基于批判性思維培養(yǎng)的初中物理課堂教學(xué)研究
——以蘇科版“磁場對(duì)電流的作用電動(dòng)機(jī)”課堂教學(xué)為例

江蘇省蘇州高新區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué) 倪凱健

美國著名心理學(xué)家布魯諾指出：“知識(shí)的獲取是一個(gè)主動(dòng)的過程，學(xué)習(xí)者不應(yīng)是信息的被動(dòng)接受者，應(yīng)該是知識(shí)獲得的參與者?！蔽锢斫處熆梢栽谡n堂上讓學(xué)生通過觀察、操作、體驗(yàn)的方式，參與并體會(huì)科學(xué)家進(jìn)行探究的過程，從而掌握科學(xué)思維方法，在探究過程中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造力。

“磁場對(duì)電流的作用 電動(dòng)機(jī)”是蘇科版《物理》九下第十六章第三節(jié)教學(xué)內(nèi)容，是在前一節(jié)“電流的磁效應(yīng)”說明電可以產(chǎn)生磁的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步揭示了電和磁之間的緊密聯(lián)系。課堂上通過觀察玩具上的小電動(dòng)機(jī)，觀察磁場對(duì)通電直導(dǎo)線的作用，以及觀察磁場對(duì)通電線圈的作用這三個(gè)環(huán)節(jié)開展教學(xué)。教材從研究生活中的小電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)引入教學(xué)，最后以電動(dòng)機(jī)工作原理結(jié)束教學(xué)，體現(xiàn)了生活·物理·社會(huì)的關(guān)系。

一、通過問題鏈問答討論的方式，創(chuàng)造批判性思維成長的沃土

批判性思維最早可以追溯到蘇格拉底“問答法”，他主張課堂上是以師生問答形式進(jìn)行的。在教學(xué)過程中，并不是直接給出答案，而是老師先提出問題，學(xué)生回答。如果回答錯(cuò)誤，立刻提出另一個(gè)連鎖問題引導(dǎo)學(xué)生思辨，直至得出正確的結(jié)論。

在本節(jié)課的引入中，通過觀察素材，在教師的引導(dǎo)下，進(jìn)行問題鏈問答式討論。通過展示日常生活中學(xué)生接觸過的各種利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的玩具，讓學(xué)生接通電源使玩具運(yùn)轉(zhuǎn)，再將小電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆解，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

師：電動(dòng)機(jī)的核心裝置是什么？

生：主要由磁體和線圈構(gòu)成。

師：通電后在磁場中的線圈為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？

生：線圈由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，肯定受到了力的作用。

師：是哪個(gè)物體對(duì)線圈施加了力的作用？

生：思考……

教師再現(xiàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)，直導(dǎo)線通電后，小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生深度思辨。

生：原來靜止的小磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)說明通電直導(dǎo)線對(duì)小磁針產(chǎn)生了力的作用。根據(jù)力的作用是相互的，磁體對(duì)通電導(dǎo)體肯定也有力的作用。推理：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是通電后磁體對(duì)線圈施加的力。

這種不斷質(zhì)疑、修正原有的想法，進(jìn)而不斷接近真知識(shí)的啟發(fā)式教學(xué)方式，展現(xiàn)了批判性思維的精神。在課堂上如要順利推進(jìn)這種問題鏈?zhǔn)絾柎鹩懻摚瑢?shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)，需要教師扮演智慧引導(dǎo)者的角色。

二、通過實(shí)驗(yàn)探究，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用批判性思維解決問題的主動(dòng)性

“博學(xué)之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”，這是出自《禮記·中庸》中的經(jīng)典名言。其中“審問之，慎思之，明辨之”，要求我們做學(xué)問時(shí)做到詳實(shí)詢問、謹(jǐn)慎思考、明確分析，即具有批判性思維?？茖W(xué)思維作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。物理學(xué)科是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)探究過程中激發(fā)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，大膽質(zhì)疑，科學(xué)判斷，最后得出正確結(jié)論。

（一）觀察通電直導(dǎo)線在磁場中受到力的作用

學(xué)生按照設(shè)計(jì)圖組裝好實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行操作。根據(jù)看到的現(xiàn)象，利用控制變量法進(jìn)行分析歸納最終得到結(jié)論：磁場對(duì)電流有力的作用，力的方向與電流方向和磁場方向有關(guān)。

這一結(jié)論的得出，充分肯定了學(xué)生利用科學(xué)原理進(jìn)行科學(xué)推理的價(jià)值，還為后面由科學(xué)原理轉(zhuǎn)化到科學(xué)裝置做好了知識(shí)準(zhǔn)備。

（二）觀察磁場對(duì)通電線圈的作用

利用漆包線制成線圈，將兩端的絕緣漆全部刮掉，安裝在金屬支架上，再放入磁體，接通電路，發(fā)現(xiàn)通電后線圈能在某一位置附近來回轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

