基于問題生成的“楞次定律”教學設計思考

郭衛(wèi)強

摘? ? 要：以問題的生成作為主體思路組織“楞次定律”的教學過程，有效解決教材的實驗容量大、探究信息多、思維鏈條長、教學的邏輯不連續(xù)、探索規(guī)律隱蔽且抽象等教學難點，通過師生合作探究與質疑解惑，使得學生知識理解得以深化。

關鍵詞：生成問題;物理核心素養(yǎng);案例分析;教學反思

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）3-0072-4

“人類自古以來就對自然界充滿好奇……在它們的驅使下，人類對自然規(guī)律進行不懈的探索”[1]。在教學中，讓問題從教學情境中生成，并以問題為主線推進課堂教學，引領學生認知與思維，給學生提供足夠的時間和空間，去發(fā)現(xiàn)、質疑和論證。在問題不斷生成與解決的過程中，引導學生掌握物理觀念，經(jīng)歷科學探究，發(fā)展科學思維，體會科學態(tài)度與責任。筆者以生成問題作為主題思路開展“楞次定律”一節(jié)的教學，有效解決了教材的實驗容量大、探究信息多、思維鏈條長、教學的邏輯不連續(xù)、科學探究表面化等問題。

1? ? 創(chuàng)設問題生成情境，尋找科學探究的起點

通過創(chuàng)設有媒體資源支撐的自然的學習情境，學生可以從中自發(fā)地進行發(fā)現(xiàn)、推理、質疑和論證，這有利于學生的思維誤區(qū)和認知缺陷得以充分暴露，以及對問題的深入理解，并生成新的探究問題。這些“生成的、動態(tài)的、開放的，符合學生認知發(fā)展規(guī)律的問題”可以點燃學生探究的欲望，避免課堂缺乏針對性及學生的共鳴難以激發(fā)，使學生不再成為課堂的“看客”。教學片段如下：

師：演示實驗1（如圖1），演示條形磁鐵與鋁環(huán)間的相互作用，讓條形磁鐵的N極、S極分別靠近和遠離閉合鋁環(huán)和帶有開口的鋁環(huán)，觀察實驗現(xiàn)象：當條形磁鐵的N極、S極靠近和遠離帶有開口的鋁環(huán)時，鋁環(huán)和磁極之間沒有發(fā)生相互作用;當條形磁鐵的N極、S極靠近閉合鋁環(huán)時，鋁環(huán)與磁極相互排斥;當條形磁鐵的N極、S極遠離閉合鋁環(huán)時，鋁環(huán)與磁極相互吸引。引導學生思考：當條形磁鐵的N極、S極靠近和遠離帶有開口（閉合）的鋁環(huán)時，鋁環(huán)中會有感應電流嗎？為什么閉合鋁環(huán)與磁極間會有力的作用？磁極和鋁環(huán)中電流間的相互作用有什么特點呢？你能判斷鋁環(huán)中感應電流的方向嗎？鋁環(huán)中感應電流的方向可能與哪些因素有關呢？

生1：感應電流產(chǎn)生的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，當條形磁鐵的N極、S極靠近和遠離帶有開口（閉合）的鋁環(huán)時，開口鋁環(huán)中不會有感應電流，閉合鋁環(huán)中會有感應電流。

生2：感應電流和磁鐵之間發(fā)生相互作用，當磁極靠近時，鋁環(huán)和磁鐵之間表現(xiàn)為斥力;當磁極遠離鋁環(huán)時，鋁環(huán)和磁鐵之間表現(xiàn)為引力，阻礙鋁環(huán)和磁鐵間的相對運動。

生3：可以把條形磁鐵等效為環(huán)形電流，運用安培定則判斷環(huán)形電流的方向，利用同向電流相互吸引、異向電流相互排斥來判斷閉合鋁環(huán)中感應電流的方向。

生4：磁鐵靜止在鋁環(huán)中時，鋁環(huán)不移動，說明鋁環(huán)中沒有感應電流。

生5：閉合鋁環(huán)中感應電流的方向可能與磁場的方向和磁場的強弱變化有關。

生6：磁通量的變化是產(chǎn)生感應電流的條件，感應電流的方向應該與穿過閉合鋁環(huán)磁通量的變化有關。

基于產(chǎn)生感應電流的演示實驗，通過觀察實驗現(xiàn)象，分析內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系，強化邏輯推理、理論論證。依據(jù)產(chǎn)生感應電流的條件是穿過閉合鋁環(huán)磁通量的變化，從而得出磁通量變化是影響感應電流方向的關鍵因素，符合學生的認知邏輯，自然而然生成問題，過渡到本節(jié)課的探究主題。學生從問題中分析、抽象、概括，建立物理模型，作出個性化的解讀，圍繞生成問題質疑、推理和論證，進行歸納總結，生成新問題，形成科學探究的起點。

