問題引領(lǐng) 體悟踐行
——“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”教學(xué)設(shè)計

周 鵬

(江蘇省揚州中學(xué)，江蘇 揚州 225009)

當今世界許多國家的教育改革都把培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)列為基本的目標．我國的《高中物理課程標準》也明確以提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、促進學(xué)生的全面發(fā)展作為主要目標．基于此,筆者在“對話·體悟”式高中物理教學(xué)中,把“問題”作為學(xué)習(xí)的主線(知識問題化設(shè)計),以“對話”作為課堂教學(xué)的主體方式,讓“體悟”貫穿于整個課堂學(xué)習(xí)過程,以物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成作為學(xué)習(xí)的最終目標,努力構(gòu)建高效課堂．

“對話·體悟”式高中物理教學(xué)構(gòu)建高效課堂的關(guān)鍵,就在于要通過科學(xué)自然的“對話”(多以問題串的形式呈現(xiàn))激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動學(xué)生的思維,使學(xué)生盡可能地處于積極主動的自主思考狀態(tài),以問題為中心引領(lǐng)課堂教學(xué)．教師決不是為了問題而生硬地拋出一系列的所謂問題,而是以學(xué)生學(xué)習(xí)的思維為主線,通過科學(xué)的設(shè)計,以幾個中心問題引導(dǎo)學(xué)生自然地生成相關(guān)的子問題,從而有效地驅(qū)動課堂“對話”在自然、有序中向前推進．現(xiàn)以“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”為例說明．

1 教學(xué)設(shè)計

本節(jié)課內(nèi)容是人民教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3-2第4章第2節(jié)新授課內(nèi)容,是在前節(jié)“劃時代的發(fā)現(xiàn)”的基礎(chǔ)上引出的．法拉第潛心研究了10年左右才發(fā)現(xiàn)的規(guī)律,要保證絕大部分學(xué)生在短時間內(nèi)能完成相關(guān)探究實驗的設(shè)計和驗證操作,并能得出相應(yīng)的結(jié)論,就必須要突出前節(jié)課文中提到的當年法拉第所給出的產(chǎn)生感應(yīng)電流的5種情況．此外,本節(jié)課學(xué)生的探究過程和所觀察到的現(xiàn)象,對于學(xué)生今后進一步學(xué)習(xí)楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等知識也有較好的鋪墊作用和指導(dǎo)意義．

圖1

1.1 問題導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)情境

情境: 利用圖1所示的閉合回路產(chǎn)生感應(yīng)電流(溫故知新).

1.1.1 師—生對話,導(dǎo)入情境

(1) 如何才能由磁生電?是不是只要將一個磁鐵放在回路的旁邊就能產(chǎn)生感應(yīng)電流?

(2) 在初中時我們是如何利用圖1所示的閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電流的?

生: 在問題的引導(dǎo)下,利用手邊的實驗器材,重現(xiàn)初中所學(xué)的過程．

1.1.2 生—生對話,分小組交流、討論

師:按照初中所學(xué)的方法,我們所總結(jié)出來的產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是如何表述的?

圖2

生:閉合電路的部分導(dǎo)體,在磁場中做切割磁感線的運動時,電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流(結(jié)合圖2說明,各小組相互啟發(fā),相互補充)．

師:電路中的電流應(yīng)當是由電源提供的,那么在圖2所示電路中,哪一部分相當于電源?(為后面提出“感應(yīng)電動勢”的概念作鋪墊)

生:線圈B,電流表相當于用電器．

1.2 問題推進 合作探究

1.2.1 師—生對話,深入思考

(1) 閉合電路不動時,能否產(chǎn)生感應(yīng)電流?

(2) 如果能,那么在圖1所示的電路不動時,你還能設(shè)計出什么方法能使線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流?

提示:請大家利用手邊的實驗器材[靈敏電流計、條形磁鐵、原、副線圈、電源(電池盒6 V)、滑動變阻器(10 Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線(6根)],根據(jù)法拉第給我們的“提示”,注意保持圖1所示回路不動,分小組進行探究．

1.2.2 生—生對話,合作探究

要求:分組討論可能的方法，設(shè)計實驗，分組探究驗證,形成共識(同時記錄相關(guān)現(xiàn)象).

