指向深度學(xué)習(xí)的初中物理教學(xué)實(shí)踐

學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的內(nèi)在要求，也是學(xué)科教學(xué)改革的基本要求。在初中物理課堂教學(xué)中，關(guān)注學(xué)生自主探究、復(fù)雜情境遷移、尋證質(zhì)疑和批判反思等深度學(xué)習(xí)活動(dòng)是核心素養(yǎng)達(dá)成的必由之路。下面以蘇科版物理教材九（下）“電磁轉(zhuǎn)換”的教學(xué)為例，探索促使學(xué)生達(dá)成深度學(xué)習(xí)的有效路徑。

一、融問于境，建立磁場模型

1.演示實(shí)驗(yàn)

如圖1，將強(qiáng)磁體固定在鐵架臺上，用擋布遮住，將1元硬幣靠近磁體（不直接接觸），再將數(shù)個(gè)5角硬幣由上到下逐個(gè)“吸”到1元硬幣上。

師：1元硬幣竟然能吸住一連串的5角硬幣，同學(xué)們猜猜這是怎么回事？

生1：這個(gè)1元硬幣是用磁鐵做的。

將1元硬幣遠(yuǎn)離擋板，其他硬幣瞬間落下。學(xué)生由此知道1元硬幣并不是磁鐵做的。教師揭秘，移開擋布，將硬幣貼近磁體，硬幣就有了磁性，遠(yuǎn)離磁體，則磁性消失。

2.建立概念

磁化：原本不具有磁性的物體，在磁場或電流的作用下獲得了磁性，這個(gè)過程就叫作“磁化”。實(shí)驗(yàn)中的一元硬幣就是被磁鐵磁化了。

師：可是它沒有和磁鐵接觸呀，怎么被磁化了？

生2：磁體的周圍有看不見的物質(zhì)，磁鐵通過它把硬幣磁化了。

師：有哪些現(xiàn)象可以證明你的說法？

3.學(xué)生實(shí)驗(yàn)

鼓勵(lì)學(xué)生自主選取器材（回形針、磁鐵、磁鐵小車、磁針），嘗試驗(yàn)證猜想。

生3：磁鐵沒接觸回形針，回形針就被吸了上去。磁鐵小車相互靠近，還沒接觸就相互吸引或相互排斥。將小磁針靠近條形磁體，沒有接觸，指針就受力發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明磁體周圍肯定存在一種特殊的物質(zhì)。

師：很好。科學(xué)家將這種磁體周圍看不見的物質(zhì)稱為磁場，磁體能通過磁場使某些物質(zhì)顯現(xiàn)磁性，比如鐵、鈷、鎳等金屬。經(jīng)過剛才的體驗(yàn)，同學(xué)們覺得條形磁體的磁場如何分布？

4.初建模型

學(xué)生根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)畫出的模型大概趨向于圓圈型、射線型，圖略。

師：你畫成同心圓有什么依據(jù)？

生4：因?yàn)閮蓚€(gè)磁極處磁性最強(qiáng)，所以我覺得磁場就像水波一樣從磁極處散開。

師：有道理。那同學(xué)們畫成射線型有什么依據(jù)呢？

生5：上個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我用小磁針靠近磁鐵的兩級，移動(dòng)時(shí)，指針都指向了磁極。

生6：不對，小磁針沒有完全指向磁極，只是向磁極偏轉(zhuǎn)了一些。

師：很好。磁場雖然看不見，摸不著，但我們能利用小磁針的指向來認(rèn)識它。

5.再建模型

教師引導(dǎo)學(xué)生完成教材活動(dòng)16.2，提問：我們能用小磁針來描述磁場，但還是太粗糙了，有什么辦法能提高精度呢？

生7：擺上更小的磁針，多擺一些。

師：很好。但老師這沒有很小的磁針，還有什么更好的辦法來代替小磁針嗎？

學(xué)生思考后回答：我們可以撒上鐵粉。鐵粉在磁場中會(huì)被磁化，變成小磁體，就像迷你磁針一樣。

學(xué)生將條形磁體放在透明塑料板上，撒上鐵粉，但發(fā)現(xiàn)只有磁極附近的鐵粉被吸到了磁極上。

生8：因?yàn)槟Σ亮μ罅?，鐵粉動(dòng)不了，得彈幾下塑料板。

【設(shè)計(jì)意圖】對磁場概念的理解是教學(xué)難點(diǎn)。在素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理課堂中，教師的行為應(yīng)是不斷創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，將知識轉(zhuǎn)化為問題，將問題融于情境，最終編織為“問題鏈”。學(xué)生從奇妙的硬幣出發(fā)，進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)，再跟著“問題鏈”不斷思考和推理，利用器材對自己的想法進(jìn)行論證；再從實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)出發(fā)，嘗試建構(gòu)磁場的模型并在教師問題的引領(lǐng)下逐步形成磁感線的概念，建構(gòu)磁場的初步模型。整節(jié)課，學(xué)生在辨析和思考中即時(shí)、動(dòng)態(tài)地生成磁場的概念，在沉浸體驗(yàn)課堂的同時(shí)發(fā)展建模和思辨能力，思維含量逐漸升級。