2? ? 優(yōu)化再設計生成問題，確立科學探究主線

生成問題是課堂探究的主線，一般由課堂的重點、難點和個別疑難問題組成。生成問題是比較繁雜的，有的超出了學生的認知范圍，有的抽象難以理解，有的隱蔽難以發(fā)現(xiàn)，有的甚至偏離課堂的主線，所以教師要依據(jù)《普通高中物理課程標準（2017年版）》的要求對生成問題進行重新梳理、整合，使得認知問題化，問題層次化，在學生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)重新設計，以生成問題為主線組織教學。教學片段如下：

師：演示實驗2（如圖2），條形磁鐵穿過長度為50 cm透明有機玻璃管（玻璃管外套有長度為30 cm的線圈，線圈兩端接有兩個方向相反的發(fā)光二極管），請你觀察實驗現(xiàn)象并分析：N極靠近、S極遠離線圈，二極管2發(fā)光，S極靠近、N極遠離線圈，二極管1發(fā)光，你能判斷出線圈中感應電流的方向嗎？

生1：根據(jù)發(fā)光二極管的單向導電性，由方向不同的二極管發(fā)光情況，可以判斷線圈中電流的方向。

師：分組實驗1（見表1），請同學們利用實驗桌上的器材，分組實驗，完成表格，探究穿過線圈磁通量增大（減小）時，線圈中感應電流的磁場方向與磁通量增大（減?。┯惺裁搓P系？

生1：如果把線圈感應電流等效為條形磁鐵，當磁鐵靠近時，感應電流排斥磁鐵的靠近;當磁鐵遠離時，感應電流吸引磁鐵，阻礙磁鐵遠離，與演示實驗1鋁環(huán)阻礙條形磁鐵的相對運動一致。

生2：當磁場增強時，感應電流產(chǎn)生磁場的方向與線圈中引起感應電流的磁場的方向相反;當磁場減弱時，則相同。

生3：線圈中感應電流的磁場與穿過線圈的磁通量變化的關系，可以概括為感應電流的磁場阻礙穿過線圈磁通量的變化。

對學生探究過程中出現(xiàn)的問題進行梳理整合，需要優(yōu)化再設計的問題有兩個：問題一是受實驗條件的限制，一般采用通過改變磁場強弱引起磁通量變化，產(chǎn)生感應電流，學生不易聚焦磁通量變化是影響感應電流方向的關鍵因素，需要對聚焦磁通量變化問題再設計。問題二是學生受抽象、概括和表述等能力的限制，難以通過感應電流的磁場這個“中質”來判斷感應電流方向。感應電流的磁場隱蔽且抽象，需要對聚焦感應電流的磁場問題進行再設計。教師應針對學生猜想、分析和求證過程中出現(xiàn)的生成性問題進行整合，設計具有層次感和梯度性的新問題，創(chuàng)設階梯，鋪路搭橋，完善思維鏈條，助力學生完成實驗探究。

3? ? 探究討論所生成的問題，準確建立物理概念

物理觀念是基礎，只有深刻理解物理觀念，才能有深度的思維培養(yǎng)[2]。課堂教學過程中生成的新問題因為其即時性更符合學生的認知發(fā)展水平，符合學生的認知發(fā)展規(guī)律，所以應聚焦教學中的重點、難點，創(chuàng)設層次性強、梯度明顯的問題。學生在效度更高的生成性問題上進行長時間深度思考，抓住時機質疑探究，在師生互動和生生互動中進行思維的交流與碰撞，有利于其掌握科學知識，深度理解物理概念，形成物理觀念。教學片段如下：

師：楞次定律一節(jié)的主要內(nèi)容是感應電流具有這樣的方向，感應電流產(chǎn)生的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化[3]。

