從實驗探究角度培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的教學設計*
——以“楞次定律”教學為例

勾俊華

(南京市雨花臺中學 江蘇 南京 210012)

季衛(wèi)新

(南京市雨花臺區(qū)教師發(fā)展中心 江蘇 南京 210012)

1 相關背景分析

面對我國高中階段教育基本普及的新形勢，教育部制定的《普通高中物理課程標準(2017)》中提出關注學生的“核心素養(yǎng)”.“素養(yǎng)”是個體基于生活環(huán)境的需求，激發(fā)其內(nèi)部情境的社會心智運作(包括認知、技能、情意等行動)的先決條件，以獲得知識、能力與態(tài)度.由此可見，素養(yǎng)不是簡單的知識、技能或態(tài)度，它既重視知識，也強調(diào)能力以及態(tài)度甚至更高層面的價值觀.而“核心素養(yǎng)”是人處于社會中的重要能力，能夠在復雜的環(huán)境中完成活動與任務，健全成功生活與促進社會發(fā)展的能力.

實驗探究是高中物理教學的閃光點，思維是高中物理實驗探究教學的發(fā)散點.高中物理實驗探究具有很強的問題性、開放性和探究性，選好探究課題是實驗探究教學的基礎，激發(fā)探究熱情是物理實驗探究教學的關鍵，發(fā)展學生思維是物理實驗探究教學的根本.本文就人教版“楞次定律”為例，談談如何通過實驗探究發(fā)展學生思維，提升學生的核心素養(yǎng).

2 創(chuàng)設情境 引入新課

設計片段1：

如圖1所示，A和B都是較輕的鋁環(huán)，A環(huán)閉合，B環(huán)斷開.

圖1 磁極移近或遠離圓環(huán)情境圖

教師通過將磁鐵插入閉合的金屬環(huán)A中，要求學生觀察實驗現(xiàn)象，并引導他們思考產(chǎn)生的原因.

師：你觀察到什么現(xiàn)象？

生甲：金屬環(huán)發(fā)生了轉(zhuǎn)動.

師：這個現(xiàn)象說明了什么？

生甲：環(huán)受到了力的作用.

師：這個力的施力物體是誰？

生甲：磁體.

師：磁體對鋁這種材料有磁力嗎？

生甲：不會.(自言自語：好像只能吸引鐵、鈷、鎳……)

師：那么磁體還對什么具有力的作用？

生甲：我想想.

生乙：初中學習過，磁體對電流有力的作用.

教師引導全體學生討論生乙的猜想，發(fā)現(xiàn)利用右手定則很難判斷感應電流的方向，從而引入課題.

設計思想：一節(jié)新課，如何導入是關鍵.“問題導入法”是教師常用之法，尤其是問題串更能激發(fā)學生的思維.對于新出現(xiàn)的問題，引導學生進行大膽假設和合理猜想，找出更為普遍的規(guī)律.創(chuàng)設問題“情境”，要求提出的問題有較強的趣味性與誘導性.然而探究學習提出的問題，不但要有“思考性、趣味性”，還要有“承上啟下”的作用，更重要的是應該能引入研究的契機，引入知識的生長點.創(chuàng)設“實驗”情境，讓學生萌發(fā)探究實驗奧秘的欲望.

3 提出問題 引發(fā)猜想

設計片段2：

教師演示圖2所示情境：

圖2 磁鐵相對線圈運動產(chǎn)生感應電流情境

(1)N極和S極分別插入線圈，指針偏轉(zhuǎn)方向不同；

(2)磁鐵靠近和遠離線圈，指針偏轉(zhuǎn)方向不同.

師：影響感應電流方向的因素是什么？

生甲：磁場的方向.

生乙：磁鐵運動的方向.

教師引導學生總結歸納得出感應電流的方向與原磁場及原磁場(磁通量)的變化兩個因素有關.

設計思想:圖2實驗是上一節(jié)課做過的實驗，用教材中熟悉的情境探究影響感應電流方向的因素，比再用新的情境，省去一些交代，效率要高，而且反復出現(xiàn)的情境，學生的印象更深.教學應基于學情找準學生的最近發(fā)展區(qū)，為學生提供帶有難度的內(nèi)容，調(diào)動學生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎上進行下一個發(fā)展區(qū)的發(fā)展.

4 分組實驗 合作探究

設計片段3：

師：剛才通過實驗探究已經(jīng)知道了影響感應電流方向的因素，那么借助什么儀器可以顯示電流的方向呢？你如何知道線圈中感應電流的方向？

生丙：根據(jù)靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向來判斷.

師：如何判斷？

生丁：將線圈換成電池，試著用導線把電池的正負極和電流計的正負接線柱相連，觀察靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關系.

教師出示圖3和圖4所示的兩幅圖，讓學生討論哪一種更規(guī)范.

圖3 試觸法指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向關系

圖4 改進后的試觸法

生戊：靈敏電流計的量程很小，所以圖4更規(guī)范、更合理.

師：通過演示實驗得出電流的流向和電流計指針偏轉(zhuǎn)方向的關系.即電流從正接線柱流進時電流計指針右偏，電流從負接線柱流進時，電流計指針左偏.

