探究規(guī)律建構(gòu)模型 促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階

摘要：楞次定律的理解與應(yīng)用是電磁感應(yīng)部分重要的組成內(nèi)容。在楞次定律的教學(xué)中，如何真正融入核心素養(yǎng)的“內(nèi)核”，通過“問題鏈”+“實驗”這種探究式教學(xué)的方式是有效手段之一。在激發(fā)學(xué)生興趣的同時，不斷給學(xué)生創(chuàng)設(shè)“階梯”，以達(dá)到在完成教學(xué)目標(biāo)的同時，使學(xué)生融入物理課堂，促進(jìn)核心素養(yǎng)有效落地。

關(guān)鍵詞：高中物理；核心素養(yǎng)；問題鏈；楞次定律

新課程體系下，課堂教學(xué)要求由教師的“一言堂”轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)的多元化課堂。這就要求在教學(xué)的過程中不僅要讓學(xué)生理解和應(yīng)用知識，還要在課堂有限的時間內(nèi)提高學(xué)生核心素養(yǎng)能力，同時在課后使學(xué)生核心素養(yǎng)能力得到持續(xù)提升。下面以哈爾濱市中實學(xué)校暴雷老師的公開課《楞次定律》為例，來具體進(jìn)行分析。

一、教學(xué)設(shè)計

（一）教材分析

本節(jié)內(nèi)容選自人教版選擇性必修2第二章第一節(jié)。主要內(nèi)容為楞次定律及其應(yīng)用，揭示了磁和電的內(nèi)在聯(lián)系。本節(jié)課在教材中起到承前啟后的作用，是學(xué)生今后學(xué)習(xí)法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)，同時也是電磁感應(yīng)規(guī)律的重要組成部分，是分析和處理電磁感應(yīng)現(xiàn)象問題的兩個重要支柱之一。

（二）核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)及評價方式

基于以上的特點及新課程體系的要求，參考《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標(biāo)）及核心素養(yǎng)，教師設(shè)計了教學(xué)目標(biāo)（見表1）。

（三）學(xué)情分析及重難點分析

1.學(xué)情分析：本次授課的班級為哈爾濱市中實學(xué)校高中部2021級一班，學(xué)生總體基礎(chǔ)知識較弱，思維素養(yǎng)初步形成，探究性學(xué)習(xí)熱情高。但學(xué)生也存在基礎(chǔ)知識遺忘嚴(yán)重，學(xué)習(xí)“淺表化現(xiàn)象”。具體表現(xiàn)為：習(xí)慣于孤立地背知識、記方法，努力將知識儲存于大腦，很少主動將新舊知識、所學(xué)知識與生活實踐進(jìn)行意義關(guān)聯(lián)[1]。同時學(xué)生對磁場后的新授課內(nèi)容感覺過于抽象，與生活現(xiàn)象無法結(jié)合，無法激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，無法真正融入物理模型構(gòu)建的過程。只能簡單進(jìn)行機械的記憶和反復(fù)處理習(xí)題達(dá)到“學(xué)會”的目地，這與核心素養(yǎng)的理念無法有效結(jié)合?；谝陨咸攸c，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計過程中考慮到雖然學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)感應(yīng)電流的條件及電磁感應(yīng)現(xiàn)象、磁通量的相關(guān)知識，但在引入楞次定律之前，仍要通過探究式教學(xué)的方式，幫助學(xué)生回憶及理解感應(yīng)電流的知識以達(dá)到溫故知新。

2.教學(xué)重點：探究實驗的設(shè)計與實驗結(jié)果的歸納總結(jié)，感應(yīng)電流的方向與引起感應(yīng)電流的磁通量變化之間的關(guān)系。

3.教學(xué)難點：教師對學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的操控，楞次定律的理解，根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行實驗設(shè)計與操作。

4.基于學(xué)情的探究式教學(xué)方式：針對于本節(jié)課，教師認(rèn)為難點在于如何進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)楞次定律，而學(xué)生對于楞次定律中“感應(yīng)電流引起的磁場”的模型構(gòu)建與引入是難點中的難點，需要教師充分發(fā)揮引導(dǎo)作用?；谝陨系姆治觯處熇脤嶒灪汀皢栴}鏈”兩種方式來進(jìn)行難點突破。

實驗：實驗分成演示實驗和學(xué)生實驗兩類。演示實驗的目的有兩個，一是通過演示激發(fā)學(xué)生的興趣；二是給問題鏈的提出創(chuàng)造出物理情境并切入需要引導(dǎo)的重點知識。而學(xué)生實驗是通過實驗的過程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的能力。

“問題鏈”：問題鏈?zhǔn)歉鶕?jù)學(xué)生已有的認(rèn)知水平，把需要學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)為一連串有主題的問題群[2]。問題的設(shè)置以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維為第一要務(wù)，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階。對學(xué)生思維要求不斷上升，同時能感受到知識結(jié)構(gòu)的清晰、探究過程的嚴(yán)謹(jǐn)、思維過程的嚴(yán)密。

