基于核心素養(yǎng)的“楞次定律”的探究教學(xué)設(shè)計(jì)

梁金中

摘? ?要：高中物理教學(xué)要關(guān)注其育人目的，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決物理實(shí)際問題的能力。本文以高中物理“楞次定律”一節(jié)的探究教學(xué)為例，通過對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方案的優(yōu)化、改進(jìn)和創(chuàng)新，探索基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：楞次定律;探究教學(xué);學(xué)科素養(yǎng)

新修定的2017年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確了“普通高中的培養(yǎng)目標(biāo)是進(jìn)一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有理想信念和社會(huì)責(zé)任感，具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力” ;物理教學(xué)要更加關(guān)注物理教學(xué)的育人功能，注重通過物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決物理實(shí)際問題的能力。本文以高中物理必修2的“楞次定律”一節(jié)的探究教學(xué)為例，探索基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)。

受傳統(tǒng)教學(xué)和應(yīng)試教育的影響，老師大多按教材編寫的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，利用圖1的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好方案，將觀察到的原磁場方向，磁通量增減情況，感應(yīng)電流的方向和感應(yīng)電流的磁場方向等記錄在預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中，如表1所示。

課堂上老師讓學(xué)生歸納表1中感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向和原磁通量變化的關(guān)系，即表1中第5行與第1行和第2行的關(guān)系，通常學(xué)生很順利地得出規(guī)律，真可謂“高效”完成學(xué)習(xí)任務(wù)。這樣的教學(xué)模式，學(xué)生只需按部就班便能輕松地獲得知識(shí)，楞次定律的獲得一蹴而就，這與當(dāng)下倡導(dǎo)的培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)理念相距甚遠(yuǎn)，既無助于物理觀念的形成，也無助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等。

物理教學(xué)的目的不僅僅是為了讓學(xué)生懂得有哪些物理知識(shí)，更重要的是要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，學(xué)會(huì)像物理學(xué)家在研究物理問題時(shí)所采用的科學(xué)思想、科學(xué)思維、科學(xué)方法和科學(xué)精神。物理學(xué)科的教育價(jià)值就是要讓學(xué)生獲得超越知識(shí)本身的知識(shí)遷移能力，并且內(nèi)化為影響其一生的思維方式和行為習(xí)慣。

新的課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)課的要求是：“通過對(duì)感應(yīng)電流等相關(guān)問題的科學(xué)探究，強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納推理的方法，以此提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)定性和定量分析的能力”。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是動(dòng)態(tài)的物理現(xiàn)象，對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的探究是學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)規(guī)律的重要基礎(chǔ)，尤其在楞次定律的探究中涉及的物理量多，關(guān)系隱蔽不易發(fā)現(xiàn)。因此，在楞次定律的教學(xué)中，教師應(yīng)努力創(chuàng)設(shè)科學(xué)探究情景，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，適時(shí)啟發(fā)引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)，從而深刻理解楞次定律所揭示物理內(nèi)涵，準(zhǔn)確理解定律中的“阻礙”二字的真正含義。

下面就楞次定律的探究教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)和創(chuàng)新，旨在探索物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)策略。

1? 優(yōu)化傳統(tǒng)教學(xué)方案，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)

本節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)是探究“感應(yīng)電流方向與磁通量變化的關(guān)系”，然而，楞次定律內(nèi)容卻是“感應(yīng)電流的磁場與磁通量的關(guān)系”，探究的難度就在于如何將探索“感應(yīng)電流的方向”變換為探索“感應(yīng)電流的磁場方向”。傳統(tǒng)教學(xué)中直接讓學(xué)生列表分析并得出結(jié)論，學(xué)生全然不知道為什么如此設(shè)計(jì)。優(yōu)化方案是將原有探究內(nèi)容分為表1中項(xiàng)目1-3和項(xiàng)目4、5的兩個(gè)階段進(jìn)行，讓學(xué)生經(jīng)歷“探究-分析-再探究-再分析--總結(jié)規(guī)律”的過程。

在學(xué)生完成表1中的探究項(xiàng)目1-3后，學(xué)生有了感應(yīng)電流方向、原磁場方向和磁通量的變化情況等實(shí)驗(yàn)信息，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析這些實(shí)驗(yàn)信息，并試圖找出它們之間的關(guān)系，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：“當(dāng)磁通量增加的時(shí)候，感應(yīng)電流有逆時(shí)針和也有順時(shí)針（條形磁鐵插入螺線管時(shí)）”;“當(dāng)磁通量減少的時(shí)侯，感應(yīng)電流也有逆時(shí)針和順時(shí)針（條形磁鐵從螺線管中抽出時(shí)）”; “原磁場方向向下時(shí)（N極朝下）或向上時(shí)（N極朝上），感應(yīng)電流有順時(shí)針和也有逆時(shí)針”，等等。經(jīng)歷這一探究過程，學(xué)生雖獲得某些結(jié)論，但仍感到紊亂，無法得出簡捷的規(guī)律，陷入思維困境，這時(shí)老師就要適時(shí)給于鼓勵(lì)和啟發(fā)引導(dǎo)，增強(qiáng)繼續(xù)探究的信心。

