都發(fā)生變化.

8.教師指出：我們通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較，初步概括出一個(gè)結(jié)論：只要通過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.我們根據(jù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)做出的這一概括是否正確，需要用進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).如果概括的結(jié)論是正確的，請(qǐng)做出預(yù)言，還有哪些操作也能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流？哪些操作不能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流？（要求學(xué)生分組討論）我可以提供一個(gè)大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，以及電源、開關(guān)、條形磁鐵、大的螺線管和小的螺線管（小螺線管可以插入大螺線管中）.你們還需要什么器材可以提出.

9.在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過討論做出預(yù)言（并要求學(xué)生說出理由）：

（1）將大的螺線管和電流表連接，將條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出來時(shí)，螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（2）小的螺線管與電源、開關(guān)連接.將通電小螺線管條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出來時(shí)，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（3）將小螺線管插入大螺線管中，閉合開關(guān)，或打開開關(guān)瞬間，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（4）將小螺線管插入大螺線管中，閉合開關(guān)后，取一鐵芯插入小螺線管，或從中拔出來瞬間，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（5）再取一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在小螺線管的電路中，閉合開關(guān)后，來回移動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，大螺線管中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（6）取一閉合線框，當(dāng)它垂直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并在其內(nèi)順著磁感線運(yùn)動(dòng)，或做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線框內(nèi)將不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)它做切割磁感運(yùn)動(dòng)，有一邊處于磁場(chǎng)之外時(shí)，線框內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)線框整個(gè)處于磁場(chǎng)中，做旋轉(zhuǎn)切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線框內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

10.學(xué)生利用分組實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)預(yù)言（1）～（5）；預(yù)言（6）由教師采用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).所有預(yù)言都在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí).由此得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

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最近筆者參加一個(gè)課堂教學(xué)評(píng)比活動(dòng)，一天之中聽了6節(jié)課，課題都是“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”. 6節(jié)課的教學(xué)除了所采用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有所不同之外，總體設(shè)計(jì)沒有太大的差異.由此萌生出一些想法，現(xiàn)整理出來，與同行交流.

一、一個(gè)普遍采用的教學(xué)設(shè)計(jì)

為了探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，老師們普遍采用了這樣一個(gè)教學(xué)方案：先回顧初中物理中導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的知識(shí)，并利用圖1所示的裝置演示導(dǎo)線沿不同方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)“切割磁感線”這一條件.

在此基礎(chǔ)上，教師提出問題：是否只有切割磁感線運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？還有哪些方法也可以使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？接著給學(xué)生如圖2的器材，讓學(xué)生通過分組活動(dòng)，探究哪些操作能夠使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流.

在課堂中我們看到，各個(gè)小組都能順利地連接如圖2的電路.他們都能通過自主的活動(dòng)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)閉合或打開開關(guān)時(shí)；當(dāng)將小螺線管插入大螺線管，或從中拔出時(shí)；當(dāng)將鐵芯插入小螺線管，或從中拔出時(shí)；當(dāng)開關(guān)閉合后來回移動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭時(shí)；當(dāng)條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出時(shí)，都能使大螺線管電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).

在學(xué)生活動(dòng)的基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生概括上述各種操作（包括切割磁感線運(yùn)動(dòng)）的共同點(diǎn)：通過閉合回路的磁感量發(fā)生變化，由此得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.

二、幾點(diǎn)質(zhì)疑

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)表面看上去既周到又嚴(yán)密，似乎無懈可擊.但從科學(xué)研究的進(jìn)程和人認(rèn)識(shí)事物的過程看，卻是值得質(zhì)疑的.

