“學(xué)為中心”的物理教學(xué)設(shè)計(jì)探討
——以“楞次定律”為例

陳燕琴

(浙江省回浦中學(xué),浙江 臺(tái)州 317000)

“學(xué)為中心”是現(xiàn)代教育理念下為順應(yīng)新時(shí)代的育人要求、促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要途徑和措施。它注重以學(xué)生及其學(xué)習(xí)為中心,倡導(dǎo)教學(xué)要以學(xué)生的情感、需求及其自主、能動(dòng)的行為方式為中心。[1]與“教為中心”的本質(zhì)區(qū)別在于“學(xué)為中心”的著力點(diǎn)是有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。“學(xué)為中心”這一教育理念的形成和確立,為教育工作者指明了努力方向。筆者以“楞次定律”為例,重點(diǎn)討論根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)有效教學(xué)策略,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)能動(dòng)的學(xué)習(xí)條件,開(kāi)展“學(xué)為中心”的課堂教學(xué)。

1 目標(biāo)內(nèi)容、核心素養(yǎng)構(gòu)成要素及學(xué)業(yè)水平的設(shè)計(jì)

采用“學(xué)為中心”教學(xué)方式時(shí)需要教師課前掌握學(xué)生的認(rèn)知水平與知識(shí)經(jīng)驗(yàn),分析學(xué)生思維特點(diǎn)與思維障礙,并在課程目標(biāo)的指導(dǎo)下分析教學(xué)內(nèi)容,確定教學(xué)目標(biāo)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)“楞次定律”前已經(jīng)掌握了電路、磁場(chǎng)及感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí),具備了基本的觀察分析能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力及物理規(guī)律總結(jié)能力,為楞次定律的學(xué)習(xí)提供了一定的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與能力基礎(chǔ)。但學(xué)生思維品質(zhì)不高,綜合分析解決問(wèn)題的能力不強(qiáng),而楞次定律涉及的物理因素較多,關(guān)系較為復(fù)雜。為此,在分析學(xué)生學(xué)情與教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,提出主要學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)、核心素養(yǎng)構(gòu)成要素及學(xué)業(yè)水平,具體如表1所示。

表1

2 學(xué)習(xí)內(nèi)容組織

教學(xué)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn),需要教師結(jié)合學(xué)生實(shí)際,將學(xué)習(xí)內(nèi)容有機(jī)整合,設(shè)計(jì)出適合學(xué)生思維規(guī)律的教學(xué)流程,為學(xué)生自主、能動(dòng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)創(chuàng)設(shè)條件,實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為本”。

在“楞次定律”教學(xué)中,以學(xué)生在物理規(guī)律探究中經(jīng)常要經(jīng)歷的猜想、實(shí)驗(yàn)、概括總結(jié)、理論推導(dǎo)等過(guò)程為活動(dòng)主線，設(shè)計(jì)出教學(xué)流程(圖1)。教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生自主、能動(dòng)的學(xué)習(xí)為主,凸顯學(xué)生的主體地位,體現(xiàn)“以學(xué)為本”的要求。

圖1

3 學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)

利用外顯的教學(xué)活動(dòng)，化抽象為形象、化模糊為具體,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)體驗(yàn)、激發(fā)興趣,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)的開(kāi)展創(chuàng)設(shè)情境條件。

在“楞次定律”教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)阻礙模型、認(rèn)識(shí)“阻礙本質(zhì)即為能量守恒”歸納出感應(yīng)電流方向的規(guī)律，深入挖掘“阻礙”的深層涵義,為此設(shè)置了如下學(xué)習(xí)情境。

磁鐵在閉合線圈中上下振動(dòng)過(guò)程中由于受到阻礙作用而振動(dòng)逐漸減弱；二極管交替發(fā)光,但亮度隨著磁鐵振動(dòng)的減弱而逐漸變暗(圖2)。

圖2

提問(wèn):磁鐵運(yùn)動(dòng)為什么越來(lái)越慢？燈為什么越來(lái)越暗?感應(yīng)電流的磁場(chǎng)為什么總是阻礙磁通量的變化?若促進(jìn)磁通量的變化會(huì)有什么結(jié)果?

