遵循學(xué)生認(rèn)知特點 多方面引導(dǎo)學(xué)生進行深度探究*
——以探究“感應(yīng)電流方向”新授課為例

王 波 金朝娣

(北京市陳經(jīng)綸中學(xué) 北京 100020)

1 引言

在高中物理學(xué)習(xí)過程，學(xué)生普遍感覺物理學(xué)習(xí)難度大，難點多．原因是高中物理課本中許多概念和規(guī)律對于學(xué)生來說是抽象的，而且涉及的知識面較廣．受應(yīng)試教育影響，教師升學(xué)壓力大，教師大多是單純地照本宣科灌輸式的教學(xué)，或者就是簡單的教師演示，學(xué)生觀察被動接受．這種方式的教學(xué)學(xué)生參與度不夠，不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，更不能很好地落實物理核心素養(yǎng)．

2 指向核心素養(yǎng)的物理規(guī)律教學(xué)實踐創(chuàng)新

2.1 基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的規(guī)律教學(xué)環(huán)節(jié)

基于核心素養(yǎng)的規(guī)律教學(xué)環(huán)節(jié)如圖1所示.

圖1 規(guī)律教學(xué)環(huán)節(jié)圖示

2.2 實施策略和過程性的核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)

物理規(guī)律教學(xué)的實施過程如表1所示.

表1 物理規(guī)律教學(xué)的實施過程

許多物理概念和規(guī)律都是通過實驗再現(xiàn)物理現(xiàn)象，通過觀察、比較、分析等過程從感性到理性認(rèn)知歸納得出的．所以通過深度探究，不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，不僅能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，也能夠培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識物理規(guī)律，挖掘物理本質(zhì)．針對以往傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，及新課標(biāo)對培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，筆者對物理規(guī)律的教學(xué)做以下改進．

2.3 創(chuàng)新點和解決的問題

在教學(xué)過程中通過情境設(shè)置引發(fā)學(xué)生思考，生成問題．通過觀察分析實驗現(xiàn)象總結(jié)規(guī)律，利用規(guī)律判斷情境時發(fā)生沖突，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑，促使學(xué)生能夠進一步深入探究，尋找科學(xué)本質(zhì)．在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置上環(huán)環(huán)緊扣，通過問題串形式不斷地引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，以學(xué)生的思維拓展為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用．學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)會科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力．

3 案例呈現(xiàn)

筆者以“探究感應(yīng)電流方向”新授課為例，改變以往的教學(xué)模式，嘗試?yán)米詈唵蔚膬x器始終圍繞“阻礙”的效果進行探究，以設(shè)置問題和解決問題為紐帶，逐步完成本節(jié)課的探究過程，最終得出規(guī)律本質(zhì)．具體5個環(huán)節(jié)如下.

環(huán)節(jié)一：引入——創(chuàng)設(shè)問題情境

設(shè)置問題情境：如圖2所示，導(dǎo)體棒MN在水平面上向右切割磁感線，判斷感應(yīng)電流方向和安培力的方向.

圖2 判斷導(dǎo)體棒切割磁感線過程感應(yīng)電流和安培力方向

表2 環(huán)節(jié)一的問題設(shè)置及素養(yǎng)目標(biāo)

實施策略：讓學(xué)生回顧判斷感應(yīng)電流方向的特殊方法即右手定則，利用情境判斷安培力方向，請學(xué)生到前面來，用左右手展示出每種情況下棒的運動方向和安培力的方向，最好每種情況一名學(xué)生，讓學(xué)生們能夠一目了然左右手的拇指方向總是相反的．

創(chuàng)新點：本環(huán)節(jié)筆者將教學(xué)順序進行了調(diào)整，從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展出發(fā)，將法拉第電磁感應(yīng)定律的學(xué)習(xí)內(nèi)容安排在楞次定律的前面．學(xué)生在學(xué)習(xí)楞次定律時，已經(jīng)學(xué)習(xí)了磁通量的變化、磁通量的變化率，對磁通量概念的理解比較深入，有利于本節(jié)課的學(xué)習(xí)．并且將右手定則判斷感應(yīng)電流的方法也安排在楞次定律之前，學(xué)生通過左右手定則的使用，發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生初步認(rèn)識感應(yīng)電流的“阻礙”效果．

環(huán)節(jié)二：觀察——由現(xiàn)象生成問題

如何來描述感應(yīng)電流的阻礙作用呢？教師提供實驗儀器，學(xué)生進行探究，如圖3所示.