1.為什么我們?cè)谔骄慨a(chǎn)生感應(yīng)電流的條件時(shí)，一下子就會(huì)想到那么多.既有開關(guān)，又有磁鐵、鐵芯，還有滑動(dòng)變阻器、大小螺線管，等等.好像在探究之前，什么都在我們的算計(jì)之中一樣.人其實(shí)并沒有那么聰明，人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是逐漸深入，而不是一步到位的.我們之所以會(huì)這樣做，那是因?yàn)槲覀兪孪纫呀?jīng)知道問題的答案了.如果我們事先不知道問題的答案，我們是難以想到這樣做的.但真正的探究是事先不知道答案的，站在未知答案的學(xué)生的角度思考該怎樣做，會(huì)使我們的教學(xué)設(shè)計(jì)更接近真正的探究.

2.科學(xué)要根據(jù)所觀察到的事實(shí)概括出一般性的原理，其過程通常是：根據(jù)有限的事實(shí)進(jìn)行初步的概括，利用概括的結(jié)論（原理）做出新的預(yù)言——預(yù)見未曾觀察到的事實(shí)，并用新的事實(shí)對(duì)概括進(jìn)行檢驗(yàn).當(dāng)新的事實(shí)支持概括時(shí)，則概括得到進(jìn)一步肯定；當(dāng)新的事實(shí)不支持概括時(shí)，概括就會(huì)受到否定，或需要加以修改和完善.但是，在上述教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們對(duì)結(jié)論的獲得卻是一步到位的.這種對(duì)探索過程的人為的縮短，并不符合科學(xué)認(rèn)識(shí)的邏輯，也使學(xué)生失去了體驗(yàn)科學(xué)過程的一個(gè)絕好的機(jī)會(huì).

3.學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)該遭遇一定的困難.物理教學(xué)根本的任務(wù)是發(fā)展學(xué)生的思維，而思維永遠(yuǎn)與解決問題的困難程度相關(guān)，困難越大，思維的要求越高；沒有困難就沒有思維.但在上述活動(dòng)中，學(xué)生幾乎是在毫無困難的情況下就能得到滿意的結(jié)果.因?yàn)橛虚_關(guān)，他們總會(huì)打開或閉合；因?yàn)橛行÷菥€管，他們總會(huì)將它插入大螺線管或從中拔出；因?yàn)橛需F芯，他們總會(huì)將它插入小螺線管或從中拔出；因?yàn)橛谢瑒?dòng)變阻器，他們總會(huì)移動(dòng)它的滑動(dòng)觸頭，等等.這些活動(dòng)并不需要有太多的思維的參與，而缺少思維的活動(dòng)其教育意義是不大的.

三、教學(xué)設(shè)計(jì)的改進(jìn)

鑒于如上的質(zhì)疑，我們對(duì)“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”課題的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，其基本流程如下.

1.回顧初中閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的相關(guān)知識(shí)，重做圖1實(shí)驗(yàn).

2.提出問題：是否只有導(dǎo)線切割磁感線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？是否還有別的方法也能產(chǎn)生感應(yīng)電流？

3.為了使新的方法與圖1的方法差異盡可能大些，我們模仿當(dāng)年法拉第使用過的方法，不用永磁鐵，而是利用通電線圈來產(chǎn)生磁場(chǎng)；為了避免相對(duì)運(yùn)動(dòng)，我們把兩個(gè)線圈都繞在同一個(gè)鐵環(huán)上，如圖3所示.這樣，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)也將通過另一個(gè)線圈.看看通電線圈的磁場(chǎng)能否使另一個(gè)線圈產(chǎn)生出電流來.

4.教師故意把電源和開關(guān)放在離電流表較遠(yuǎn)的地方，指出：為了避免電源對(duì)電流表的影響，我把電源和電流表相隔遠(yuǎn)一些.教師合下開關(guān)后，跑到電流表邊上看電流表的指針是否發(fā)生了偏轉(zhuǎn).顯然，教師看不到電流表指針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.而學(xué)生卻說：當(dāng)開關(guān)剛合下瞬間，電流表指針偏轉(zhuǎn)了一下.教師將電流表移近一些重新實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)閉合和打開的瞬間，電流表的指針會(huì)偏轉(zhuǎn).開關(guān)閉合或打開后，電流表指針不偏轉(zhuǎn).

