深度學(xué)習(xí)下高中物理問辯式課堂教學(xué)實(shí)踐探究

【摘要】以人民教育出版社2019年版《普通高中教科書物理選擇性必修第二冊(cè)》第二章第一節(jié)“楞次定律”教學(xué)為例，從深度學(xué)習(xí)下的問辯式課堂教學(xué)出發(fā)，依據(jù)新課標(biāo)整體規(guī)劃楞次定律的教學(xué)重難點(diǎn)，基于深度學(xué)習(xí)的問辯式課堂進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，利用問辯式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的科學(xué)思維，探索基于深度學(xué)習(xí)下問辯課堂的教學(xué)策略，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí)；問辯式教學(xué)；楞次定律

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對(duì)高中課程改革中物理學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)要求是提煉學(xué)科核心素養(yǎng)，明確學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科后應(yīng)達(dá)成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，圍繞核心素養(yǎng)的落實(shí)，精選、重組課程內(nèi)容，指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)教學(xué)更加關(guān)注育人目的，更加注重培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)提出問題、分析問題、解決實(shí)際問題的能力。

依據(jù)布魯納和皮亞杰的認(rèn)知學(xué)習(xí)理論，“問辯課堂”物理觀念的形成需要學(xué)習(xí)者在原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，主動(dòng)對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析綜合、推理論證、質(zhì)疑與批判、科學(xué)思維的加工，需要學(xué)習(xí)者經(jīng)歷對(duì)事物的觀察思考，提出問題、分析問題、尋找證據(jù)、解決問題，并在特定情境交流過程中，產(chǎn)生思維的碰撞、認(rèn)知沖突的科學(xué)探究過程，才能形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，形成新的物理觀念。

一、依據(jù)新課標(biāo)整體規(guī)劃楞次定律的教學(xué)重難點(diǎn)

“楞次定律”是2019年人教版《普通高中教科書物理選擇性必修第二冊(cè)》第二章“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”第1節(jié)的內(nèi)容，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中對(duì)楞次定律教學(xué)的要求為：“探究影響感應(yīng)電流方向的因素，理解楞次定律，用能量的觀點(diǎn)解釋楞次定律”，本節(jié)課通過不同情境中應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向，抓住阻礙磁通量變化來理解楞次定律，理解磁通量的變化和阻礙的含義，明確阻礙不是阻止，知道判定感應(yīng)電流方向的一般步驟。電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其規(guī)律是構(gòu)建電磁學(xué)理論的主要依據(jù)之一。電磁感應(yīng)規(guī)律不僅揭示電與磁的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化，還為后續(xù)電磁學(xué)的學(xué)習(xí)奠定了物理學(xué)基礎(chǔ)。

楞次定律是本章教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。楞次定律解決感應(yīng)電流方向的問題，是法拉第電磁感應(yīng)定律的一部分內(nèi)容，是電磁感應(yīng)的重點(diǎn)。同時(shí)楞次定律涉及磁場(chǎng)方向、磁通量的變化、線圈繞向、感應(yīng)電流方向等，關(guān)系復(fù)雜，并且規(guī)律隱蔽，抽象性和慨括性都很強(qiáng)。因此，學(xué)生理解愣次定律有較大的難度，是本章教學(xué)的難點(diǎn)。

二、基于深度學(xué)習(xí)的問辯式課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教材中的實(shí)驗(yàn)如圖1所示，用條形磁鐵插進(jìn)和拔出螺線管，靈敏電流計(jì)來顯示閉合回路中是否有感應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，具體實(shí)驗(yàn)過程（如圖2）。因?yàn)殡娏鞯钠D(zhuǎn)比較快，對(duì)學(xué)生的感官刺激比較單一，不太容易觀察，所以學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的方向和磁通量變化之間的關(guān)系，通過設(shè)計(jì)楞次定律演示實(shí)驗(yàn)，比較形象直觀地顯示磁通量的變化在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)情境的分析、歸納、邏輯推理，得出判斷感應(yīng)電流方向的規(guī)律—楞次定律，體驗(yàn)物理學(xué)規(guī)律形成的方法。通過力、光、電多視角、多感官體驗(yàn)楞次定律產(chǎn)生的效果，并為法拉第電磁感應(yīng)定律的探究打下基礎(chǔ)。

1.選擇自制實(shí)驗(yàn)器材

紅黃發(fā)光二極管各10個(gè)、自制電感線圈9個(gè)（分別繞制0.3mm漆包線800匝6個(gè)、2000匝1個(gè)、3000匝1個(gè)、4000匝1個(gè)）、小車1輛、80CM銅管（中間打孔、中間開縫）各1個(gè)、80CM透明玻璃管1個(gè)、導(dǎo)線若干、大強(qiáng)磁體1只、小強(qiáng)磁鐵3個(gè)、小鐵球1個(gè)、木板1塊（小書桌改裝）、靈敏電流計(jì)1只、亞克力板1塊、玩具洞洞板1塊、PC管2個(gè)。