學(xué)生在體驗(yàn)直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,討論得出“阻礙”的本質(zhì)即為“能量守恒”。

用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，利用直接的感官體驗(yàn)將“阻礙”形象化、具體化,進(jìn)而降低學(xué)生思維難度,激發(fā)求知欲望。利用有導(dǎo)向功能的問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合既有知識(shí)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)展開(kāi)思考和討論,主動(dòng)建構(gòu)“阻礙”模型,理解“阻礙”本質(zhì)。

4 學(xué)習(xí)問(wèn)題設(shè)置

由于學(xué)生的綜合解決問(wèn)題的能力相對(duì)較弱,在較為復(fù)雜的探究活動(dòng)中極易出現(xiàn)思維混亂，不利于學(xué)生獨(dú)立、自主、連貫的探究活動(dòng)的順利開(kāi)展。教師可根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平、思維習(xí)慣,將學(xué)習(xí)內(nèi)容重新整合，設(shè)計(jì)層層深入的問(wèn)題串,為學(xué)生的獨(dú)立探究活動(dòng)的開(kāi)展提供線索,既能引導(dǎo)學(xué)生順利開(kāi)展“以學(xué)為本”的探究活動(dòng),又能做到“少教多學(xué)”，為學(xué)生留出足夠的探究時(shí)間和思維空間。在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的“紐帶”作用時(shí),利用傳感器(圖3)顯示出磁鐵插入或拔出線圈過(guò)程中二者存在相互作用的現(xiàn)象,設(shè)計(jì)如下問(wèn)題串:

圖3

(1) 磁鐵和線圈為什么能夠產(chǎn)生相互作用?

(2) 磁鐵插入、拔出線圈時(shí)線圈周圍存在什么物質(zhì)?

(3) 線圈周圍的磁場(chǎng)是從哪里來(lái)的?

(4) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)能將感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化及磁場(chǎng)方向聯(lián)系起來(lái)嗎?它們又有著怎樣的聯(lián)系呢?

學(xué)生以教師提出的系列問(wèn)題為線索,通過(guò)分析、討論、交流實(shí)現(xiàn)自主建構(gòu)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)生的自主探究占據(jù)主要時(shí)間,而教師只在交流匯報(bào)環(huán)節(jié)提供必要的導(dǎo)引和評(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為本”“少教多學(xué)”。

5 學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

學(xué)生的學(xué)習(xí)不是教師將知識(shí)簡(jiǎn)單地傳授給學(xué)生的過(guò)程,而是學(xué)生能動(dòng)、獨(dú)立的建構(gòu)過(guò)程。[2]“學(xué)為中心”的物理教學(xué)注重以學(xué)生為中心,倡導(dǎo)教學(xué)要以學(xué)生的情感、需求及其自主、能動(dòng)的行為方式為中心。教師應(yīng)立足于學(xué)生的認(rèn)知水平、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生設(shè)計(jì)形式多樣的學(xué)習(xí)活動(dòng),如實(shí)驗(yàn)探究、小組討論等深度學(xué)習(xí)活動(dòng),讓學(xué)生親身經(jīng)歷觀察、探究、分析、推理、總結(jié)等系列思維過(guò)程,實(shí)現(xiàn)思維品質(zhì)的不斷提升。筆者在“探究感應(yīng)電流方向規(guī)律”的環(huán)節(jié),為學(xué)生設(shè)計(jì)了系列活動(dòng)。

(1) 學(xué)生觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn),小組討論并猜想感應(yīng)電流方向的影響因素：磁極、磁體運(yùn)動(dòng)方向。

(2) 學(xué)生小組合作,利用磁鐵、線圈、發(fā)光二極管等實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(圖4),定性探究影響感應(yīng)電流方向的因素。

圖4

(3) 分析學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察,完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄。并展開(kāi)分組討論,嘗試從磁極與磁體運(yùn)動(dòng)方向角度分析、歸納感應(yīng)電流方向的規(guī)律。

(4) 把握學(xué)生結(jié)合感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件,透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì),嘗試從磁場(chǎng)方向與磁通量變化角度分析、歸納感應(yīng)電流方向的規(guī)律。

(5) 學(xué)生在尋找“磁”和“電”直接關(guān)聯(lián)而屢屢受挫的基礎(chǔ)上,嘗試轉(zhuǎn)換視角,尋找“磁”和“電”的間接關(guān)聯(lián),即尋找既與“磁”有關(guān)又與“電”有關(guān)的起紐帶作用的關(guān)聯(lián)物理量。

(6) 學(xué)生通過(guò)觀察磁鐵與線圈間存在的相互作用的演示實(shí)驗(yàn)(圖3),感知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的存在,受啟發(fā)后嘗試以感應(yīng)電流的磁場(chǎng)作為“磁”和“電”聯(lián)系的紐帶,歸納出感應(yīng)電流方向的規(guī)律。

