問題驅(qū)動導學，提升科學思維 拉第電磁感應(yīng)定律一輪復習導學案”為例

吳興寶

【摘要】物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學探究、科學思維、科學態(tài)度與責任.其中科學思維，也叫科學邏輯，即形成并運用于科學認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系.《課程標準》中的“科學思維”素養(yǎng)，主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等四個要素.本文以“法拉第電磁感應(yīng)定律一輪復習導學案”為例，以問題驅(qū)動導學，提升學生科學思維.

【關(guān)鍵詞】導學案；科學思維；高中物理

筆者于2021年9月對2022屆高三學生進行了高中物理電磁學學習情況問卷調(diào)查及數(shù)據(jù)采集.通過問卷星發(fā)放問卷238份，調(diào)查發(fā)現(xiàn)僅僅36%的學生對當前電磁學成績滿意，66.81%學生認為電磁學難學，86.13%的同學希望老師整合教材和教輔資源，以導學案和專題訓練的方式形成適合我校學生學習的校本教輔資源，以提高教學成效.2022年9月對已畢業(yè)的同一批學生進行高中物理電磁學學習情況問卷調(diào)查及數(shù)據(jù)采集.回收有效問卷229份，調(diào)查發(fā)現(xiàn)73.36%的學生對電磁學成績滿意，對比提高了37.36%，54%的學生認為電磁學難學，對比降低了12.81%，94%的學生認為電磁學學習了有了進步，82.53%的學生認為電磁學的進步得益于老師補充的校本教輔資源，78%的學生對物理有了興趣，對比提高了近10個百分點.

導學案作為一種教學輔助資源，是教師為引導學生進行主動學習而編制的有學習目標、學習內(nèi)容、學習流程的學習活動方案，是指引學生自主、高效學習的路線圖，用于引導學生自主學習、主動參與、合作探究、優(yōu)化發(fā)展，具有“導讀、導思、導做”的功能.但實際過程中，物理導學案的應(yīng)用效果卻差強人意，其主要原因在于導學案的設(shè)計不合理，很多時候只是知識點、習題的簡單堆積，缺乏問題導向，問題設(shè)置不合理、不明確、不具體，沒有梯度.筆者以“法拉第電磁感應(yīng)定律一輪復習導學案”為例，通過問題串的設(shè)計，引導學生深入思考，活躍思維，提高建模能力，提升科學思維.

1 導學案背景

之前學生已經(jīng)學習了電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律，學生會判斷感應(yīng)電流的產(chǎn)生，能判斷感應(yīng)電流的方向，本節(jié)課復習內(nèi)容為法拉第電磁感應(yīng)定律，其實質(zhì)就是解決感應(yīng)電動勢的求解問題，為后續(xù)學習法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用做鋪墊.本節(jié)課公式比較多，涉及很多的物理量，傳統(tǒng)教學中，教師通常先給學生羅列公式，然后通過習題加以鞏固，這樣的課堂學生往往能記住公式，但是不明白公式中各個物理量在具體物理情境中的確切含義，在實際使用過程中不能靈活應(yīng)用，導致出錯.本案例旨在解決突破這一現(xiàn)實問題，突破的方法：情境導入、問題驅(qū)動、構(gòu)建物理模型.讓學生積極參與課堂，快速提升教學效果.

2 導學案呈現(xiàn)

2.1 問題驅(qū)動

感應(yīng)電動勢包含兩種模型，一是感生電動勢模型；二是動生電動勢模型.

情境 如圖1，導體棒ab放在行金屬導軌上并接觸良好，導軌寬為Ｌ，ab棒與檢流計構(gòu)成一閉合回路，回路面積為S，導軌區(qū)域有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.

問題1：在什么情況下，導體棒中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？

問題2：怎樣計算感應(yīng)電動勢的大小？

問題3：若磁通量變化如圖2所示，怎樣求OA段的感應(yīng)電動勢？O到D過程電動勢怎樣變化？

學生小組討論交流 交流成果，鼓勵不同觀點之間的辯論.

