用哲學(xué)思想破解“楞次定律”教學(xué)中思維困惑

(江蘇省南京市雨花臺(tái)中學(xué)，江蘇 南京 210012)

楞次定律是高中物理中較為抽象的物理規(guī)律，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的良好素材，作為科學(xué)探究教學(xué)的典型案例，一直受到教學(xué)研究者的關(guān)注。本節(jié)課重在探究，讓學(xué)生經(jīng)歷探究影響感應(yīng)電流因素的過程，提出猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，分析交流，解決問題，掌握科學(xué)探究的方法，深刻理解楞次定律的本質(zhì)。在實(shí)際教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是在探究過程中，還是在自主歸納、總結(jié)、理解階段，效果都不盡如人意。形成這種狀況的原因是學(xué)生在探究活動(dòng)中存在以下思維困惑：(1) 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)影響感應(yīng)電流因素很多，為什么會(huì)想到研究原磁場(chǎng)磁通量的變化與感應(yīng)電流方向的關(guān)系？(2) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，如何想到要用感應(yīng)電流的磁場(chǎng)去尋找感應(yīng)電流方向的規(guī)律?(3) 如何理解定律中的“阻礙”作用？這些困惑導(dǎo)致學(xué)生在探究過程中迷茫無(wú)助，思維不暢，對(duì)楞次定律充滿疑惑。筆者試圖運(yùn)用哲學(xué)思想引導(dǎo)學(xué)生分析、探究，以消除學(xué)生學(xué)習(xí)中的思維障礙。

1 運(yùn)用因果分析篩選影響感應(yīng)電流方向的因素

學(xué)生在“條形磁鐵插入線圈”的自主探究實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象猜想影響感應(yīng)電流方向的要素為：線圈繞向、原磁場(chǎng)方向、磁通量、磁通量的變化等，面對(duì)如此多的影響要素，學(xué)生會(huì)感覺頭緒太多，思維容易產(chǎn)生混亂，對(duì)下一步的探究感到迷茫，難以尋找其中的規(guī)律，此時(shí)，可運(yùn)用“原因與結(jié)果相互影響、相互制約”這一哲學(xué)思想，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“磁通量變化是因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是果”這一因果關(guān)系，科學(xué)合理地對(duì)眾多的猜想做出分析，排除次要因素的干擾，抓住問題關(guān)鍵，突出影響感應(yīng)電流方向的主要因素，將探究的目標(biāo)聚焦在感應(yīng)電流方向與磁通量變化之間的關(guān)系上，使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。

教學(xué)片斷1

師：要尋找關(guān)于感應(yīng)電流方向的規(guī)律，必須要弄清楚影響感應(yīng)電流方向的因素，你們認(rèn)為感應(yīng)電流與什么因素有關(guān)？

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)提出猜想：可能與磁體的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)；與原磁場(chǎng)方向有關(guān)；與線圈繞向有關(guān)；與磁通量的變化情況有關(guān)……

師：這些猜想是否有價(jià)值？需要我們來(lái)研究、審核和篩選，你認(rèn)為這些猜想中哪些因素會(huì)影響感應(yīng)電流方向？

教師啟發(fā)學(xué)生：從因果關(guān)系來(lái)看，磁通量的變化是因，產(chǎn)生的感應(yīng)電流是果，那么感應(yīng)電流的方向最有可能與什么因素有關(guān)？

生：與磁通量的變化情況及磁場(chǎng)方向有關(guān)。

師：哲學(xué)知識(shí)的運(yùn)用縮小了猜想的范圍，猜想正確與否還要通過實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)，如何通過實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的猜想呢？

生：可以運(yùn)用控制變量法，先保持磁場(chǎng)方向不變，改變磁通量的變化情況；再保持磁通量不變，改變磁場(chǎng)的方向，來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

2 運(yùn)用“聯(lián)系的多樣性”思想科學(xué)合理地呈現(xiàn)“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”