2.設(shè)計(jì)課堂演示實(shí)驗(yàn)

為了加深對(duì)楞次定律的理解，本演示實(shí)驗(yàn)展示一系列的可視化的楞次定律演示自制實(shí)驗(yàn)，也可以在電磁感應(yīng)的大單元教學(xué)中，用本自制教具進(jìn)行電磁感應(yīng)和法拉第電磁感應(yīng)定律的探究實(shí)驗(yàn)。

（1）新課引入演示“落磁”實(shí)驗(yàn)，讓大小相同的鐵球和磁體球從相同長度的銅管（如圖3）中下落，讓學(xué)生觀察鐵球和磁體球的下落時(shí)間，學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)磁體球下落的時(shí)間比較長，師生問辯：為什么磁體球比鐵球下落得更慢？是什么原因阻礙了磁體球的下落？通過師生問辯，引導(dǎo)學(xué)生正確理解磁通量的變化和阻礙的含義，通過對(duì)誰阻礙、阻礙什么、如何阻礙、能否阻礙、為何阻礙的問題進(jìn)行深度地思考，讓學(xué)生通過問辯明確阻礙不是阻止，阻礙不是方向相反，阻礙不僅僅是反抗。通過對(duì)引起磁通量變化的不同原因情境分析，體會(huì)阻礙的是原電流的變化，阻礙的是原磁通量的變化，阻礙的是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，阻礙只是延緩了變化，阻礙并沒有阻止。讓學(xué)生深度理解楞次定律的因果關(guān)系以及利用能量守恒觀點(diǎn)理解楞次定律。

（2）如圖4所示，利用二極管的單向?qū)щ娺@一特性，讓強(qiáng)磁鐵在漆包線繞制的線圈內(nèi)下落，在強(qiáng)磁鐵下落的過程中強(qiáng)磁鐵下方線圈橫截面的磁通量要增加，磁鐵上面的螺線管截面中的磁通量會(huì)減小，上下橫截面中的磁通量只要發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，可以看到紅黃二極管發(fā)光（原理如圖5），從上到下線圈繞制的匝數(shù)分別是2000匝、3000匝、4000匝，可以觀察到連接在線圈上的二級(jí)管發(fā)光的亮度不同，這些感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙永久磁鐵的磁場(chǎng)的變化，即都會(huì)阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)。

可以設(shè)置師生問辯：如果二極管發(fā)光說明有感應(yīng)電流的產(chǎn)生，感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因是什么？觀察不同的匝數(shù)，二極管發(fā)光的亮度不同，這說明感應(yīng)電流的強(qiáng)度不同，感應(yīng)電流的強(qiáng)度與什么因素有關(guān)？引導(dǎo)學(xué)生深度理解楞次定律的內(nèi)容，并學(xué)會(huì)用楞次定律判斷的結(jié)果是“來拒去留”。還可以進(jìn)一步拓展法拉第電磁感應(yīng)定律探究匝數(shù)與感應(yīng)電壓的關(guān)系。

（3）考慮科學(xué)形象美觀的需求對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行升級(jí)改裝，如圖6和圖7演示楞次環(huán)改裝的電磁小車實(shí)驗(yàn)，用自己繞制的4000匝的線圈放到小車上，線圈上裝有發(fā)光二極管原理如圖5所示，線圈還可以連接靈敏電流計(jì)，讓強(qiáng)磁鐵插進(jìn)和拔出電感線圈，觀察二極管的發(fā)光情況，發(fā)現(xiàn)從右側(cè)插入時(shí)黃燈亮（如圖6），拔出時(shí)紅燈亮，同時(shí)觀察小車的運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)現(xiàn)插入磁鐵時(shí)小車后退，拔出時(shí)小車跟著磁鐵運(yùn)動(dòng)的方向前進(jìn)，師生問辯：小車為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？當(dāng)磁鐵靠近線圈時(shí)，磁鐵和線圈之間的作用是斥力還是阻力？為什么有力的作用？引導(dǎo)學(xué)生觀察靈敏電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)方向，學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)磁鐵從右插入時(shí)，指針向左偏轉(zhuǎn)（如圖6），磁鐵拔出時(shí)，指針向右偏轉(zhuǎn)（如圖7），師生問辯：為什么指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？電流計(jì)中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么？當(dāng)磁鐵插進(jìn)線圈中，線圈中的磁通量如何變化？學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象非?？茖W(xué)直觀，易引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入分析并應(yīng)用楞次定律科學(xué)地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，落實(shí)應(yīng)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的步驟，通過自制實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和師生問辯引導(dǎo)學(xué)生歸納概括。