教師點評總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律的表達式.

問題4：如圖3中B不變的部分不要，因為問題4中B變化的，如果閉合回路面積不變，磁場變化，感應(yīng)電動勢怎么求？

問題5：如圖4，公式中的面積S指大圓面積還是小圓面積？

問題6：如果磁場不變，閉合回路面積變化，感應(yīng)電動勢又怎么求？

設(shè)計意圖 充分理解法拉第電磁感應(yīng)定律及各物理量在實際情境中的確切含義.

問題7：如圖5，如果導體棒向右運動，感應(yīng)電動勢又怎么求？

學生小組討論交流 交流成果，鼓勵不同觀點之間的辯論.

教師總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律三個變形式，兩種電磁感應(yīng)模型：感生電動勢模型和動生電動勢模型.

設(shè)計意圖 讓學生充分理解法拉第電磁感應(yīng)定律三個變形式各物理量在實際情境中的確切含義，建立兩種電磁感應(yīng)模型.

2.2 知識建構(gòu)

（1）法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，與穿過這一電路的磁通量變化率成正比.

（2）法拉第電磁感應(yīng)定律表達式：E=nΔΦΔt（n表示線圈的匝數(shù)）.

（3）法拉第電磁感應(yīng)定律理解：

a.感應(yīng)電動勢的大小取決于穿過回路的磁通量的變化率ΔΦΔt，而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然關(guān)系，與電路的電阻R無關(guān)；感應(yīng)電流的大小與E和回路總電阻R有關(guān).

b.用公式E=nΔΦΔt所求的感應(yīng)電動勢為整個閉合電路的感應(yīng)電動勢，而不是回路中某部分導線兩端的電動勢.

c.公式E=nΔΦΔt只表示感應(yīng)電動勢的大小，不涉及其正負，計算時ΔΦ應(yīng)取絕對值，至于感應(yīng)電流的方向，可以用楞次定律去判定.

d.運用E=nΔΦΔt求解的三種思路：磁感應(yīng)強度B不變，垂直于磁場的回路面積S發(fā)生變化，則E=nBΔSΔt;垂直于磁場的回路面積S不變，磁感應(yīng)強度B發(fā)生變化，則E=nBΔSΔt；磁感應(yīng)強度B、垂直于磁場的回路面積S均發(fā)生變化，則

E=nΦ2－Φ1Δt.

e.導體棒垂直切割時，Δt時間內(nèi)閉合電路的磁通量的變化量ΔΦ=BΔS=BLvΔt，由法拉第電磁感應(yīng)定律，E=ΔΦΔt，得E=BLv.不垂直切割時，將導線運動速度v分解為垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ，只有v1切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故E=BLv1=BLsinθ.

（4）等效電源

切割磁感線的導線等效為一個電源，其電流方向由負極流向正極，可由右手定則判斷導線的電流方向.

（5）導線切割磁感線過程的能量轉(zhuǎn)化

a.導線切割磁感線產(chǎn)生的電能是通過其他外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來的，克服安培力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生.

b.電能又通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能，整個過程遵守能量守恒定律.

3 導學案反思

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境、誘發(fā)認知沖突、提升科學思維

問題是啟動思維的大門.良好的問題情境，能極大地激發(fā)學生的思維活動.教師要根據(jù)教學目標和學生實際，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學生產(chǎn)生認知沖突，達到一種“心求通而未通，口欲言而未能”的境界，激發(fā)學生對知識產(chǎn)生濃厚的探究熱情，讓學生思維高度活躍，引領(lǐng)學生積極主動地參與到探究活動中，從而順利渡過最近發(fā)展區(qū).每節(jié)課教師可以用課本中“問題探討”入手，讓學生進行思維熱身，調(diào)動學生學習的熱情.學生根據(jù)自己已有的知識進行分析、討論、探究.在整個過程中，學生的學習活動變成了解決問題的過程，學生的主動性被發(fā)揮，學生興趣高，思維活躍，學習效果必定好.