思考討論：

（1）你怎樣理解感應電流的磁場與磁通量變化的因果關系？

（2）你怎樣理解“阻礙”：①誰在阻礙？②阻礙什么？③如何阻礙？④能否阻止？⑤為何阻礙？嘗試用能量守恒的觀點解釋阻礙現(xiàn)象。

生1：線圈中感應電流產(chǎn)生的磁場阻礙原線圈中磁通量的變化。

生2：當磁通量增大時，感應電流的磁場方向與線圈中的磁場方向相反，阻礙磁通量增加;當磁通量減少時，感應電流的磁場方向與線圈中的磁場方向相同，阻礙線圈中磁通量減少。

生3：不是阻止，而是延緩了磁通量的變化。

生4：從相互作用的角度看，阻力做了功，有電流產(chǎn)生，機械能轉化為電能，遵守能量守恒定律。

師：分組實驗2（如圖3），引起磁通量變化的因素有兩個：一是磁場的變化，一是面積變化。楞次定律可以判斷磁場變化引起磁通量變化所產(chǎn)生感應電流的方向，是否可以用楞次定律判斷閉合回路面積變化引起磁通量變化所產(chǎn)生感應電流的方向呢？利用實驗桌上的器材，設計實驗，驗證你的判斷是否正確？

生1：根據(jù)楞次定律，當導體棒向左擺動，回路中感應電流方向為順時針（從上向下看）;當導體棒向右擺動，回路中感應電流方向為逆時針。

生2：實驗結果是當導體棒向左擺動時二極管1發(fā)光，當導體棒向右擺動時二極管2發(fā)光，實驗結果與楞次定律判斷結果一致。

師：左手定則可以判斷通電導線在磁場中受安培力的方向，它描述了磁場的方向、電流的方向和安培力的方向三者之間的關系。試一試，你能用左手或右手來描述磁場的方向、導體運動的方向和導體中電流的方向三者之間的關系嗎？導體棒的運動方向與磁場方向不垂直時可以判斷嗎？

生1：伸開右手，讓拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從手心進入，拇指指向導體棒運動的方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向。

生2：導體棒的運動方向與磁場方向不垂直時也可以用右手定則進行判斷，實驗結果與猜想一致。

學生感受楞次定律的巧妙表述和簡潔之美的同時，理解了其豐富的內(nèi)涵，從相互作用角度和能量守恒角度解決問題，運用類比的方法歸納總結右手定則更是強化了對楞次定律的深度理解。在授課過程中生成問題并解決是教師組織與推進教學的核心，關系到學生是否深度理解物理概念，是否通過學習物理概念獲得深度且高效的認知體驗和正確的科學觀念。

4? ? 教學反思

4.1? ? 以生成問題組織教學，凸顯學生的主體地位

“預設的，靜態(tài)的，封閉的，學生不需要的問題”無法喚醒學生的內(nèi)在需求，無法激發(fā)學生的求知欲望，課堂變成教師的獨奏，學生成為“沉默的羔羊”。聚焦有價值的問題，聚焦學生需求的問題，可以提升科學探究的針對性和有效性;生成問題開放的情境，個性化的解讀、分析、推理和論證，同伴間質疑、批判，可以促進思維碰撞出創(chuàng)新的火花;教師的有效設計可完善思維鏈條，降低探究難度，讓問題在學生的“最近發(fā)展區(qū)”中解決。

4.2? ? 以生成問題組織教學，更好地落實物理核心素養(yǎng)

課堂上教師匆匆忙忙演示，學生慌慌張張實驗，探究面面俱到，學生沒有深層次的發(fā)現(xiàn)、推理、質疑和論證的時間和空間，科學探究停留在表面，知識沒有得到深化，物理核心素養(yǎng)無法落實。以生成問題組織教學，濾去干擾因素，聚焦研究主題，可使學生有足夠的時間和空間開展合作研究，對不同觀點和既成結論進行質疑與批判、檢驗與修正，獲得深層次的認知體驗。運用理性推理和實驗驗證的科學探究方法，掌握科學知識，深化理解物理觀念，有助于培養(yǎng)科學思維，滲透態(tài)度與責任，培養(yǎng)學生終身發(fā)展需要的關鍵能力和品質[4]。

參考文獻：

[1]彭前程，黃恕伯.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]彭前程.物理學科核心素養(yǎng)的理解與踐行——以人教版高中物理教材為例[J].物理教學，2020，42（02）：6-12.

[3]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010：4.

[4]廖伯琴.《普通高中物理課程標準》（2017年版）要點解讀[J].物理教學，2020，42（02）：2-5.

（欄目編輯? ? 李富強）