圖3 演示感應(yīng)電流的阻礙作用

表3 環(huán)節(jié)二的問題設(shè)置及素養(yǎng)目標(biāo)

實施策略：該實驗操作簡單，效果明顯，所以不需要教師更多的指導(dǎo)．學(xué)生分小組進行討論，在分析力的作用效果時學(xué)生能夠觀察出，當(dāng)磁鐵靠近時，二者之間是斥力，遠(yuǎn)離時二者之間的力是引力．這時教師要求學(xué)生用精練的語言描述現(xiàn)象，同時總結(jié)力的作用效果，經(jīng)過學(xué)生的討論交流得出二者之間現(xiàn)象是“來拒去留”，從力的作用效果上看總是在阻礙相對運動，通過這番總結(jié)歸納，用精練形象的語言來描述更能讓學(xué)生體會到阻礙的效果，同時也鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力和分析總結(jié)能力．

創(chuàng)新點：在教科版和人教版教材中都直接從通電螺線管中電流開始探究，這樣涉及線圈繞向、磁場方向、電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流流向等關(guān)系的梳理，學(xué)生在梳理這些關(guān)系時中間環(huán)節(jié)造成的干擾過多．而本節(jié)課只借助鋁環(huán)和條形磁鐵這簡單的實驗儀器，從觀察鋁環(huán)受力這一直觀現(xiàn)象展開探究，過程中一直圍繞著感應(yīng)電流的作用“阻礙”這一效果進行分析歸納．

環(huán)節(jié)三：問題引導(dǎo)——探究規(guī)律

你能借助規(guī)律判斷出感應(yīng)電流的方向嗎？教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上繼續(xù)進行分析歸納．

表4 環(huán)節(jié)三的問題設(shè)置及素養(yǎng)目標(biāo)

實施策略：小組展開實驗探究，觀察現(xiàn)象和討論結(jié)論時，提醒學(xué)生設(shè)計表格，做好記錄．這樣可以使學(xué)生的思路更加清晰、目標(biāo)更加明確，提高課堂效率．通過相對運動判斷感應(yīng)電流的“等效磁鐵”的磁極，再用右手螺旋定則可以判斷出鋁環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向．學(xué)生能夠得出磁鐵與鋁環(huán)之間的相互作用是通過磁場作用的，而鋁環(huán)周圍的磁場是自身的感應(yīng)電流產(chǎn)生的，但是學(xué)生想不到尋找磁鐵的磁場方向(原磁場)和感應(yīng)電流的磁場(感應(yīng)磁場)方向的關(guān)系．還需要教師的繼續(xù)引導(dǎo)，讓學(xué)生將剛才的4種情況記錄在表格中，分別畫出4種情況下原磁場和感應(yīng)磁場的方向，通過記錄總結(jié)歸納得出感應(yīng)電流的磁場和原磁場之間的關(guān)系是“近反離同”．在這環(huán)節(jié)中學(xué)生要小組討論、分析、總結(jié)．教師給以適當(dāng)?shù)狞c撥和引導(dǎo)．讓學(xué)生充分地進行探究和討論，使學(xué)生能真正理解誰是原磁場，誰是感應(yīng)磁場，為下一步探究做好鋪墊．

創(chuàng)新點：通過層層提問引導(dǎo)學(xué)生完成探究，從磁極之間的相互作用直接判斷鋁環(huán)中感應(yīng)電流的方向，方法直觀易理解，學(xué)生容易接受．學(xué)生能在親自探究過程得出結(jié)論，使學(xué)生獲得成功的喜悅感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情．同時使學(xué)生懂得物理研究的基本方法——觀察與實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗意識和實驗技能．

環(huán)節(jié)四：設(shè)置認(rèn)知沖突——進行深度探究

請學(xué)生們應(yīng)用剛剛得出的結(jié)論“近反離同”判斷，如圖4所示情景中感應(yīng)電流的方向．

圖4 “近反離同”的應(yīng)用演示

表5 環(huán)節(jié)四的問題設(shè)置及素養(yǎng)目標(biāo)