3.2 設(shè)計問題串、問題驅(qū)動導學、提升科學思維

所謂問題串，就是指圍繞一定的教學目標，按照一定的教學思路而精心設(shè)計的一組問題.這些問題有一定的邏輯性，前一個問題是后一個問題的前提，后一個問題是前一個問題的繼續(xù)或結(jié)論.它們前后銜接，逐步深化，每一個問題成為學生思維的一個臺階，使學生上了一個臺階后還有再上一個臺階的沖動，推動了教學的進程.每一個問題的解決既是揭示真理途中的路標，又是學生在問題解答后的珍貴紀念品.在這種過程中，學生思維步步深入，異?；钴S.

3.3 問題驅(qū)動建構(gòu)、自主體驗生成、提升科學思維

所謂“自主建構(gòu)”，是指在教學活動中學生主動參與學習活動，積極有效地建構(gòu)知識.學習是學習者基于自己的知識經(jīng)驗，主動對新信息加工處理，進行有意義的知識建構(gòu)過程.本節(jié)課，教師根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，引導學生推導不同形式下的法拉第電磁感應(yīng)定律的表達式，理清知識的來龍去脈，體驗知識的生成，師生共同參與推導過程，調(diào)動學生積極參與的興趣，培養(yǎng)了學生的科學思維能力及表達能力.

3.4 創(chuàng)設(shè)“頭腦風暴”、引導激發(fā)討論、提升科學思維

對同一問題，不同的學生從不同的角度來看，有不同的見解和觀點，往往是“仁者見仁，智者見智”.教師應(yīng)根據(jù)教學內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)相關(guān)的情境，引發(fā)學生對某一問題展開討論、探究.在討論和爭辯中，小組內(nèi)成員相互啟發(fā)、相互幫助，小組間不同觀點有力碰撞，能極大限度地提高學生的興趣，活躍學生的思維.

在整個過程中，教師要精心設(shè)計問題，注重問題的針對性，在學生討論出現(xiàn)困難時，感到“山重水復疑無路”時，還要積極引導和鼓勵：你能不能換一個角度？能不能變換條件？你還有沒有新的想法……教師的激勵會讓學生豁然開朗，讓學生的思維和討論進入“柳暗花明又一村”的狀態(tài)，收獲成功和喜悅.討論和辯論讓每一個學生成為學習的主人，讓課堂成為展示自我的平臺.考慮班級學生個體差異，實際操作過程需因材施教，適當調(diào)整策略.只有思維活躍的課堂才是有效的課堂.教師要想方設(shè)法活躍學生的思維，提高建模能力，提升學生科學思維素養(yǎng)，凸顯關(guān)鍵能力，塑造必備品格，落實立德樹人的根本任務(wù)，為學生的終身發(fā)展奠基.

4 結(jié)語

法拉第電磁感應(yīng)定律是高中物理中電磁感應(yīng)的重要內(nèi)容，涉及面廣、綜合性強，是高考的重要考查內(nèi)容.學生普遍存在難理解、抽象、易混淆、易錯等困擾.現(xiàn)有教材和教輔以知識內(nèi)容為載體，輔以一定的例題和習題，但未能呈現(xiàn)知識的生成過程、模型的建構(gòu)過程、思維的啟發(fā)過程、習題的難度遞進過程、知識的內(nèi)在聯(lián)系，無法滿足不同層次學生的個性化學習需求.教師自編的導學案作為一種校本教輔資源，是現(xiàn)有教材教輔的有效補充，是提升課堂教學質(zhì)量的有效途徑，是培育物理學科核心素養(yǎng)的有效方式，是校本教研的重要載體.

【本文為河源市2020年中小學（幼兒園）教學研究課題《高中物理電磁學校本教輔資源開發(fā)與實踐研究》（hy20075）研究成果.廣東省中小學“百千萬人才培養(yǎng)工程”專項科研項目《積極心理學視域下高中團輔式主題班會模式構(gòu)建與實踐研究》（BQW2021MBG006）研究成果】

參考文獻：

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