教師巡回指導(dǎo)(使學(xué)生學(xué)會抓住問題的關(guān)鍵——“線圈所在處的磁場有所改變”,為在后續(xù)學(xué)習(xí)中順利找到“磁通量變化”這一本質(zhì)原因作良好的鋪墊);引導(dǎo)學(xué)生記錄相關(guān)實驗現(xiàn)象,讓學(xué)生學(xué)會思考,會找相關(guān)的理論依據(jù),會歸納事物的共性特征.

1.2.3 師—生對話,方法歸類

(1) 你用的什么方法得到感應(yīng)電流的?

(2) 設(shè)計的依據(jù)是什么?

(3) 如果有原理圖或電路圖,請畫出.

圖3

生: 分小組、分情況匯報探究結(jié)果(邊匯報邊篩選,羅列典型的實驗方法和現(xiàn)象．強調(diào)線圈A、B所在回路相互獨立)．

方法1:讓條形磁鐵上下運動(如圖3所示)．依據(jù)是相對運動原理．

實驗現(xiàn)象記錄如表1.

表1

圖4

方法2:讓通電線圈A在線圈B中上下移動(如圖4所示)．原理是用電磁鐵代替永磁體．現(xiàn)象與表1所述相同．

師:以上方法中,線圈和磁場間都存在著相對運動,上述兩種方法都等同于線圈在切割磁感線．那么,能不能在閉合回路跟磁場間沒有相對運動的情況下產(chǎn)生感應(yīng)電流呢?

提示:在初中時我們就知道,相對于永磁體,電磁鐵的優(yōu)點在于可以方便地調(diào)節(jié)其磁性的有無和強弱．我們可在此基礎(chǔ)上進一步思考．

生:進一步小組探究,仔細觀察每一個實驗細節(jié)．

方法3:在圖4所示裝置中,斷開或閉合開關(guān),或者是在開關(guān)閉合時,較快地移動滑動變阻器的滑片時,也能產(chǎn)生感應(yīng)電流．原理是由變化的電流產(chǎn)生變化的磁場,而法拉第的研究告訴我們,變化的磁場就能夠在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流．

方法4:在圖4所示裝置中,在開關(guān)閉合時,在線圈A中迅速拔出或者插入鐵芯時,也有感應(yīng)電流產(chǎn)生．原理與方法3相同,即改變閉合回路所在處的磁場強弱時,可以產(chǎn)生感應(yīng)電流．

實驗現(xiàn)象記錄如表2.

表2

初步結(jié)論:只要閉合電路所在處的磁場發(fā)生變化,電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．

1.3 問題點撥，體悟本質(zhì)

1.3.1 點撥

應(yīng)當說,實際教學(xué)過程中得到以上相關(guān)現(xiàn)象和結(jié)果并不是太困難,但要從中悟出產(chǎn)生感應(yīng)電流的根本條件,沒有一定的點撥是很難做到的．

師:如果讓條形磁鐵沿線圈B軸線的中垂線,從側(cè)面靠近(或遠離)線圈B,或者讓線圈A和B的軸線相互垂直放置時,線圈B回路中有沒有感應(yīng)電流呢?

生:繼續(xù)分組探究,發(fā)現(xiàn)此時雖然線圈B回路所在處的磁場也發(fā)生了變化,但并沒有使回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流．

體悟:以上的初步結(jié)論還存在不完善的地方．

師:法拉第的偉大之處還在于,他創(chuàng)造性地用形象的“場線”來直觀地描述抽象、無形的磁場.

以此引導(dǎo)學(xué)生在相關(guān)實驗裝置簡圖中畫出相應(yīng)的磁感線分布情況(如圖5所示),并深入思考產(chǎn)生感應(yīng)電流的根本條件．

圖5

師:我們通過探究實驗,知道了能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況是多樣的,法拉第當年就概括出5種情況,其實歸根結(jié)底就是閉合回路所在處的磁場發(fā)生了變化，進而導(dǎo)致該區(qū)域的磁通量發(fā)生變化．所以,我們可以怎樣歸納產(chǎn)生感應(yīng)電流的根本條件呢?