問題1：為什么線圈能轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)？

在磁場中的線圈通電后，左右兩段導(dǎo)線由于電流方向相反，所受力的方向相反，使線圈向某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)過到線圈和磁場方向垂直的位置（平衡位置）兩段導(dǎo)線所受磁場力大小相等、方向相反，對(duì)線圈產(chǎn)生的力矩為零，但由于慣性線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過平衡位置后，由于磁場方向和導(dǎo)線中電流方向不變，導(dǎo)線受力方向不變，此時(shí)線圈先減速轉(zhuǎn)動(dòng)，再反方向加速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)再次轉(zhuǎn)回到平衡位置時(shí)，線圈所受的力矩又為零，由于慣性，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。最終導(dǎo)致線圈在平衡位置附近往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至停止在平衡位置。

學(xué)生通過科學(xué)分析發(fā)現(xiàn)線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：線圈在轉(zhuǎn)過平衡位置后，由于磁場方向不變，電流方向不變，使其受力方向保持不變，線圈所受的力矩使線圈反轉(zhuǎn)。

問題2：采取怎樣的改進(jìn)措施，才能使通電線圈在磁場中連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)？

學(xué)生通過小組思辨討論后，分享思路：線圈在平衡位置所受的力矩為零，由于慣性線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過平衡位置后線圈受的力矩使線圈減速，進(jìn)而反轉(zhuǎn)，能不能讓這個(gè)反轉(zhuǎn)的力消失，讓線圈利用慣性轉(zhuǎn)過這半圈，再到另外半圈獲得動(dòng)力，從而使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

老師肯定學(xué)生的方案，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行驗(yàn)證。利用漆包線繞制5 匝線圈，將一端的絕緣漆全部刮去，另一端的絕緣漆刮去一半，安裝在支架上，放上磁體，接通電路，發(fā)現(xiàn)線圈神奇地在磁場中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)了起來。

對(duì)此方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)辨析，優(yōu)點(diǎn)：利用創(chuàng)造性思維對(duì)原有器材進(jìn)行簡單改造，實(shí)現(xiàn)了通電線圈在磁場中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。缺點(diǎn)：由于線圈只在半周獲得動(dòng)力，對(duì)外輸出的動(dòng)力相對(duì)較弱。

問題3：如何讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)保證線圈能連續(xù)地輸出動(dòng)力呢？

通過學(xué)生小組合作，分組討論，各小組提出了相同的改進(jìn)方案。線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，改變線圈中的電流方向，此時(shí)導(dǎo)線所受力的方向就會(huì)發(fā)生改變，線圈就會(huì)繼續(xù)按照原來的方向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

問題4：如何實(shí)現(xiàn)線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，改變線圈中的電流方向呢？

學(xué)生繼續(xù)分組討論，得出如下方案：

1.調(diào)換電源正負(fù)極切換電流方向法

在線圈剛轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，取出電源，調(diào)換電源正負(fù)極立即裝入電路，靠手動(dòng)的方式改變線圈中電流方向。

2.雙電源單開關(guān)切換電流方向法

在電路中接入兩個(gè)電源和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，這個(gè)相當(dāng)于“調(diào)換電源正負(fù)極切換電流方向法”的改進(jìn)版，在線圈轉(zhuǎn)到平衡位置的瞬間切換開關(guān)，利用開關(guān)手動(dòng)改變線圈中電流方向。

3.單電源雙開關(guān)切換電流方向法

受樓道燈使用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)的啟發(fā)，在電路中接入一個(gè)電源和兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，在線圈轉(zhuǎn)到平衡位置的瞬間同時(shí)切換兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，利用兩個(gè)開關(guān)手動(dòng)改變線圈中的電流方向。

學(xué)生按照自己的方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分享展示，總結(jié)以上方案，發(fā)現(xiàn)其中存在以下的問題。（1）人工更換電源正負(fù)極連接，理論上可行，但實(shí)際操作中很難找準(zhǔn)時(shí)機(jī)，也來不及拆裝。（2）線圈轉(zhuǎn)速變快后，人工切換開關(guān)的節(jié)奏跟不上線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中需要改變電流方向的頻率。（3）導(dǎo)線容易纏繞在一起。

教師充分肯定學(xué)生們?cè)谂行运季S的引導(dǎo)下設(shè)計(jì)出的改變電流方向的方案，并介紹電動(dòng)機(jī)的換向器，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比“單電源雙開關(guān)切換電流法”的設(shè)計(jì)，這個(gè)電動(dòng)機(jī)上的換向器就可以看作是兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，只不過它不需要人工切換，可以隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)切換電刷所接通的銅半環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)改變線圈中電流方向的目的。

三、結(jié)語

學(xué)生利用親身試驗(yàn)探究得到的知識(shí)、通過獨(dú)立思考、大膽質(zhì)疑、科學(xué)推理從而創(chuàng)造性地解決問題的過程是整堂課的核心。在解決問題的過程中鍛煉了學(xué)生從多視角、多層系、多脈絡(luò)去思辨解決問題的能力，充分培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維，更體現(xiàn)了卓越課堂提升學(xué)生核心素養(yǎng)的要求。