物理規(guī)律之探究式教學(xué)

　　1　設(shè)計思想
　　本節(jié)課采用探究式規(guī)律教學(xué)的形式，按照“魔術(shù)引題一提出問題一實驗探究一規(guī)律總結(jié)一規(guī)律應(yīng)用”的思路展開教學(xué)，從中嘗試運用控制變量、實驗歸納等科學(xué)方法，總結(jié)出歷史上物理學(xué)家曾經(jīng)得到的科學(xué)結(jié)論。主要的特色體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　(1)由魔術(shù)表演引題，揭密魔術(shù)結(jié)束，前后遙相呼應(yīng)；新穎的演示實驗穿梭于課堂的各個環(huán)節(jié)，盡顯其能。
　　(2)采用半開放式的探究教學(xué)策略，給定實驗器材，引導(dǎo)學(xué)生合作進(jìn)行實驗設(shè)計和操作，以及對實驗現(xiàn)象的分析、討論和總結(jié)。
　　(3)在對規(guī)律的總結(jié)過程中，留足時間讓學(xué)生思考，表達(dá)自己的想法，在民主、寬松的氛圍中實現(xiàn)“枯燥”規(guī)律的自然生成。
　　(4)充分利用學(xué)生的前認(rèn)知，適時鋪設(shè)臺階，解決新課疑難。
　　2　教材分析
　　“楞次定律”是人民教育出版社2005年出版的《物理(選修3—2)》(普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教材)第四章“電磁感應(yīng)”中第三節(jié)的內(nèi)容，主要內(nèi)容包括：楞次定律的探究、理解和應(yīng)用。
　　楞次定律是繼牛頓三大定律、動能定理、能量守恒定律之后的又一個重要規(guī)律，它是力學(xué)和電學(xué)的融合，是高中階段最為綜合、最為抽象的一個規(guī)律。從某種意義上來說，楞次定律可稱之為電磁學(xué)中的“慣性定律”或是電磁學(xué)中的“能量守恒定律”。
　　3　學(xué)情分析
　　對于高二的學(xué)生，雖然已經(jīng)具備一定的探究學(xué)習(xí)的能力，但楞次定律是對他們多方位、多層次的全新考驗。在面對電磁感應(yīng)這一新課題中眾多的物理量以及它們千絲萬縷的聯(lián)系時，學(xué)生不免有些手足無措。首先，在面對多個物理量的復(fù)雜關(guān)系時，學(xué)生不知從何去何從，看不透現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)，需要在老師不留痕跡的引導(dǎo)下，撥開云霧見月明；其次，對“阻礙”的理解不深刻，只流于表面，需要在具體的情景和生動的實驗演示中加以理解和深化。
　　4　教學(xué)目標(biāo)
　　(1)知識與技能：
　　①初步了解決定感應(yīng)電流方向的因素；
　　②能區(qū)別原磁場與感應(yīng)電流的磁場；
　　③理解楞次定律的內(nèi)容和操作步驟，能運用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。
　　(2)過程與方法：
　　①通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和總結(jié)歸納的能力；
　　②通過讓學(xué)生嘗試?yán)盟鶎W(xué)知識說明和解釋生產(chǎn)、生活現(xiàn)象，發(fā)展學(xué)生邏輯說理和表達(dá)能力，以及創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。
　　(3)情感與價值觀：
　　學(xué)生在經(jīng)歷規(guī)律建立的過程中，體驗和學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法，形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，提高科學(xué)素養(yǎng)。
　　5　重點難點
　　①由實驗現(xiàn)象分析、歸納出感應(yīng)電流的方向所遵循的規(guī)律
　　②楞次定律內(nèi)容的理解和應(yīng)用
　　6　教學(xué)過程
　　魔術(shù)引入
　　通過跳環(huán)魔術(shù)的生動表演，奇特的現(xiàn)象有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探求新知識的欲望，自然地引入新課。
　　問題提出
　　回憶感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，并給出一些實驗裝置(螺線管，條形磁鐵，靈敏電流計，若干導(dǎo)線)，和學(xué)生一起完成產(chǎn)生感應(yīng)電流實驗裝置的組裝和測試，在測試中發(fā)現(xiàn)條形磁體的不同極在靠近和遠(yuǎn)離螺線管時，靈敏電流計的指針時而左偏，時而右偏，自然地聚集到本課的核心問題：感應(yīng)電流的方向由哪些因素決定?遵循什么規(guī)律?