根據(jù)因果關(guān)系和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以得出結(jié)論：感應(yīng)電流方向和磁通量的變化之間一定存在著某種關(guān)系，但要探究它們之間關(guān)系的思維跨度較大，難以直接觀察、分析出其中的規(guī)律。如果不讓學(xué)生經(jīng)歷符合邏輯的科學(xué)思維過程，直接引入“中介”——感應(yīng)電流磁場(chǎng)，只會(huì)讓學(xué)生陷入迷茫、增加疑惑，學(xué)生經(jīng)歷的只是一種“偽探究”過程，不利于學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。采用“鋁環(huán)實(shí)驗(yàn)”，在一定程度上可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到“感應(yīng)電流磁場(chǎng)”的存在，但呈現(xiàn)缺乏邏輯性，讓人有“劍走偏鋒”之感。辯證唯物主義認(rèn)為：事物的聯(lián)系是多種多樣的，有直接聯(lián)系和間接聯(lián)系，直接聯(lián)系是事物之間不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)而發(fā)生相互作用的聯(lián)系，間接聯(lián)系是事物之間經(jīng)過其他中間環(huán)節(jié)而發(fā)生相互作用的聯(lián)系。教師在教學(xué)中可依據(jù)上述哲學(xué)思想鋪設(shè)好思維的臺(tái)階，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到磁通量變化和感應(yīng)電流方向之間應(yīng)當(dāng)是通過某個(gè)中介產(chǎn)生聯(lián)系，再根據(jù)中介的邏輯地位和實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生展開符合邏輯的猜想、分析、推理，從而得出“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”就是這個(gè)中介。

教學(xué)片斷2

師：實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了我們的猜想，你們能找出感應(yīng)電流方向與磁通量變化、磁場(chǎng)方向的具體關(guān)系嗎？難道感應(yīng)電流方向與磁通量變化、磁場(chǎng)方向之間沒有聯(lián)系嗎？

生：肯定有聯(lián)系，但……

師：從哲學(xué)角度來(lái)看，事物的聯(lián)系有兩種：直接聯(lián)系與間接聯(lián)系。直接聯(lián)系是事物之間不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)而發(fā)生相互作用的聯(lián)系,間接聯(lián)系是事物之間經(jīng)過中間環(huán)節(jié)才發(fā)生相互作用的聯(lián)系。通過剛才的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流方向與磁通量變化之間確實(shí)存在著聯(lián)系，你們認(rèn)為這種聯(lián)系屬于哪種聯(lián)系？

生：應(yīng)當(dāng)屬于間接聯(lián)系。

師：也就是說(shuō)感應(yīng)電流方向是借助了某個(gè)“中間環(huán)節(jié)”與磁通量變化和磁場(chǎng)方向之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這個(gè)“中間環(huán)節(jié)”一定既與感應(yīng)電流方向有關(guān)，又與原磁場(chǎng)方向及磁通量變化有關(guān)。這個(gè)“中間環(huán)節(jié)”的物理量是什么呢？難于尋找的原因是什么？

生：它們不是同一物理量。

師：對(duì)，正所謂“物以類聚”，同類物理量之間的關(guān)系最易比較，所以，這個(gè)中間環(huán)節(jié)物理量可能與磁通量是同類，也可能與磁場(chǎng)方向是同類，你認(rèn)為最有可能是什么？

師：當(dāng)我們難以得到結(jié)論時(shí)，科學(xué)研究的一般方法就是繼續(xù)回到實(shí)驗(yàn)中尋找這個(gè)中間量，為了便于觀察，我將上述實(shí)驗(yàn)做一個(gè)改進(jìn)：將一端帶有強(qiáng)磁的條形磁鐵插入(拔出)一只長(zhǎng)紫銅管，請(qǐng)大家動(dòng)手做一做。

師：你們手上有什么感覺？

生：插進(jìn)和拔出的時(shí)候都受到了阻力。

師：這個(gè)力是哪里來(lái)的呢？

生：力的作用是相互的，應(yīng)該是感應(yīng)電流的磁場(chǎng)施加的！

師：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)會(huì)是這個(gè)中介嗎？

生：應(yīng)當(dāng)是，因?yàn)楦袘?yīng)電流的磁場(chǎng)既與感應(yīng)電流方向有聯(lián)系，又與磁通量變化有關(guān)系。