實施策略：本環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)難度較大，從運動的表象轉(zhuǎn)向磁通量的角度分析現(xiàn)象，學(xué)生很難想到，需要教師的逐步引導(dǎo)．引導(dǎo)學(xué)生從感應(yīng)電流產(chǎn)生本質(zhì)原因出發(fā)進行分析，尋找判斷感應(yīng)電流方向的通法．組織學(xué)生重新回顧剛才的條形磁鐵靠近鋁環(huán)的實驗，尋找靠近和遠(yuǎn)離時引起鋁環(huán)內(nèi)什么變化了？它是如何變化的？其實相對運動是表象，本質(zhì)是磁通量的變化ΔΦ．讓學(xué)生繼續(xù)補充剛才的記錄表格，4種運動情況鋁環(huán)內(nèi)磁通量的變化記錄下來．通過表格尋找規(guī)律，從阻礙的效果思考，鋁環(huán)的遠(yuǎn)離和靠近其真正的原因是在阻礙什么呢？

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，最后得出結(jié)論：感應(yīng)電流的磁場總是在阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．那么在新的情境中當(dāng)閉合開關(guān)時，磁通量Φ增加，原磁場B原與感應(yīng)電流磁場B感相反，斷開開關(guān)時Φ減少，原磁場B原與感應(yīng)電流的B感相同，既 “增反減同”．最后給學(xué)生們展示偉大科學(xué)家楞次用非常精練的語言總結(jié)出楞次定律的內(nèi)容．

創(chuàng)新點：應(yīng)用規(guī)律發(fā)現(xiàn)問題的局限性，學(xué)生帶著質(zhì)疑再進一步探究，從本質(zhì)規(guī)律出發(fā)尋找判斷感應(yīng)電流的通法．讓學(xué)生體會科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)，同時也感受到科學(xué)家在科學(xué)探究過程的艱辛．在教師的步步引導(dǎo)下從感知到抽象，逐步提高學(xué)生的思維能力，讓學(xué)生的思維達(dá)到較強的綜合思維能力．也培養(yǎng)了學(xué)生在實驗過程發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，總結(jié)物理規(guī)律的能力．

環(huán)節(jié)五：思維拓展——挖掘本質(zhì)

教師演示：鋁環(huán)懸掛在鐵架臺上，讓鋁環(huán)擺動起來，觀察擺動情況．這時將磁鐵靠近擺動的鋁環(huán)，如圖5所示.

圖5 判斷鋁環(huán)中的感應(yīng)電流

表6 環(huán)節(jié)五的問題設(shè)置及素養(yǎng)目標(biāo)

實施策略：教師在演示鋁環(huán)擺動時，讓鋁環(huán)擺動的時間長些，然后再次讓鋁環(huán)擺動起來，將磁鐵靠近，發(fā)現(xiàn)兩種情況擺動時間的不同．教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用剛剛得到的結(jié)論判斷鋁環(huán)中感應(yīng)電流的方向，讓學(xué)生熟練應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方法．再分析能量的轉(zhuǎn)化情況，讓學(xué)生理解阻礙是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒的必然結(jié)果，因為有了阻礙才能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化．

創(chuàng)新點：設(shè)計鋁環(huán)擺動實驗，讓學(xué)生能非常直觀地再次感受阻礙的作用．讓學(xué)生從現(xiàn)象中分析能量的轉(zhuǎn)化，從能量的轉(zhuǎn)化想到做功，自然地將楞次定律的本質(zhì)展現(xiàn)在學(xué)生面前．為電磁感應(yīng)中能量的問題做好鋪墊，將思考延伸到課下．

4 結(jié)論與展望

在教學(xué)過程中尊重學(xué)生認(rèn)知特點，從學(xué)生的角度創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，按學(xué)生的邏輯思維設(shè)計過程，能使學(xué)生深刻掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容．在此基礎(chǔ)上，設(shè)置認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生進行深度探究，在問題解決的過程中，學(xué)生思維得到拓展，關(guān)鍵能力得到提升．所以讓學(xué)生經(jīng)歷體會、思維碰撞、深度拓展，這樣才能真正實現(xiàn)深度教學(xué)．