二、教學(xué)片段

在本節(jié)課的教學(xué)過程中主要以兩部分來體現(xiàn)探究式教學(xué)過程，下面筆者對這兩部分內(nèi)容進(jìn)行展開說明。

（一）探究式教學(xué)過程1

1.演示實驗1教學(xué)過程

采用演示實驗的方式來引入新課，用風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，點亮二極管（見圖1），此處注意兩個二極管的正負(fù)極反接。為了使學(xué)生看清兩盞二極管交替閃亮，播放采用慢動作錄制視頻。

同時利用此真實情境抽象成物理模型（見圖2），演示實驗的目的是利用學(xué)生對未知事物的好奇激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時基于實際情境通過抽象概括的過程培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建的能力，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.問題鏈1教學(xué)過程

通過引入環(huán)節(jié)，學(xué)生對感應(yīng)電流的方向有一定感知。因為交替閃亮的原因是電流方向變化，但不夠具體和形象，此時引入探究式問題鏈1。

問題1：通過演示實驗及建立的理想化模型，請你思考一下感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么？

問題2：通過演示實驗，你觀察到感應(yīng)電流的方向有什么特點？

問題3：如何探究感應(yīng)電流的方向？

問題4：你認(rèn)為感應(yīng)電流的方向與什么因素有關(guān)？

問題5：自主設(shè)計方案，探究感應(yīng)電流的方向，并設(shè)計表格，找出需要測量的物理量（見表2）。

目的：通過觀察實驗現(xiàn)象，學(xué)生能夠建立基本感性思維。在此基礎(chǔ)上利用問題1引發(fā)學(xué)生思考回憶，引導(dǎo)學(xué)生對舊知識進(jìn)行遷移與應(yīng)用。問題2、3、4思維梯度逐步深入，激發(fā)學(xué)生對感應(yīng)電流成因的深度思考，幫助學(xué)生構(gòu)建探究要素，最終通過討論、分析等過程建立實驗探究參數(shù)表格。

學(xué)生此處設(shè)計的表格只包含了“條形磁鐵纏上的磁場方向B、電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向、螺線管中電流的方向”這三個角度。學(xué)生無法自主意識到存在感應(yīng)電流的磁場且感應(yīng)電流的磁場與引起感應(yīng)電流磁場方向具有一定關(guān)系這一教學(xué)難點。

（二）探究式教學(xué)過程2

1.演示實驗2教學(xué)過程

為了突破本節(jié)教學(xué)難點，進(jìn)行演示實驗2（見圖3）。強磁和鋼球在同一鋁管中自由下落，強磁球下落緩慢，鋼球加速下落。通過阻礙相對運動的實驗，引發(fā)學(xué)生對于阻礙這種現(xiàn)象的思考與討論。

2.問題鏈2教學(xué)過程

提出問題鏈2，讓學(xué)生經(jīng)歷交流、評估等科學(xué)探究的過程，認(rèn)識到感應(yīng)電流有磁場，且與引起感應(yīng)電流的磁場有一定關(guān)系，并探究實驗中缺失的參數(shù)。

問題6：為什么磁鐵在鋁管中下落會變慢，而鋼球做自由落體運動？

問題7：為什么磁鐵受到阻力而鋼球沒有，對比兩個小球的材質(zhì)，你對這個阻力的性質(zhì)有什么想法？

問題8：對于感應(yīng)電流的方向你有什么新的想法？（無需判斷定性關(guān)系，只研究可能有關(guān)因素。）

問題9：在實驗中還有什么物理量是我們需要加入表格的？

目的：學(xué)生通過演示實驗2后，明顯觀察到強磁球受到阻力的作用。通過問題6與7引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析阻力的性質(zhì)及產(chǎn)生原因。而問題8與9幫助學(xué)生在清晰阻力的性質(zhì)后，進(jìn)行思維進(jìn)階提升，自主找到阻力背后所隱藏的物理量———感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場。

通過問題鏈引出表格中缺失的物理量的探究即“感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場的方向B’、穿過螺線管的磁通量的變化、B和B’在方向上的關(guān)系”這三個需要探究的參數(shù)（見表3）。進(jìn)行實驗探究后給出框架，給學(xué)生提供交流、評估、反思等科學(xué)探究過程的抓手。通過討論總結(jié)出知識結(jié)構(gòu)框架，并最終總結(jié)出楞次定律的內(nèi)容。