3 用對(duì)立統(tǒng)一的思想啟發(fā)學(xué)生理解楞次定律的內(nèi)涵

唯物辯證主義認(rèn)為：任何事物都是矛盾的對(duì)立統(tǒng)一體，處在動(dòng)態(tài)變化中,它們的變化過程是一個(gè)相互作用、相互影響的過程。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)就是一對(duì)矛盾的對(duì)立統(tǒng)一體，具體表現(xiàn)在“阻礙”二字上。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生不會(huì)想到感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)之間的阻礙與被阻礙的關(guān)系，難以理解“阻礙”的內(nèi)涵。筆者認(rèn)為在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地向?qū)W生滲透上述哲學(xué)思想，從矛盾的對(duì)立統(tǒng)一角度，認(rèn)識(shí)感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)之間的關(guān)系：沒有原磁場(chǎng)磁通量的變化就沒有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，也就沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，同時(shí)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)也在阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化；體會(huì)“阻礙磁通量”與“阻礙磁通量的變化”的不同，理解“阻礙”不只是相反，既有抵消的含義，又有補(bǔ)償?shù)暮x，它們統(tǒng)一在感應(yīng)電流的產(chǎn)生之中，學(xué)生對(duì)楞次定律的內(nèi)涵會(huì)理解得更透徹、更深入。

教學(xué)片斷3

師：從因果關(guān)系來(lái)看，原磁場(chǎng)磁通量的變化是因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是果，原因引起結(jié)果，從相互作用的角度來(lái)看，結(jié)果又

反作用于原因。這體現(xiàn)了哲學(xué)中的什么觀點(diǎn)？

生：任何事物都是一對(duì)矛盾的對(duì)立統(tǒng)一體。

師：在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)之間存在什么關(guān)系？

生：當(dāng)Φ增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反；當(dāng)Φ減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同。

師：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)相同或相反，會(huì)對(duì)磁通量變化帶來(lái)什么影響？

生：方向相同時(shí)，“補(bǔ)償”了磁通量的減?。环较蛳喾磿r(shí)，“抵消”了磁通量的增加。

師：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)是有助于磁通量變化還是阻礙了磁通量變化？

生：阻礙了磁通量的變化。

師：看來(lái)感應(yīng)電流磁場(chǎng)是一個(gè)“叛逆”的磁場(chǎng)，它總是在阻礙磁通量的增加或減少，能否再把這兩句話概括為一句話？

生：阻礙“磁通量的變化”。

師：感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)磁通量變化之間具有阻礙與被阻礙的關(guān)系，體現(xiàn)了矛盾論的基本觀點(diǎn)——對(duì)立統(tǒng)一。磁通量的變化是因，產(chǎn)生的感應(yīng)電流是果，原因引起結(jié)果，結(jié)果又反作用于原因，二者在發(fā)展過程中相互作用、互為因果。你能用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言概括出上述規(guī)律嗎？

生：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是“阻礙”引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

師：這個(gè)結(jié)論是物理學(xué)家楞次在1834年通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，我們稱為“楞次定律”。它的本質(zhì)是什么？

生：阻礙。

師：從受力角度來(lái)看，這種“阻礙”表現(xiàn)為“來(lái)拒去留”，你能說(shuō)說(shuō)為什么會(huì)阻礙嗎？

生：“阻礙”的過程是克服磁場(chǎng)力做功的過程，實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化的過程。

師：你們能談?wù)剬?duì)“阻礙”的理解嗎？

生：當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與磁鐵的磁場(chǎng)方向相反，抵消其增加，稱為“增反”；當(dāng)磁通量減弱時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與磁鐵的磁場(chǎng)方向相同，彌補(bǔ)其不足，稱為“減同”。

師：“天道乃損有余而補(bǔ)不足”，感應(yīng)電流磁場(chǎng)的這種特性驅(qū)使磁通量在不平衡時(shí)極力趨向新的平衡，它能阻止住這種變化嗎？

生：不能，只是延緩了磁通量增加或減少的時(shí)間。

以上是筆者將哲學(xué)上的因果關(guān)系、聯(lián)系的多樣性、對(duì)立統(tǒng)一的觀點(diǎn)融合于楞次定律探究教學(xué)中的一些嘗試，用哲學(xué)思想指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地開展探究性學(xué)習(xí)，強(qiáng)化了“思維型教學(xué)”，理清了各個(gè)物理量之間的邏輯關(guān)系，有效地化解了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的困惑，使得探究的思路更加順暢、自然，也讓學(xué)生站在較高的高度深刻地理解楞次定律的內(nèi)涵，真正地體驗(yàn)楞次定律的探究過程，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升其物理學(xué)科核心素養(yǎng)。