老師的幫助一定要做到“不憤不啟，不悱不發(fā)”。對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，在陷入困境時(shí)，可適時(shí)提示學(xué)生注意，如“線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生什么物理量變化？它們有否直接的關(guān)聯(lián)？對(duì)于學(xué)習(xí)力一般的學(xué)生，可進(jìn)一步提示：“線圈中有幾種磁場存在？這些磁場間存在什么關(guān)系？”等等，如此一來，學(xué)生自然而然地過渡到關(guān)注感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向和磁通量變化的關(guān)系，繼而完成表1中第4、5項(xiàng)的探究任務(wù)，最后得出定律。

感應(yīng)電流的磁場是感應(yīng)電流的結(jié)果，學(xué)生不易想到，需要老師的適時(shí)引導(dǎo)，力求做到順?biāo)浦?，水到渠成?？傊?，探究過程要做到合乎認(rèn)知規(guī)律，漸入佳景，還學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)空，不急于求成，做到不包辦、不強(qiáng)加，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、猜想假設(shè)、分析推理、總結(jié)和形成結(jié)論的過程，甚至經(jīng)歷小挫折、小失敗再到成功的過程，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的歸納思維和科學(xué)探究的能力，培養(yǎng)堅(jiān)忍不拔的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。

2? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，降低探究難度

事先將實(shí)驗(yàn)用的螺線管兩個(gè)接線柱短接并固定在實(shí)驗(yàn)小車（木制小車或鋁制小車）上，同時(shí)準(zhǔn)備一塊釹鐵超強(qiáng)磁鐵。

（1）演示實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

將固定有線圈的小車靜置于平滑的水平面上，而后，分別讓強(qiáng)磁鐵N極和S極迅速靠近處于靜止?fàn)顟B(tài)的線圈，讓學(xué)生觀察并記錄所看到的現(xiàn)象;同理，也記錄磁鐵遠(yuǎn)離線圈時(shí)所看到的現(xiàn)象，并用表格的形式呈現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)也可用細(xì)線將螺線管懸掛在鐵架臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）現(xiàn)象分析，得出結(jié)論

由于學(xué)生對(duì)于螺線管比較了解，易聯(lián)想通有電流的螺線管相當(dāng)于一根條形磁鐵，也知道“同名磁極相斥，異名磁極相吸”的規(guī)律。在演示實(shí)驗(yàn)過程中，還可演示兩輛分別固定有條形磁鐵的小車的相斥和相吸的現(xiàn)象，更有助于啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想。當(dāng)磁鐵迅速靠近線圈時(shí)，小車會(huì)迅速遠(yuǎn)離磁鐵，對(duì)比“同名磁極相互排斥”的現(xiàn)象，易得出線圈中感應(yīng)電流的磁場方向，這不僅符合學(xué)生的認(rèn)知水平，同時(shí)也能順理成章地引入感應(yīng)電流的磁場，此后的分析可參考策略一。

3? 自創(chuàng)教具，創(chuàng)新探究

準(zhǔn)備兩根約100cm長的透明有機(jī)玻璃管，將其中一根等間距地繞上銅線圈（線圈可選用直徑約1mm左右的），并將線圈兩端短接，玻璃管的直徑應(yīng)略大于強(qiáng)磁鐵的直徑，便于讓磁鐵從管中自由下落。

（1）實(shí)驗(yàn)演示，觀察和記錄現(xiàn)象

將上述兩根管子豎直固定在鐵架臺(tái)上，向?qū)W生展示并同時(shí)讓兩個(gè)強(qiáng)磁鐵從管子上端口自由放下，記錄2塊磁鐵的下落快慢（定性即可）。

（2）現(xiàn)象分析，得出結(jié)論

對(duì)比兩根管子里的磁鐵下落情況，效果明顯，能較好地激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望。建議老師還可以再做一次線圈開路時(shí)，兩磁鐵下落的對(duì)比情況，促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、猜想假設(shè)，分析求證等思維活動(dòng)。磁鐵從有線圈的管子下落明顯受到阻力作用，易以啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向關(guān)系，并得出感應(yīng)電流的磁場總要阻礙原磁通量的變化，即“增反減同”的結(jié)論。

總之，基于核心素養(yǎng)的物理教學(xué)，教師需要對(duì)教材和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行再創(chuàng)造，創(chuàng)設(shè)物理問題情景，提供學(xué)生參與教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家探索物理知識(shí)的過程，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并引發(fā)猜想假設(shè)，分析推理，通過學(xué)生自己的意義建構(gòu)獲取科學(xué)知識(shí)，在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為將來發(fā)展掌握更多必備知識(shí)、關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)，樹立良好的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。