整個(gè)活動(dòng)流程如圖5所示。

圖5

人類在探究未知領(lǐng)域時(shí),思維和行動(dòng)傾向于直奔主題,利用直觀的現(xiàn)象直接尋找規(guī)律,在遭遇挫敗時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)換視角、調(diào)節(jié)思路、尋求突破。在該環(huán)節(jié)的學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)中,學(xué)生經(jīng)歷了由現(xiàn)象到本質(zhì),由直接到間接的探究過(guò)程,思維過(guò)程循序漸進(jìn)、層層深入,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生在探究過(guò)程中體驗(yàn)了“山窮水盡疑無(wú)路,柳暗花明又一村”的意境，不僅能讓學(xué)生親身經(jīng)歷規(guī)律探究的過(guò)程,習(xí)得科學(xué)思維方法,提升科學(xué)探究能力,更能讓學(xué)生在突破層層障礙的過(guò)程中養(yǎng)成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是、持之以恒的科學(xué)態(tài)度。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)以學(xué)生主動(dòng)的觀察、討論、思考、歸納等思維活動(dòng)為主要內(nèi)容,學(xué)生始終處于課堂的中心地位。我們作為教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)者,探究過(guò)程的組織者與合作者,僅在學(xué)生陷入困境時(shí)提供思維上和方法上的引導(dǎo),體現(xiàn)了“以學(xué)為本”“少教多學(xué)”“以學(xué)定教”的特征。

6 搭設(shè)思維支架,提供學(xué)習(xí)幫助

物理課堂教學(xué)中常存在三種思維活動(dòng),即物理學(xué)家的思維活動(dòng)、教師的思維活動(dòng)和學(xué)生的思維活動(dòng)。[2]三種思維活動(dòng)在高度、廣度、深度上的差異易使學(xué)生的思維路徑出現(xiàn)斷層而形成思維障礙。因此教師需要課前分析學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知水平及思維障礙,為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供幫助,力求引導(dǎo)學(xué)生突破思維障礙,順利實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

在“探究感應(yīng)電流方向”的規(guī)律時(shí),學(xué)生在活動(dòng)中嘗試從“磁場(chǎng)方向與磁通量變化”角度分析、歸納感應(yīng)電流方向的規(guī)律而再次受挫時(shí)，如何轉(zhuǎn)換視角尋找“電”與“磁”的間接關(guān)聯(lián)，從而引入感應(yīng)電流的磁場(chǎng)？學(xué)生在此處極易出現(xiàn)思維斷層,存有較大的思維障礙,需要教師搭設(shè)思維支架,提供學(xué)習(xí)幫助。

6.1 由“尋找直接關(guān)聯(lián)”向“尋找間接關(guān)聯(lián)”的思維引導(dǎo)

引導(dǎo)1:利用“磁通量變化”與“原磁場(chǎng)方向”的聯(lián)系，依然沒(méi)能找出感應(yīng)電流方向的規(guī)律,是不是思考的方向出現(xiàn)了問(wèn)題?

“感應(yīng)電流”是關(guān)于電流的,“磁通量的變化”及“磁場(chǎng)方向”是關(guān)于磁的,這是兩種不同的物理量,不同的物理量間的聯(lián)系比較難找,能否找到一個(gè)物理量將“電”和“磁”聯(lián)系起來(lái)呢?

6.2 呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,讓學(xué)生感知“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”

教師提示:在磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,我們是否忽略了某些關(guān)鍵信息?

演示實(shí)驗(yàn):將閉合線圈放置在力傳感器上(圖3),觀察磁鐵插入、拔出線圈過(guò)程中力傳感器示數(shù)的變化情況。

引導(dǎo)2:磁鐵和線圈為什么能夠產(chǎn)生相互作用?說(shuō)明磁鐵插入、拔出線圈時(shí)線圈周圍存在什么物質(zhì)?線圈周圍的磁場(chǎng)是從哪里來(lái)的?感應(yīng)電流的磁場(chǎng)能將感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化、磁場(chǎng)方向聯(lián)系起來(lái)嗎?它們又有著怎樣的聯(lián)系呢?

通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)等方式,啟發(fā)學(xué)生轉(zhuǎn)換視角、另辟蹊徑,嘗試?yán)酶袘?yīng)電流的磁場(chǎng)尋找“電”和“磁”的間接關(guān)聯(lián),從而幫助學(xué)生消除障礙,跨越思維斷層,使自主探究活動(dòng)得以順利進(jìn)行,更好地實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為本”。

“學(xué)為中心”的物理教學(xué)強(qiáng)調(diào)要將課堂的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生,讓學(xué)生在能動(dòng)、自主的學(xué)習(xí)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)和能力提升,突出“以學(xué)為本”。但學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的開(kāi)展往往受限于既有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和能力水平,學(xué)生極易受困于各種復(fù)雜的物理關(guān)系、學(xué)習(xí)障礙而使能動(dòng)、自主的學(xué)習(xí)活動(dòng)無(wú)法順利開(kāi)展。因此,教師需要課前認(rèn)真研究教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情,制定有效的教學(xué)目標(biāo),運(yùn)用適合的教學(xué)策略,為學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)創(chuàng)設(shè)條件,有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。因此,教師課內(nèi)的“少教”是以課前的“多備”為前提,用“以學(xué)定教”“少教多學(xué)”促成“以學(xué)為本”。