5.分析新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出：當(dāng)閉合回路中磁場(chǎng)從無到有，或從有變無的過程中，回路中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電路.

6.將圖1和圖3兩個(gè)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成圖4和圖5，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行比較：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法完全不同.在圖4實(shí)驗(yàn)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，而閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)；在圖5實(shí)驗(yàn)中，閉合回路不動(dòng)，而穿過閉合回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度卻發(fā)生變化.

教師指出：科學(xué)研究需要一種信念，比如，相信自然的規(guī)律是簡(jiǎn)單的，規(guī)律的形式是美的；不同的現(xiàn)象中有相同的結(jié)果，應(yīng)該有相同的原因.既然兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流這一相同的結(jié)果，它們之間應(yīng)當(dāng)存在相同的原因.只是這個(gè)相同的原因比較隱蔽，請(qǐng)同學(xué)們分組討論：分析兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，看看它們有什么共同點(diǎn).

7.學(xué)生通過分析比較，得出兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)：通過回路的磁通量都發(fā)生變化.

8.教師指出：我們通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較，初步概括出一個(gè)結(jié)論：只要通過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.我們根據(jù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)做出的這一概括是否正確，需要用進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).如果概括的結(jié)論是正確的，請(qǐng)做出預(yù)言，還有哪些操作也能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流？哪些操作不能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流？（要求學(xué)生分組討論）我可以提供一個(gè)大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，以及電源、開關(guān)、條形磁鐵、大的螺線管和小的螺線管（小螺線管可以插入大螺線管中）.你們還需要什么器材可以提出.

9.在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過討論做出預(yù)言（并要求學(xué)生說出理由）：

（1）將大的螺線管和電流表連接，將條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出來時(shí)，螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（2）小的螺線管與電源、開關(guān)連接.將通電小螺線管條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出來時(shí)，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（3）將小螺線管插入大螺線管中，閉合開關(guān)，或打開開關(guān)瞬間，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（4）將小螺線管插入大螺線管中，閉合開關(guān)后，取一鐵芯插入小螺線管，或從中拔出來瞬間，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（5）再取一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在小螺線管的電路中，閉合開關(guān)后，來回移動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，大螺線管中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（6）取一閉合線框，當(dāng)它垂直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并在其內(nèi)順著磁感線運(yùn)動(dòng)，或做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線框內(nèi)將不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)它做切割磁感運(yùn)動(dòng)，有一邊處于磁場(chǎng)之外時(shí)，線框內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)線框整個(gè)處于磁場(chǎng)中，做旋轉(zhuǎn)切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線框內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

10.學(xué)生利用分組實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)預(yù)言（1）～（5）；預(yù)言（6）由教師采用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).所有預(yù)言都在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí).由此得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

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最近筆者參加一個(gè)課堂教學(xué)評(píng)比活動(dòng)，一天之中聽了6節(jié)課，課題都是“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”. 6節(jié)課的教學(xué)除了所采用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有所不同之外，總體設(shè)計(jì)沒有太大的差異.由此萌生出一些想法，現(xiàn)整理出來，與同行交流.

一、一個(gè)普遍采用的教學(xué)設(shè)計(jì)

為了探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，老師們普遍采用了這樣一個(gè)教學(xué)方案：先回顧初中物理中導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的知識(shí)，并利用圖1所示的裝置演示導(dǎo)線沿不同方向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)“切割磁感線”這一條件.

在此基礎(chǔ)上，教師提出問題：是否只有切割磁感線運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？還有哪些方法也可以使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？接著給學(xué)生如圖2的器材，讓學(xué)生通過分組活動(dòng)，探究哪些操作能夠使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流.