（4）本實(shí)驗(yàn)還設(shè)計(jì)了線圈斷開時(shí)（如圖4最下端線圈斷開），發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁鐵在線圈中下落時(shí)，此時(shí)最下端的二極管不發(fā)光，設(shè)置師生問辯：此時(shí)發(fā)現(xiàn)最下端的二極管不發(fā)光，這是什么原因？此時(shí)有沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流？引導(dǎo)學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)線圈中沒有電流，是因?yàn)榫€圈的回路是斷開的，通過觀察實(shí)驗(yàn)電路圖發(fā)現(xiàn)閉合回路和斷開回路的情況下，強(qiáng)磁鐵通過閉合的電感線圈時(shí)二極管的發(fā)光情況，并且下落的速度越大，二極管的發(fā)光強(qiáng)度越大，這是為什么？后面學(xué)習(xí)法拉第電磁感應(yīng)定律會(huì)給學(xué)生一個(gè)滿意的解答，此時(shí)給學(xué)生留下一個(gè)懸念即可。此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用楞次定律與右手定則進(jìn)行比較，明確楞次定律研究的是整個(gè)閉合電路，右手定則研究的是閉合電路的一部分，研究對(duì)象不同；在適用范圍上，右手定則只適用于一段導(dǎo)線在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況，導(dǎo)線不運(yùn)動(dòng)時(shí)不能應(yīng)用右手定則，而楞次定律適用范圍更為廣泛，也可以說右手定則是楞次定律的特殊應(yīng)用情況。

三、探索基于深度學(xué)習(xí)的問辯式課堂的教學(xué)策略

通過問辯式課堂激發(fā)學(xué)生主動(dòng)尋找問題的本質(zhì)、尋找模型和證據(jù)的高階認(rèn)知學(xué)習(xí)方式，改變學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)是深度思維，在真實(shí)的情境中基于問題主動(dòng)探究、積極合作、不斷反思，實(shí)現(xiàn)深度思維，是實(shí)施深度學(xué)習(xí)的一個(gè)重要策略。深度學(xué)習(xí)下問辯式課堂教學(xué)的策略有如下幾個(gè)方面。

1.整體設(shè)計(jì)策略

基于對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)的深度解讀，對(duì)2019年人教版新教材內(nèi)容的全面分析，精準(zhǔn)定位教學(xué)的重難點(diǎn)，整體設(shè)計(jì)單元教學(xué)目標(biāo)，楞次定律作為本章的首要內(nèi)容，從學(xué)科大單元的視角整合本章的下位目標(biāo)，把整體目標(biāo)和章節(jié)目標(biāo)相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，本節(jié)課突出了物理核心素養(yǎng)的科學(xué)探究精神，通過自制實(shí)驗(yàn)把隱形知識(shí)進(jìn)行顯性化，有利于學(xué)生深刻理解感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，為后續(xù)的法拉第電磁感應(yīng)定律的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.情境問題策略

在開展物理教學(xué)時(shí)，根據(jù)新教材在新課導(dǎo)入時(shí)可以利用情境問題，讓學(xué)生閱讀教材進(jìn)行自我問辯，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，帶著問題進(jìn)行新知識(shí)的學(xué)習(xí)，通過小組問辯激發(fā)認(rèn)知沖突和引發(fā)學(xué)生的探究欲望，通過師生問辯引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。在探究新知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察、數(shù)據(jù)分析、內(nèi)容歸納、總結(jié)規(guī)律，學(xué)生自己通過對(duì)比分析得出楞次定律的內(nèi)容，加深了對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

3.深度思維策略

通過自制實(shí)驗(yàn)對(duì)楞次定律的科學(xué)探究，讓學(xué)生在循序漸進(jìn)中構(gòu)建知識(shí)體系，通過自我問辯和師生問辯提出問題，通過實(shí)驗(yàn)觀察和深度學(xué)習(xí)分析問題，通過小組問辯歸納總結(jié)解決問題，引導(dǎo)學(xué)生在不同的情境中應(yīng)用楞次定律感應(yīng)電流的方向，重點(diǎn)是分析阻礙磁通量變化來理解楞次定律的內(nèi)容，理解阻礙而不是阻止，利用問辯式教學(xué)，逐步引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的物理思維方法。

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（基金項(xiàng)目：本文系海南省教育科學(xué)規(guī)劃2022年度立項(xiàng)課題“指向深度學(xué)習(xí)的高中物理問辯式課堂的教學(xué)研究”的研究成果，課題編號(hào)QJY20221028）