二、先錯(cuò)后糾，感悟電磁聯(lián)系

1.初感電磁聯(lián)系

師：在之前的課程中，同學(xué)們模仿奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流能夠產(chǎn)生磁場，接著又跟隨法拉第的步伐，一起制作了最簡易的電動(dòng)機(jī)。相信同學(xué)們肯定發(fā)現(xiàn)了磁和電之間存在著千絲萬縷的關(guān)系。宇宙是具有對稱美的，19世紀(jì)眾多科學(xué)家其實(shí)和同學(xué)們一樣，都確信磁與電一定是相互對稱的關(guān)系，紛紛嘗試制作利用磁產(chǎn)生電的裝置，但結(jié)果都失敗了。而法拉第經(jīng)過十年的艱辛嘗試，最終取得了突破。今天，同學(xué)們不妨再當(dāng)一次法拉第，如果是你，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)“磁生電”電路呢？

教師帶領(lǐng)學(xué)生以小組為單位，嘗試設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生利用逆向思維設(shè)計(jì)的電路往往是利用條形磁鐵的磁場產(chǎn)生電流，如圖2。

師：事實(shí)上，法拉第當(dāng)年也設(shè)計(jì)了類似的實(shí)驗(yàn)方案，我們一起來驗(yàn)證一下。

閉合開關(guān)后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表的指針并沒有如他們期望的那樣發(fā)生偏轉(zhuǎn)。怎么回事？哪里需要改進(jìn)？學(xué)生紛紛討論起來。

生9：是因?yàn)闂l形磁鐵磁性太弱嗎？

教師將條形磁鐵更換為馬蹄形強(qiáng)磁體，閉合開關(guān)，電流表依舊沒有偏轉(zhuǎn)。

生10：有沒有可能是產(chǎn)生的電流太小，而電流表不夠靈敏？

師：有可能，那我們就得認(rèn)識一位新朋友——靈敏電流計(jì)。（教師介紹并連接上靈敏電流計(jì)，閉合開關(guān)，指針仍沒偏轉(zhuǎn)。）

師：法拉第當(dāng)時(shí)經(jīng)過了各種嘗試，不論是強(qiáng)磁體產(chǎn)生的磁場，還是強(qiáng)電流產(chǎn)生的磁場，都不能使導(dǎo)線“感應(yīng)”出電流來。

2.再感電磁聯(lián)系

師：今天，我們走一次捷徑，看看最終產(chǎn)品——發(fā)電機(jī)。

教師展示微型電扇。

生11：老師，這哪是發(fā)電機(jī)?。∵@不是電動(dòng)機(jī)嗎？

教師將插頭處連接二極管，轉(zhuǎn)動(dòng)扇葉，二極管發(fā)光，并讓學(xué)生捏住插腳，體驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)后產(chǎn)生的電流。拆開電扇后，學(xué)生觀察。

師：想要產(chǎn)生電流需要哪些要素？

生12：磁鐵（磁場）、電線（導(dǎo)體）。

師：我們剛才設(shè)計(jì)的電路中也滿足了磁場和導(dǎo)體的條件，但沒有產(chǎn)生電流，說明還有要素我們沒有發(fā)現(xiàn)，請同學(xué)們思考下。

生13：要?jiǎng)樱?/p>

學(xué)生動(dòng)手嘗試，在原來電路的基礎(chǔ)上，閉合開關(guān)后，移動(dòng)磁體，指針終于發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，學(xué)生感受到成功的喜悅。

【設(shè)計(jì)意圖】在一開始的猜想與驗(yàn)證環(huán)節(jié)，學(xué)生雖然沒有成功得到最終結(jié)論，但一次次失敗與改進(jìn)的過程實(shí)際就是對之前概念知識的調(diào)整過程，對腦中物理觀念的建構(gòu)過程。所謂試誤，就是學(xué)生在嘗試中經(jīng)歷錯(cuò)誤，這是學(xué)習(xí)的必要途徑。有時(shí)過于一帆風(fēng)順的課堂往往意味著學(xué)習(xí)還處于淺層階段。學(xué)科素養(yǎng)的提升，需要在深度沉浸的課堂中經(jīng)歷質(zhì)疑、交流、論證、批判、總結(jié)等過程。片段中，學(xué)生先思后動(dòng)，先錯(cuò)后糾，在教師的引領(lǐng)下終于認(rèn)識并理解了電磁感應(yīng)的原理，這樣能增加學(xué)習(xí)的興趣、信心和成就感。在此過程中，學(xué)生對電與磁相互作用的感受，不再是由教師嘴里說出的知識，而是每個(gè)學(xué)生在屢敗屢戰(zhàn)過程中逐步建構(gòu)起的物理觀念。

三、小組思辨，突破課堂難點(diǎn)

