有效教學(xué)理念下的“楞次定律”教學(xué)設(shè)計

張景銓

摘要：本文通過介紹“楞次定律”教學(xué)設(shè)計思路，反思當(dāng)前“楞次定律”課題在教學(xué)過程中存在的一些問題，對中學(xué)物理實施有效教學(xué)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：楞次定律；教學(xué)設(shè)計；有效教學(xué)

中圖分類號：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-6148（2014）5（S）-0009-3

楞次定律揭示了感應(yīng)電流方向的規(guī)律，它為我們判定感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢的方向提供了理論的依據(jù)和方法的指導(dǎo)。它是電磁感應(yīng)的基本規(guī)律之一，也是中學(xué)物理主干知識，可視其為能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在特定過程下的必然推論。

楞次定律的表述中并沒有直接告訴我們感應(yīng)電流的方向，只是概括了確定感應(yīng)電流方向的原則，給出了判定感應(yīng)電流的步驟。而總結(jié)楞次定律的探究實驗發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)電流的方向與產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因（磁通量變化）并不是明顯相關(guān)，而是需要高度抽象的思維去揭示物理現(xiàn)象與內(nèi)在規(guī)律的聯(lián)系。所以，楞次定律的教學(xué)過程是相當(dāng)抽象的。

“楞次定律”還是“實驗探究課”的典型范例。它可以充分利用中學(xué)現(xiàn)有的器材，讓學(xué)生親自動手操作。引導(dǎo)學(xué)生分析實驗現(xiàn)象，歸納和總結(jié)規(guī)律，這對提高學(xué)生的實驗探究能力和綜合素質(zhì)有著極其重要的意義。

因此，教師在參加各級各類的公開課、教學(xué)評比活動時經(jīng)常選擇“楞次定律”這一教學(xué)內(nèi)容。筆者近段有幸聽了多位教師精心準(zhǔn)備的“楞次定律”（感應(yīng)電流的方向）的公開課，深受啟發(fā)，感悟良多。為此，筆者提交一份有效教學(xué)理念下的“楞次定律”教學(xué)設(shè)計，拋磚引玉，懇請各位老師批評指正。

1 引發(fā)猜想——展開思維的翅膀

用一條細(xì)繩將一輕質(zhì)鋁環(huán)懸掛起來。如圖1所示，按順序完成以下實驗：

（1）將條形磁鐵的N極從鋁環(huán)的側(cè)面靠近鋁環(huán)卻不會吸引鋁環(huán)，說明磁鐵對鋁環(huán)沒有力的作用；

（2）將條形磁鐵的N極遠(yuǎn)離A環(huán)的過程中出現(xiàn)A環(huán)被吸引的現(xiàn)象：

（3）將條形磁鐵的N極靠近4環(huán)的過程中出現(xiàn)A環(huán)被排斥的現(xiàn)象。

觀察以上現(xiàn)象后，請學(xué)生嘗試做出解釋。

由于前面學(xué)過磁現(xiàn)象和安培力等內(nèi)容，學(xué)生不難回答：

①將環(huán)形電流等效成小磁體，它與條形磁鐵發(fā)生了相互作用。于是出現(xiàn)A環(huán)被排斥或被吸引的現(xiàn)象；②A環(huán)被排斥或被吸引的現(xiàn)象說明鋁環(huán)中電流的方向不同。

（4）提出問題：假如你是歷史上第一個研究感應(yīng)電流方向的人，猜猜看感應(yīng)電流方向與什么因素有關(guān)？由此引入楞次定律的探究實驗。

筆者曾發(fā)現(xiàn)不少教師采用“跳圈”實驗來引課。“跳圈”實驗生動、有趣，效果明顯，的確能引起學(xué)生的興趣。但筆者認(rèn)為該實驗用于引課僅是為了激發(fā)學(xué)生的求知欲，對本節(jié)教學(xué)活動的其他環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)不大，不夠有效，作為楞次定律的應(yīng)用舉例則更為恰當(dāng)。