設計思想:物理教學通常是以知識為線索展開的，這就容易導致教師把教學的重點放在知識的落實上，而忽視了物理課程的育人功能.為了防止這種傾向，我們在設計和開展教學時必須以物理核心素養(yǎng)為導向，將物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任等要求，自始至終貫穿在教學活動之中，使物理教學過程成為學生核心素養(yǎng)的形成過程.例如圖3，從知識教學角度實驗效果很明顯；但從教書育人角度看以破壞實驗器材為代價，給學生的感受又是不合理的.

設計片段4：

師：下面我們就通過實驗來探究感應電流的方向.

引導學生根據(jù)實驗原理、實驗器材設計出實驗并填寫實驗表格，如表1所示.

表1 磁鐵相對線圈運動產(chǎn)生感應電流實驗現(xiàn)象記錄

設計思想：在此環(huán)節(jié)中，學生以兩個人為一個小組，按擬定的方案實驗，邊做邊想邊記.教師巡視，注意他們設計是否合理，儀器使用是否得當，數(shù)據(jù)記錄是否正確，并做個別輔導.學生在教師的指導下，自覺、主動地和教師、教材、同學、教具相互作用，進行信息交流，自我調(diào)節(jié)，形成了一種和諧親密、積極參與的教學氣氛，一個思維活躍、鼓勵創(chuàng)新的環(huán)境.學生的思維在開放、發(fā)散中漲落，在求異、探索中又趨于有序；這培養(yǎng)了學生獨立操作能力，發(fā)展了學生的思維能力、創(chuàng)造能力.

5 綜合分析 得出結論

設計片段5：

引導學生根據(jù)自己的實驗結果，列表比較分析、歸納結論，以組為單位，推舉代表發(fā)言.

師：誰能從實驗現(xiàn)象中歸納出感應電流的方向？

生甲：好像看不出什么規(guī)律.

師：直接看感應電流的方向有什么規(guī)律的確不好找，能否間接地找呢？

生：疑惑，何意？

教師列舉生活中的“中介”啟發(fā)學生.

生乙：哦，就是找一個量既跟感應電流有關又跟原磁場、磁通量變化有關.

生丙：這個中間量應該是感應電流的磁場.(不是很肯定，還有點疑惑)

教師引導學生再次分析鋁環(huán)和磁鐵的相互作用.鋁環(huán)中的感應電流受到磁鐵的作用是通過磁鐵的磁場發(fā)生作用的；磁鐵受到阻礙是通過什么發(fā)生作用的呢？

學生(絕大部分)頓悟，磁鐵受到阻礙是由感應電流的磁場引起的.

為了再降低總結歸納的難度，教師可以設置兩個問題.

(1)感應電流的磁場方向是否總是與原磁場的方向相反？學生思考討論得出：當線圈內(nèi)磁通量增大時，感應電流的磁場與原磁場的方向相反；當線圈內(nèi)磁通量減小時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同.(增反減同)

(2)請用盡可能簡潔的語言概括一下，究竟如何確定感應電流的方向？學生討論得出：感應電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化.

教師出示楞次定律的內(nèi)容，用學過的知識解釋課堂開始的實驗.

設計思想：這個過程是本節(jié)課最重要的一個過程, 學生實驗讓學生自主探究.如果每次物理實驗的實驗目的、儀器準備、操作步驟、實驗報告全部都由教師預先設計好，學生只進行“按方抓藥”“照圖施工”，那么長此以往學生在實驗過程中就不再會有濃厚的實驗興趣.學生在實驗中獲得感知，再對這些數(shù)據(jù)進行比較、概括，進行思維加工，總結出結論，與傳統(tǒng)教學中的總結不同的是，教師不是對自己做的演示實驗進行自我總結，而是在學生自我發(fā)展的基礎上，通過疏理學生認知結果來歸納結論，使學生感到成功的喜悅.通過運用和深化，首尾呼應，使課堂有機成為一個整體，體現(xiàn)學以致用的思想，使學生的知識、技能逐漸轉(zhuǎn)化為能力和素養(yǎng)，這是學生完成自身發(fā)展的延續(xù).

6 教學流程圖

教學流程圖如圖5所示.

圖5 “楞次定律”教學流程

7 結束語

“楞次定律”有兩難：一是涉及的因素多，關系復雜；二是規(guī)律比較隱蔽，其抽象性和概括性很強.因此，在課堂中教師首先要通過磁鐵插入線圈實驗讓學生有一個直觀的感受并猜想感應電流的方向和哪些因素有關；其次要讓學生明確如何通過電流計感知電流方向，并做好演示；再次從學生實際出發(fā)引導學生設計方案，建立圖表.在學生歸納實驗結論時，適時啟發(fā)他們以感應電流的磁場為中介，尋找規(guī)律.實驗探究應當遵從學生的認知能力，循序漸進地發(fā)展學生思維.長此以往，相信學生會對科學探究產(chǎn)生極大的興趣，形成自主學習、自主探究的濃厚氛圍，從而養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的科學作風.