　　實驗探究
　　(一)實驗猜想
　　猜想是解決問題的前奏，科學(xué)的猜想能為問題解決指明方向，在此，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)已有的知識以及剛才的實驗，進(jìn)行有理有據(jù)地科學(xué)猜想是關(guān)鍵。
　　學(xué)生的猜想主要有以下幾個方面：與磁體的運動方向有關(guān)，與磁體的磁極有關(guān)，與螺線管線圈的繞制有關(guān)，與磁通量及變化有關(guān)……這些的猜想是不是都有價值，值得我們一一研究，需要審核和篩選，最終提煉出兩個主因素，即：與磁場方向有關(guān)，與磁通量的變化有關(guān)。
　　(二)實驗過程
　　(1)實驗準(zhǔn)備
　　通過環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生理清實驗研究思路，解決實驗設(shè)計中的具體問題，即：實驗探究的方法、磁場和磁通量的變化如何控制、實驗中需要觀察和記錄的現(xiàn)象、靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)與電流流向的關(guān)系、實驗的具體操作、實驗電路的連接。
　　課堂實錄
　　師：當(dāng)我們要研究一個量與其他量之間的關(guān)系時，一般選用什么樣的方法?
　　生：控制變量法。
　　師：那么，我們?nèi)绾慰刂拼磐康淖兓痛艌龅姆较?磁場的方向如何控制?這里的磁場由誰來提供?
　　生：磁體!
　　師：其實除了磁體能夠產(chǎn)生磁場外，在初中的時候我們也學(xué)過，還有誰也是能夠產(chǎn)生磁場的?(為后面感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場作鋪墊)
　　生：電流!
　　師：但是這里我們用磁體產(chǎn)生的磁場相對比較方便。我們?nèi)绾慰刂拼磐康淖兓?
　　生：磁體向下運動，靠近磁體；磁體向上運動，遠(yuǎn)離磁體。
　　師：也就是說，我們在實驗中需要進(jìn)行這些操作：讓條形磁鐵的N極靠近和遠(yuǎn)離磁體，讓條形磁鐵的S極靠近和遠(yuǎn)離磁體，一共是四組操作。那么，在每一次操作過程中，我們需要觀察和記錄什么呢?
　　生：感應(yīng)電流的方向、磁通量的變化、磁場的方向。
　　師：感應(yīng)電流的方向由誰在幫我們檢測?
　　生：靈敏電流計。
　　師：那么，當(dāng)靈敏電流計的指針，左偏時，通過螺線管中的電流是從上往下流，還是從下往上流呢?看來我們需要先來檢測一下靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)和電流流向的關(guān)系，怎么檢測呢?如果有一個已知方向的電流，讓它流過靈敏電流計，再看看指針是怎么偏轉(zhuǎn)的就可以了‘。誰能提供已知方向的電流呢?
　　生：電源!
　　師：現(xiàn)在，我就來檢測一下，我把靈敏電流計直接接在一節(jié)干電池上，能直接接嗎?
　　生：不能!
　　師：需要一個保護電阻。我已經(jīng)在這個表筆里面串聯(lián)了一個電阻，大家看，它的體積很小，但容量卻是很大的，有三千歐，所以，我們可以大膽地接上去。現(xiàn)在，我把電源的正極接在靈敏電流計的右接線柱上，電流就從右接線柱流進(jìn)，大家觀察指針的偏轉(zhuǎn)情況——
　　生：右偏。
　　師：把電源兩極換一下，電流從左接線柱流入，指針是?