本文介紹的實驗中的鋁環(huán)用易拉罐飲料瓶身剪0.5厘米寬的一圈即可獲得，用盡量細(xì)的繩子懸掛，經(jīng)筆者實驗效果明顯。如果磁鐵磁性不夠，可以用兩只并在一起操作，只要速度盡量快些即可。本實驗優(yōu)點在于它簡單，讓學(xué)生體會物理學(xué)就在身邊；更為重要的是，它為把螺線管視作多匝金屬環(huán)（為方便測量電流就多圍繞了幾圈）做了有益的鋪墊。

2 探究總結(jié)——體驗科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程

前面同學(xué)的回答對不對呢？如何判定電流的方向呢？引導(dǎo)學(xué)生回答用電流計。

（1）如圖2所示，用電池和演示電流計組成電路，判定指針偏轉(zhuǎn)與電流方向之間的關(guān)系。采用試觸法介紹指針右偏表示電流從“+”接線柱流進(jìn)，指針左偏表示電流從“一”接線柱流進(jìn)。

（2）因單匝圓環(huán)產(chǎn)生的電流太小了，我們用多匝的螺線管取代圖1中的鋁環(huán)，螺線管的繞行方向通過外面的橡皮繩方向表示，將演示電流計與螺線管串聯(lián)，如圖3所示。演示插、拔磁鐵時，電流計中電流方向改變，識別螺線管中產(chǎn)生的電流的方向。（3）學(xué)生自主完成圖4所示的探究實驗。

分別把條形磁鐵的N、S極插入和拔出螺線管。注意觀察電流計指針偏轉(zhuǎn)情況以確定螺線管中感應(yīng)電流的方向。兩同學(xué)互相配合，一位實驗操作，另一位記錄，并將結(jié)果填在表1中。

（4）啟發(fā)學(xué)生將螺線管和串聯(lián)的電流計簡化成圓環(huán)，畫出圖5中的4種情況的簡圖（沒畫出圓環(huán)中感受應(yīng)電流的方向及其產(chǎn)生的磁感線方向）。

（5）設(shè)問：能不能不通過實驗而直接判定出環(huán)中的感應(yīng)電流的方向呢？

啟發(fā)學(xué)生回答：用阻礙相對運動的方法可以判斷圓環(huán)的磁極，由此判定感應(yīng)電流的磁場，再利用安培定則判定電流方向。

教師用PPT逐個展示圖5中4組實驗中產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁感線方向。

思考：感應(yīng)電流的磁感線與條形磁鐵的磁感線之間有什么規(guī)律？

（6）歸納、總結(jié)得出楞次定律

分析圖5中4組實驗可以看出：當(dāng)條形磁鐵向下運動時。在環(huán)中產(chǎn)生的磁場增強（磁通量變大）。圓環(huán)感應(yīng)電流的磁感線方向總是與磁鐵的磁感線方向相反：反之。當(dāng)條形磁鐵向上運動時，在環(huán)中產(chǎn)生的磁場減弱（磁通量變?。?，圓環(huán)感應(yīng)電流的磁感線方向總是與磁鐵的磁感線方向相同。那么，如何概括“感應(yīng)電流的磁場與條形磁鐵的磁場”間的規(guī)律呢？

注意學(xué)生可能回答“相同”或“相反”，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生提出“阻礙”關(guān)系。

最后提出：1834年，俄國科學(xué)家楞次通過多年艱難的實驗研究，總結(jié)出了感應(yīng)電流方向的規(guī)律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。這就是楞次定律的內(nèi)容。

筆者聽過不少老師上的“楞次定律”課，他們采用“發(fā)現(xiàn)法”教學(xué)。也讓學(xué)生在老師的引導(dǎo)下做類似于圖4所示的分組實驗，用投影儀展示表2，在對表2實驗結(jié)果分析后總結(jié)得出楞次定律。