生:只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化,閉合導(dǎo)體回路中就有感應(yīng)電流(本質(zhì)原因)．

1.3.2 鞏固深化

討論人教版高中物理選修3-2教材第7～9頁習(xí)題(1、2、6、7),突出“利用磁通量的變化來判斷感應(yīng)電流的有無”的方法,并利用(1乙、2)說明用原有的“部分電路切割磁感線”的方法判斷感應(yīng)電流有無存在一定的局限性．

1.4 問題引領(lǐng)，踐行升華

1.4.1 師—生對話,承上啟下

問題：(1) 在以上各種情況下,如果電路沒有閉合,電路中能有電流嗎?

(2) 在磁通量發(fā)生變化的過程中,一旦電路閉合,電路中能否產(chǎn)生感應(yīng)電流?

(3) 對比以上兩個問題,你能得到什么結(jié)論?

演示實驗1:用放在通電電磁爐上面的線圈B點亮發(fā)光二極管．

演示實驗2:將發(fā)光二極管換成電壓傳感器(20 V擋),測量放在通電電磁爐上面的線圈兩端的電壓(實驗顯示瞬間電壓可以達到甚至超過13.99 V,如圖6所示).

圖6

感悟:電動勢是形成電流的原因,當磁通量發(fā)生變化而電路不閉合時,電路中仍存在電動勢,即感應(yīng)電動勢，其中發(fā)生電磁感應(yīng)的部分電路充當“電源”(為后續(xù)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題打好伏筆)．

1.4.2 師—生對話,踐行升華

師:既然我們已經(jīng)知道了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件,那如現(xiàn)在就給你一根足夠長的導(dǎo)線(強調(diào)除了必要的測量儀器外,不再給其他器材),你能用它得到感應(yīng)電流嗎?

生:(小組討論后)可以利用地磁場,在地磁場中搖動長導(dǎo)線,即搖繩發(fā)電．

師:沿哪個方向站立時,發(fā)電的可能性更大?(以此強調(diào)地磁場的分布)

生:最好沿東西方向站立．

創(chuàng)新實驗演示:由兩位學(xué)生協(xié)助,演示搖繩時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的情況.

創(chuàng)新點: (1) 因為地磁場太弱,所以感應(yīng)電流不明顯,故改用微電壓傳感器測量長導(dǎo)線兩端的電壓.

(2) 由于搖繩時產(chǎn)生的是交變電壓,電壓傳感器的示數(shù)不斷地變化,且變化較快,不便于觀測．所以實際改用了顯示電壓波形的方法來展示產(chǎn)生的感應(yīng)電壓情況，現(xiàn)象如圖7所示(圖7的中間部分為導(dǎo)線在近乎勻速搖動時的電壓波形,兩端的微弱波形是導(dǎo)線搖動加速和減速階段時的波形)．

圖7

2 教學(xué)體會

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容比較明確,學(xué)生都有一定的準備知識,接受起來并不困難．所以,本節(jié)課就能夠大膽放手讓學(xué)生自主進行實驗探究．為了使教學(xué)流暢、緊湊,時時能抓住學(xué)生的思維,本課在中心問題的設(shè)置上下了一番功夫,目的是為了能讓師生對話和學(xué)生的思維自然地推進,使得學(xué)生的感悟由淺入深,由片面到全面,由現(xiàn)象到本質(zhì),以便時時能使學(xué)生的思維處于活躍狀態(tài),從而提高課堂效率．同時,在教學(xué)過程中還注意兼顧到了學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí),總體教學(xué)效果很

好．本節(jié)課也可以嘗試以“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式,由學(xué)生先行自學(xué),課上通過小組討論和協(xié)作,重點解決“如何產(chǎn)生?如何使現(xiàn)象更明顯?如何設(shè)計相關(guān)實驗進行驗證或探究?產(chǎn)生感應(yīng)電流的本質(zhì)原因是什么?”等關(guān)鍵性問題,然后由學(xué)生以匯報的形式,邊匯報邊演示(教師則在課前充分準備好學(xué)生可能需要用到的實驗器材),從而能最大限度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,并使得課堂更加貼近學(xué)生的認知水平,從而更加有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．

參考文獻：

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