　　生：左偏的。
　　師：我們來小結(jié)一下，當(dāng)通過靈敏電流計的電流從左流進(jìn)(左進(jìn))時，指針就左偏，當(dāng)從右邊流進(jìn)時(右進(jìn))，指針就右偏。簡單地說就是左進(jìn)左偏，右進(jìn)右偏。根據(jù)這樣的規(guī)律，大家看這一電路中，當(dāng)靈敏電流計的指針是左偏時，流過螺線管的電流是從上往下，還是從下往上?
　　生：從下往上。
　　師：那如果是俯視著看，是逆時針還是順時針?
　　生：逆時針。
　　師：那么，當(dāng)指針是右偏時，靈敏電流計中的電流就是?
　　生：順時針。
　　師：好!接下來我們一起來連接電路，為了待會兒大家檢測電流方向的方便以及我們研究的統(tǒng)一性，請大家都按這個電路圖來進(jìn)行連接。
　　(2)實驗操作
　　教師在巡視、指導(dǎo)學(xué)生探究活動的過程中，留心觀察學(xué)生活動的特別之處，巧妙、自然地引入感應(yīng)電流表產(chǎn)生感應(yīng)磁場的話題。
　　(三)實驗歸納
　　(1)尋找感應(yīng)電流方向與磁場方向、磁通量變化之間的關(guān)系
　　表格中記錄的實驗現(xiàn)象是多變的、復(fù)雜的，從中尋找感應(yīng)電流的方向與兩因素之間的關(guān)系，是對學(xué)生的巨大挑戰(zhàn)，基本上無法獨立完成。因此，需要大家通過討論，群策群力，并且在教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)下逐步地逼近實驗結(jié)論。
　　經(jīng)過反復(fù)比較、分析、討論，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)感應(yīng)電流方向都為逆時針時：磁通量可以增加，也可以減小；磁場方向可以向下，也可以向上。當(dāng)感應(yīng)電流方向都為順時針時：磁通量可以增加，也可以減小；磁場方向可以向上，也可以向下。說明感應(yīng)電流的方向與磁場方向以及磁通量的變化之間并沒有明確的關(guān)系。
　　(2)引入中介——感應(yīng)磁場
　　當(dāng)在尋找感應(yīng)電流方向與磁場方向、磁通量變化的關(guān)系無果的情況下，學(xué)生深感“山窮水盡疑無路”，急需尋找一條新的出路一尋找感應(yīng)磁場方向與兩因素的關(guān)系；而這條路怎樣出現(xiàn)在學(xué)生面前也是本節(jié)課一直以來有待突破的地方。這里，首先肯定感應(yīng)電流方向與兩因素有關(guān)系，然后探討這個關(guān)系為什么這么難找的原因，從而對癥下藥；最后在學(xué)生前認(rèn)知的基礎(chǔ)上，逐步引導(dǎo)，自然而巧妙地引出感應(yīng)磁場這一中介，終于見到“柳岸花明又一村”。
　　課堂實錄
　　師：實驗事實真實地告訴我們，感應(yīng)電流的方向與磁場的方向、磁通量的、變化之間是一定有關(guān)系的，只是我們還沒能找到而已，為什么這么難找呢?大家一起來看，感應(yīng)電流方向要么順時針，要么逆時針，總是在水平面上的；磁場方向要么向上，要么向下，總是在豎直方面上的，方向在兩個不平面的兩個物理量的關(guān)系相對要難找一點，那么，我們能不能把它們轉(zhuǎn)化為同一方向上的呢?比如，把感應(yīng)電流的方向轉(zhuǎn)化為豎直方向上的某個相關(guān)量，有沒有這樣的物理量，它的方向是在豎直方向上的，又與感應(yīng)電流方向有關(guān)?
　　生：磁場!
　　師：誰產(chǎn)生的磁場?
　　生：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場。
　　師：好!初中時我們學(xué)過電流能夠產(chǎn)生磁場，感應(yīng)電流也不例外，我們把感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場叫作感應(yīng)磁場，原來條形磁鐵產(chǎn)生的磁場叫作原磁場。感應(yīng)磁場的方向可以用什么定則判斷?