三、課例評析

（一）課堂教學(xué)分析量化表

依據(jù)新課標(biāo)及教材，結(jié)合本課特點，參考學(xué)情等，規(guī)劃教學(xué)評價量化表格如下所示（見表4）。

依據(jù)以上內(nèi)容和評價量化表格，分析本節(jié)課情況如下：

（二）總體評價

本節(jié)課體現(xiàn)新課程理念，注重物理觀念的滲透、科學(xué)思維的培養(yǎng)以及實驗探究的分析過程和學(xué)生操作過程。通過“探究式”教學(xué)的形式，成功找到所需探究的物理量。對于本節(jié)課的核心規(guī)律楞次定律的內(nèi)容，學(xué)生通過教師的引導(dǎo)自主進(jìn)行歸納總結(jié)。課堂上注重對學(xué)生實驗操作能力和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，各環(huán)節(jié)的時間分配較為合理。

在科學(xué)探究環(huán)節(jié)，演示實驗完成度較高，學(xué)生興趣高，并且有意愿去參與進(jìn)物理情境中，主動進(jìn)行科學(xué)探究環(huán)節(jié)。在分組實驗中體現(xiàn)合作、交流等培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊意識的過程，為后續(xù)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任打下堅實的基礎(chǔ)。

師生互動環(huán)節(jié)，在學(xué)生思考討論過程不夠清晰的情況下，教師設(shè)置的問題鏈能快速正確地引導(dǎo)學(xué)生思路。學(xué)生經(jīng)過合作交流后所回答的問題很好地體現(xiàn)了科學(xué)探究的完整過程。

對于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿課堂，學(xué)生分組實驗使學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過程，在設(shè)計實驗探究內(nèi)容的環(huán)節(jié)中，不是一蹴而就地給出學(xué)生探究內(nèi)容，而是根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，巧妙地利用“演示實驗”加“問題鏈”的形式幫助學(xué)生從感應(yīng)電流方向到感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場過渡，符合學(xué)生認(rèn)知習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)思維的精神。

（三）課堂不足與改進(jìn)建議

1.設(shè)問不具有開放性

新課標(biāo)要求課堂以學(xué)生為主體，但本節(jié)課的“主體”仍然不夠突出。具體體現(xiàn)在問題鏈的設(shè)置存在部分問題。在本節(jié)問題鏈設(shè)置中雖然可以對學(xué)生的思維進(jìn)行正確引導(dǎo)，但過于束縛學(xué)生思維，沒有開放性問題，使學(xué)生思維受固。例如“問題7：為什么磁鐵受到阻力而鋼球沒有，對比兩個小球的材質(zhì)，你對這個阻力的性質(zhì)有什么想法？”此問題的設(shè)問具有一定指向性，學(xué)生直接聯(lián)想的是磁性問題，缺少思維深度思考。建議把問題設(shè)問為“為什么磁鐵受到阻力而鋼球沒有，你有怎樣的想法”，讓學(xué)生自主進(jìn)行討論，使問題具有開放性，突出學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體這一思想，效果可能會更好。

對于分組實驗中學(xué)生使用靈敏電流計的方法教師沒有進(jìn)行介紹，只是簡單介紹了靈敏電流計可以觀察電流方向，沒有進(jìn)行分析與討論，錯過了培養(yǎng)學(xué)生對于靈敏電流計原理及轉(zhuǎn)動方向跟電流關(guān)系的分析。同時在學(xué)生分組實驗操作的時候也出現(xiàn)了問題，教師在進(jìn)行個別指導(dǎo)時，基本每一組都需要強調(diào)方向問題，錯失了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度的機會。

2.課后核心素養(yǎng)的提升能力不足

對于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要在課堂中以及課后進(jìn)行長期的培養(yǎng)。課堂中對于科學(xué)探究和科學(xué)思維的培養(yǎng)有一定體現(xiàn)，但作業(yè)并沒有進(jìn)行針對核心素養(yǎng)培養(yǎng)的具體設(shè)置。建議在作業(yè)中加入思考性作業(yè)“你對楞次定律中‘阻礙’一詞有何理解？是否能根據(jù)本節(jié)課的演示實驗及學(xué)生實驗舉出一些實例或者創(chuàng)新實驗來分析或驗證這種‘阻礙’的作用？”學(xué)生可以利用課后的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分析，甚至可以自己找出一些生活中的物品進(jìn)行一些創(chuàng)新性實驗，形成科學(xué)探索的內(nèi)在動力，在反復(fù)嘗試中磨練學(xué)生的意志，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，升華本節(jié)課的主旨。

楞次定律是整個電磁感應(yīng)這一章節(jié)的重點知識，本節(jié)課以科學(xué)探究與科學(xué)思維為導(dǎo)向，沒有傳統(tǒng)課堂中直接給出探究方案，進(jìn)行學(xué)生分組實驗，把課堂重點放在學(xué)生實驗之中。本課注重探究規(guī)律的過程，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型，以達(dá)到促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階的目標(biāo)。在探究方法和探究形式確定的情況下，學(xué)生再進(jìn)行分組實驗。當(dāng)然課堂中仍存在著一定的不足，需要在今后的教學(xué)中逐步完善，讓學(xué)生以真實生活為背景，通過不同的教學(xué)手段及方法提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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編輯/趙卓然