在課堂中我們看到，各個(gè)小組都能順利地連接如圖2的電路.他們都能通過自主的活動(dòng)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)閉合或打開開關(guān)時(shí)；當(dāng)將小螺線管插入大螺線管，或從中拔出時(shí)；當(dāng)將鐵芯插入小螺線管，或從中拔出時(shí)；當(dāng)開關(guān)閉合后來回移動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭時(shí)；當(dāng)條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出時(shí)，都能使大螺線管電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).

在學(xué)生活動(dòng)的基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生概括上述各種操作（包括切割磁感線運(yùn)動(dòng)）的共同點(diǎn)：通過閉合回路的磁感量發(fā)生變化，由此得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.

二、幾點(diǎn)質(zhì)疑

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)表面看上去既周到又嚴(yán)密，似乎無懈可擊.但從科學(xué)研究的進(jìn)程和人認(rèn)識(shí)事物的過程看，卻是值得質(zhì)疑的.

1.為什么我們?cè)谔骄慨a(chǎn)生感應(yīng)電流的條件時(shí)，一下子就會(huì)想到那么多.既有開關(guān)，又有磁鐵、鐵芯，還有滑動(dòng)變阻器、大小螺線管，等等.好像在探究之前，什么都在我們的算計(jì)之中一樣.人其實(shí)并沒有那么聰明，人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是逐漸深入，而不是一步到位的.我們之所以會(huì)這樣做，那是因?yàn)槲覀兪孪纫呀?jīng)知道問題的答案了.如果我們事先不知道問題的答案，我們是難以想到這樣做的.但真正的探究是事先不知道答案的，站在未知答案的學(xué)生的角度思考該怎樣做，會(huì)使我們的教學(xué)設(shè)計(jì)更接近真正的探究.

2.科學(xué)要根據(jù)所觀察到的事實(shí)概括出一般性的原理，其過程通常是：根據(jù)有限的事實(shí)進(jìn)行初步的概括，利用概括的結(jié)論（原理）做出新的預(yù)言——預(yù)見未曾觀察到的事實(shí)，并用新的事實(shí)對(duì)概括進(jìn)行檢驗(yàn).當(dāng)新的事實(shí)支持概括時(shí)，則概括得到進(jìn)一步肯定；當(dāng)新的事實(shí)不支持概括時(shí)，概括就會(huì)受到否定，或需要加以修改和完善.但是，在上述教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們對(duì)結(jié)論的獲得卻是一步到位的.這種對(duì)探索過程的人為的縮短，并不符合科學(xué)認(rèn)識(shí)的邏輯，也使學(xué)生失去了體驗(yàn)科學(xué)過程的一個(gè)絕好的機(jī)會(huì).

3.學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)該遭遇一定的困難.物理教學(xué)根本的任務(wù)是發(fā)展學(xué)生的思維，而思維永遠(yuǎn)與解決問題的困難程度相關(guān)，困難越大，思維的要求越高；沒有困難就沒有思維.但在上述活動(dòng)中，學(xué)生幾乎是在毫無困難的情況下就能得到滿意的結(jié)果.因?yàn)橛虚_關(guān)，他們總會(huì)打開或閉合；因?yàn)橛行÷菥€管，他們總會(huì)將它插入大螺線管或從中拔出；因?yàn)橛需F芯，他們總會(huì)將它插入小螺線管或從中拔出；因?yàn)橛谢瑒?dòng)變阻器，他們總會(huì)移動(dòng)它的滑動(dòng)觸頭，等等.這些活動(dòng)并不需要有太多的思維的參與，而缺少思維的活動(dòng)其教育意義是不大的.

三、教學(xué)設(shè)計(jì)的改進(jìn)

鑒于如上的質(zhì)疑，我們對(duì)“探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”課題的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，其基本流程如下.

1.回顧初中閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的相關(guān)知識(shí)，重做圖1實(shí)驗(yàn).