通過剛才的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)成功通過磁場、閉合電路和導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)發(fā)現(xiàn)了感應(yīng)電流，實(shí)現(xiàn)了“磁生電”，但在實(shí)驗(yàn)操作的過程中發(fā)現(xiàn)，并不是每次移動(dòng)都能產(chǎn)生電流，繼而產(chǎn)生疑惑：導(dǎo)體怎么運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？由此自然引出了感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的實(shí)驗(yàn)探究。

1.問題與循證

師：通過剛才的實(shí)驗(yàn)，大部分小組確實(shí)產(chǎn)生了電流，但指針的偏轉(zhuǎn)卻有大有小，有左有右。到底導(dǎo)體如何運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？為了將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯化，我們統(tǒng)一使用導(dǎo)體棒和蹄形強(qiáng)磁體，按剛才的方式進(jìn)行連接。有很多種移動(dòng)方式，可以為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，我們從簡單的平動(dòng)入手。平動(dòng)可以往四面八方，如圖3所示，同學(xué)們動(dòng)手試一試。

生14：水平運(yùn)動(dòng)和斜著運(yùn)動(dòng)能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流，而豎直運(yùn)動(dòng)沒有感應(yīng)電流。

2.質(zhì)疑與驗(yàn)證

師：既然大家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是這個(gè)現(xiàn)象，那我們能得出結(jié)論了嗎？

生15：可能還和磁鐵的擺放有關(guān)系。

師：很好?？茖W(xué)的結(jié)論一定是對多種不同情況進(jìn)行嘗試，最終總結(jié)出來的，敢于質(zhì)疑就是成功的第一步。那我們就對磁鐵開口朝上的情況進(jìn)行探究（如圖4）。

生16：這次變成豎直運(yùn)動(dòng)和斜著運(yùn)動(dòng)能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流，而水平運(yùn)動(dòng)沒有。

師：這說明了什么？

生17：感應(yīng)電流的產(chǎn)生除了和運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，還與磁場方向有關(guān)。

3.討論與交流

請學(xué)生畫出圖4中磁鐵的磁感線，討論產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件并動(dòng)手驗(yàn)證。教師請小組組長總結(jié)交流。

組1：當(dāng)導(dǎo)體沿著磁感線方向運(yùn)動(dòng)，就沒有感應(yīng)電流，其他情況下都有。

組2：我們將磁鐵側(cè)過來放在桌面上，不斷改變擺放方向，多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只要導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向和磁感線相交，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而相互平行時(shí)不產(chǎn)生感應(yīng)電流。

師總結(jié)：同學(xué)們描述得非常準(zhǔn)確。我們可以把導(dǎo)體看成一把刀，如果它運(yùn)動(dòng)時(shí)與磁感線相交，仿佛能把磁感線切斷，在物理學(xué)中就稱之為“切割”磁感線運(yùn)動(dòng)。而當(dāng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線平行時(shí)，就像梳頭發(fā)一樣，無法切斷磁感線。

教師規(guī)范化描述電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生對切割磁感線的理解是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)，但并不意味著學(xué)生難以理解“切割”一詞。本次探究實(shí)驗(yàn)在傳授知識的同時(shí)更是訓(xùn)練思維、提升探究能力的契機(jī)。在探究的初始階段，學(xué)生僅關(guān)注運(yùn)動(dòng)的方向，思考的維度較低；在教師的鋪墊和學(xué)生的辯論中，思維逐步升級，進(jìn)而把導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向統(tǒng)一起來思考，最終總結(jié)并得出結(jié)論。在此基礎(chǔ)上去理解“切割磁感線”就水到渠成了。

四、史料育人，厚植科學(xué)精神

師：在課堂的最后，我們通過短片一起了解下這位科學(xué)巨人的故事，并說一說他的哪些事跡打動(dòng)了你。

【設(shè)計(jì)意圖】課堂中，學(xué)生跟隨物理學(xué)史發(fā)展的步伐，共同探索了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，并了解了法拉第的成長故事。在深度體驗(yàn)中不僅了解了科學(xué)起源，欣賞了科學(xué)成就，領(lǐng)悟了科學(xué)方法，還養(yǎng)成了科學(xué)態(tài)度與正確的人生觀、價(jià)值觀和社會(huì)觀。

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，關(guān)鍵是讓學(xué)生在預(yù)設(shè)的情景中自主探究，深度學(xué)習(xí)。利用豐富多彩的物理學(xué)史創(chuàng)設(shè)情境，結(jié)合適當(dāng)?shù)摹皢栴}鏈”，能有效促進(jìn)學(xué)生思維向深度發(fā)展，滲透育人功能。以豐富的學(xué)生實(shí)驗(yàn)作為支撐，讓學(xué)生在論證自己觀點(diǎn)的過程中真正提升科學(xué)探究能力并將物理知識抽象概括、提煉內(nèi)化，有助于學(xué)生最終構(gòu)建起科學(xué)觀念。

（作者單位：江蘇省太倉市高新區(qū)中學(xué)）