筆者認(rèn)為，物理學(xué)是一門實驗的科學(xué)，讓學(xué)生動手實驗。經(jīng)歷科學(xué)發(fā)現(xiàn)的全過程是十分必要的。但是，這種教法存在以下不足：第一，學(xué)生對進(jìn)行這些項目的操作的目的不甚明確：第二。學(xué)生要填寫表2中多達(dá)二十幾項的內(nèi)容，還要分析、歸納并總結(jié)得到楞次定律，絕對不是易事；第三，楞次發(fā)現(xiàn)楞次定律尚要多年的努力，而學(xué)生卻要在一節(jié)課內(nèi)完成。這現(xiàn)實嗎？即使是在現(xiàn)在知識體系清晰、實驗器材精準(zhǔn)的條件下，學(xué)生也是做不到的。

本教學(xué)設(shè)計從圖1中圓環(huán)被吸引、排斥的現(xiàn)象出發(fā)，由磁鐵與圓環(huán)的相互作用確定圓環(huán)的感應(yīng)電流方向和磁感線方向。因圓環(huán)電流太弱而用螺線管代替圓環(huán)進(jìn)行實驗驗證（當(dāng)然。如果用DIS系統(tǒng)配強磁場也可直接用金屬圓環(huán)），最后又等效還原成圓環(huán)，通過表1和圖5分析總結(jié)得到楞次定律也就水到渠成了。整個教學(xué)過程目的明確，邏輯性強。凸顯物理學(xué)從具體到抽象的方法。易于教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成。

3 驗證和應(yīng)用——學(xué)以致用的飛躍

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)中，我們介紹過兩種產(chǎn)生感應(yīng)電流的電路：一種如圖3所示，由切割磁感線（相對運動）產(chǎn)生；另一種便是如圖6所示電路中，螺線管B不動（相當(dāng)于環(huán)固定），通過開關(guān)S的閉合、斷開，滑動變阻器的左、右移動，改變A線圈中的電流，從而改變B線圈的磁通量進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。在前面的學(xué)習(xí)中，我們只是說明感應(yīng)電流的產(chǎn)生而沒有涉及電流的方向，學(xué)了楞次定律之后，我們是否可以用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向呢？

教師用投影儀顯示圖6所示電路，兩位學(xué)生一組，要求同學(xué)們用所給器材連接電路，通過開關(guān)S的閉合、斷開，改變滑動變阻器的接入電阻等方法產(chǎn)生感應(yīng)電流。兩位同學(xué)配合，先在斷開接入電流計的一根導(dǎo)線時判斷電流的方向，然后再接入電流計加以驗證。

筆者認(rèn)為，學(xué)生在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)中已經(jīng)熟悉圖6電路。原理也已經(jīng)了解。現(xiàn)在再讓同學(xué)們結(jié)合楞次定律加以判斷，至少有以下幾點好處：首先。學(xué)生能加深對楞次定律的理解。全面理解電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律：其次，能有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；再次，通過同學(xué)問的合作、回答問題。增進(jìn)了同學(xué)間的合作與交流。這比課堂上做（講）例題、練習(xí)的效果要好得多。

有效教學(xué)是指教師在遵循教學(xué)規(guī)律的前提下，用最少的時間使學(xué)生獲得最大的進(jìn)步與發(fā)展。落實到每一節(jié)的物理課堂教學(xué)，應(yīng)該讓學(xué)生有實實在在的認(rèn)知收獲和體驗感悟：落實到課堂教學(xué)的每一環(huán)節(jié)。教師的講解、引導(dǎo)必須是有效的，學(xué)生的實驗、合作必須是有效的。課堂教學(xué)的有效性具體表現(xiàn)在：學(xué)生在知識和技能方面。從不懂到懂，從不能到能；學(xué)生在過程和方法方面，從不會做研究到學(xué)會做研究：學(xué)生在情感和態(tài)度方面，從不感興趣到感興趣，從不懂與人合作到善于與人合作。

物理教學(xué)的主戰(zhàn)場在課堂。追求課堂教學(xué)藝術(shù)的完美與課堂教學(xué)的高效應(yīng)當(dāng)成為教師一生孜孜不倦的追求，我們只有正確面對教學(xué)過程中存在的問題，勇于實踐，善于總結(jié)，從完善自己的教學(xué)設(shè)計做起，才能不斷提高課堂教學(xué)效率。

（欄目編輯 趙保鋼）