2.提出問題：是否只有導(dǎo)線切割磁感線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流？是否還有別的方法也能產(chǎn)生感應(yīng)電流？

3.為了使新的方法與圖1的方法差異盡可能大些，我們模仿當(dāng)年法拉第使用過的方法，不用永磁鐵，而是利用通電線圈來產(chǎn)生磁場(chǎng)；為了避免相對(duì)運(yùn)動(dòng)，我們把兩個(gè)線圈都繞在同一個(gè)鐵環(huán)上，如圖3所示.這樣，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)也將通過另一個(gè)線圈.看看通電線圈的磁場(chǎng)能否使另一個(gè)線圈產(chǎn)生出電流來.

4.教師故意把電源和開關(guān)放在離電流表較遠(yuǎn)的地方，指出：為了避免電源對(duì)電流表的影響，我把電源和電流表相隔遠(yuǎn)一些.教師合下開關(guān)后，跑到電流表邊上看電流表的指針是否發(fā)生了偏轉(zhuǎn).顯然，教師看不到電流表指針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.而學(xué)生卻說：當(dāng)開關(guān)剛合下瞬間，電流表指針偏轉(zhuǎn)了一下.教師將電流表移近一些重新實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)閉合和打開的瞬間，電流表的指針會(huì)偏轉(zhuǎn).開關(guān)閉合或打開后，電流表指針不偏轉(zhuǎn).

5.分析新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出：當(dāng)閉合回路中磁場(chǎng)從無到有，或從有變無的過程中，回路中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電路.

6.將圖1和圖3兩個(gè)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成圖4和圖5，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行比較：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法完全不同.在圖4實(shí)驗(yàn)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，而閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)；在圖5實(shí)驗(yàn)中，閉合回路不動(dòng)，而穿過閉合回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度卻發(fā)生變化.

教師指出：科學(xué)研究需要一種信念，比如，相信自然的規(guī)律是簡(jiǎn)單的，規(guī)律的形式是美的；不同的現(xiàn)象中有相同的結(jié)果，應(yīng)該有相同的原因.既然兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流這一相同的結(jié)果，它們之間應(yīng)當(dāng)存在相同的原因.只是這個(gè)相同的原因比較隱蔽，請(qǐng)同學(xué)們分組討論：分析兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，看看它們有什么共同點(diǎn).

7.學(xué)生通過分析比較，得出兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)：通過回路的磁通量都發(fā)生變化.

8.教師指出：我們通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較，初步概括出一個(gè)結(jié)論：只要通過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.我們根據(jù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)做出的這一概括是否正確，需要用進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).如果概括的結(jié)論是正確的，請(qǐng)做出預(yù)言，還有哪些操作也能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流？哪些操作不能使閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流？（要求學(xué)生分組討論）我可以提供一個(gè)大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，以及電源、開關(guān)、條形磁鐵、大的螺線管和小的螺線管（小螺線管可以插入大螺線管中）.你們還需要什么器材可以提出.

9.在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過討論做出預(yù)言（并要求學(xué)生說出理由）：

（1）將大的螺線管和電流表連接，將條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出來時(shí)，螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（2）小的螺線管與電源、開關(guān)連接.將通電小螺線管條形磁鐵插入大螺線管，或從中拔出來時(shí)，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（3）將小螺線管插入大螺線管中，閉合開關(guān)，或打開開關(guān)瞬間，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（4）將小螺線管插入大螺線管中，閉合開關(guān)后，取一鐵芯插入小螺線管，或從中拔出來瞬間，大螺線管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（5）再取一個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在小螺線管的電路中，閉合開關(guān)后，來回移動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，大螺線管中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

（6）取一閉合線框，當(dāng)它垂直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并在其內(nèi)順著磁感線運(yùn)動(dòng)，或做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線框內(nèi)將不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)它做切割磁感運(yùn)動(dòng)，有一邊處于磁場(chǎng)之外時(shí)，線框內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)線框整個(gè)處于磁場(chǎng)中，做旋轉(zhuǎn)切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線框內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

10.學(xué)生利用分組實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)預(yù)言（1）～（5）；預(yù)言（6）由教師采用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).所有預(yù)言都在實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí).由此得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

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