　　生：右手螺旋定則。
　　師：根據(jù)右手螺旋定則，彎曲的四指指向電流方向，大拇指的方向就是磁場的方向，可以看到，感應(yīng)磁場的方向是豎直方向的，而且與感應(yīng)電流方向有關(guān)，看來，我們可以引入感應(yīng)磁場這個物理量，以此作為中介來幫助我們找到感應(yīng)電流方向與磁通量變化以及磁場方向間的關(guān)系。現(xiàn)在，我們的任務(wù)就是來尋找感應(yīng)磁場與磁通量變化以及磁場方向的關(guān)系，我們還是從實驗現(xiàn)象中去進(jìn)行總結(jié)。
　　(3)尋找感應(yīng)磁場方向與磁場方向、磁通量變化之間的關(guān)系
　　有了第一次分析表格的經(jīng)歷，再從表格所呈現(xiàn)的現(xiàn)象中分析總結(jié)感應(yīng)磁場方向與兩因素的關(guān)系就相對容易了，學(xué)生能夠獨立找到以下關(guān)系：當(dāng)磁通量增加時，感應(yīng)磁場與原磁場方向是相反的當(dāng)磁通量減少時，感應(yīng)磁場與原磁場方向是相同的。簡單地說就是“增反減同”。
　　(四)理論演繹——楞次定律
　　“增反減同”是對實驗表象的初淺歸納，我們需要挖掘其更深層的本質(zhì)，從而形成一個科學(xué)的物理規(guī)律，為此，在這里設(shè)置了以下對話環(huán)節(jié)。
　　師：當(dāng)磁通量增量時，感應(yīng)磁場卻與原磁場是相反的，那么感應(yīng)磁場對磁通量的增加有什么影響嗎?
　　生：阻礙!
　　師：當(dāng)磁通量減少時，感應(yīng)磁場卻與原磁場是相同的，那么感應(yīng)磁場對磁通量的增加有什么影響嗎?
　　生：阻礙!
　　看來感應(yīng)磁場是一個“叛逆”的磁場，它總是在阻礙磁通量的增加和減少，也就是說阻礙磁通量的變化。其實這個規(guī)律早在1853年，俄國的物理學(xué)家楞次就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，我們來看一下他的具體闡述：感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，這就是楞次定律。
　　楞次定律的本質(zhì)是“阻礙”，對阻礙的準(zhǔn)確理解很關(guān)鍵，通過三個串連的問題使學(xué)生明確：阻礙的對象是磁通量的變化，阻礙的方式是“增則反，減則同”，阻礙的效果是“延緩”了磁通量的變化。
　　規(guī)律應(yīng)用
　　規(guī)律的應(yīng)用是對規(guī)律理解的細(xì)化、活化和深化，在此，分三步走。
　　第一步：通過一個典型例題的示范，初步形成感應(yīng)電流方向判斷的一般步驟，從而細(xì)化對規(guī)律的具體操作。
　　第二步：在解決實際問題中活化對規(guī)律的理解。首先，通過對魔術(shù)的揭密，尋找到魔力的來源，初步體驗電磁感應(yīng)中的相互作用；然后，演示一個實驗——在一輛鋁制的小車上面固定一個鋁環(huán)，置于水平軌道上，讓超強磁體靠近和遠(yuǎn)離鋁環(huán)，小車將被驅(qū)動。讓學(xué)生在具體生動的情境中，不斷地體會電磁感應(yīng)中的相互作用力，以及這種力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，比如磁懸浮列車。
　　第三步：通過分析學(xué)生實驗中磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的螺線管間的相互作用，歸納總結(jié)出這種相互作用力的特點——“近斥遠(yuǎn)吸”，體會“近斥遠(yuǎn)吸”的本質(zhì)仍然是“阻礙”磁通量的變化，從而深化對規(guī)律的理解。
　　(欄目編輯　羅琬