融合信息技術深化科學探究提升核心素養

郭建勛

[摘? ?要]教學設計與信息技術有機融合，可讓學生沿著科學家的足跡，重新經歷自主探究的過程，親身體驗科學家的心路歷程，從而培養學生嚴謹的科學思維能力，提高學生的物理學科核心素養。

[關鍵詞]信息技術;科學探究;核心素養

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）05-0047-03

一、教材分析

《探究感應電流的產生條件》是普通高中課程標準試驗教科書物理選修3-2（人教版）第四章第二節的內容。它秉承了上一節“奧斯特夢圓電生磁”和“法拉第心系磁生電”的科學思想，又啟發了下一節“利用楞次定律判斷感應電流方向”的探究之路，因此本節內容在教學中扮演著承上啟下的重要角色。必須強調的是，學生不可能在短短40分鐘內完成先輩們歷經十年艱辛的巨大工作量。因此，本節課的目的在于讓學生感受科學探究的魅力以及培養學生積極合作的團隊精神。

二、學情分析

對于電磁感應的知識，學生在初中已經有了初步的感性認識，知道“切割磁感線產生感應電流”的規律，并且經過選修3-1《磁場》的學習，對“磁感線的分布、磁通量的變化”等一些基本概念均有較為深刻的理性認識。在這基礎上，充分利用學生已有的心智模式，進行一系列的實驗探究，充分利用信息技術，從而實現分析推理能力、合作探究能力、深度學習能力的融合滲透。

三、核心素養下的教學目標

1.物理觀念

（1）觀察電磁感應現象，理解產生感應電流的條件;

（2）形成“閉合回路磁通量變化產生感應電流”的相關電磁學物理觀念。

2.科學探究

（1）經歷各種實驗探究活動，體會探究過程，提高分析論證能力;

（2）經歷發現問題、設計方案、獲取信息、歸納結論、評估分析的科學探究過程。

3.科學思維

（1）通過探究活動培養學生分析綜合、推理論證的科學思維能力;

（2）通過電磁感應的應用，理論聯系實際，培養學生質疑創新、模型構建的科學思維能力。

4.科學態度與責任

（1）認識科學、技術、社會、環境的聯系，形成嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度;

（2）形成遵守科學規范、環境保護以及推動可持續發展的科學責任感。

四、教學重點、難點

1.教學重點

（1）讓學生經歷實驗探究的過程;

（2）讓學生對產生感應電流的條件進行歸納總結。

2.教學難點

（1）教師對實驗探究的引導和把控;

（2）學生由各個實驗總結出“磁通量發生變化”這一產生感應電流的原因。

五、教學方法和策略

1.交互式教學：與信息技術深度融合，促使師生積極互動，碰撞出思維的火花。

2.探究式教學：開展小組實驗，培養學生“自主、探究、合作”的科學探究精神。

3.問題式教學：基于“問題”情境探索知識、掌握技能、學會思考，促進學生創造性思維的發展。

六、教學媒體和工具

多媒體設備（電腦、投影儀）、微課制作軟件Focusky（動畫演示大師）、智能手機、無線充電設備、導體棒、靈敏電流計、各種磁鐵、大小螺線管、10米長搖繩、滑動變阻器、學生電源、開關、導線等。

七、教學過程

利用微課制作軟件Focusky，制作微課《第二節 探究感應電流的產生條件》，并放在班級Q群，讓學生進行課前預習，如圖1所示，為新課講授做好充分準備。

1.復習舊知，導入新課

（1）播放法拉第發現電磁感應的相關錄像，展示部分歷史照片，如圖2所示。

（2）課堂上演示智能手機無線充電的前沿技術，如圖3所示。教師提問：“手機和充電器之間沒有任何連接，神奇的是手機居然能實現充電，原因在哪？下面讓我們一起來揭開它的神秘面紗。”

【設計思路】通過微課發布預習要求，讓學生課前預習，啟動內部認知模式，以視頻、圖片播放以及手機的無線充電，激發學生的好奇心，為新課講授做好準備。

2.合作探究，尋找規律

師：剛才的實驗中，手機沒有連接電源卻能感應出電流，從而使手機自行充電。那么這個電流究竟是如何感應的呢？下面我們通過三個實驗進行深入探究。

（1）實驗一，部分導體切割磁感線

生：利用如圖4的器材，按照表1的要求進行切割磁感線產生電流的分組實驗。

[實驗操作 電路中有（無）電流 分析論證 導體棒靜止 導體棒平行磁感線運動 導體棒垂直磁感線運動 導體棒斜交磁感線運動 ]

生：小組總結，閉合回路的一部分導體切割磁感線時產生感應電流，切割包含了垂直切割和斜交切割兩種情況。

（2）實驗二，條形磁鐵插入、拔出螺線管

師：除了切割磁感線外，還有其他產生感應電流的方法嗎？請大家利用桌面上的實驗器材，分組討論，提出探究方案。

生：分組討論并參考課本實驗，初步得出如圖5所示的實驗方案，并按表2的要求進行條形磁鐵插入、拔出螺線管的分組實驗。

[實驗操作 螺線管中有（無）電流 分析論證 磁鐵靜置于螺線管內 N極插入（拔出）螺線管 S極插入（拔出）螺線管 ]

生：小組代表上臺利用實物投影演示實驗并分享探究成果，當磁鐵與螺線管發生相對運動時（即插入或拔出），螺線管與電流計組成的閉合回路有感應電流產生。

（3）實驗三，模仿法拉第的經典實驗

生：受網上視頻和法拉第實驗的啟發，學生利用桌面上的器材自行設計實驗。經小組討論研究后，確定利用圖8的方案，并按表3的要求進行模仿法拉第的分組實驗。

[實驗操作 螺線管b中有（無）電流 分析論證 開關閉合（斷開）瞬間 開關閉合，迅速移動滑阻器的滑片P 螺線管[a]的電流恒定且靜置于螺線管[b]內 螺線管[a]的電流恒定插入（拔出）螺線管[b] ]

生：小組總結，在斷開、閉合開關瞬間、移動滑動變阻器的過程中以及螺線管a插入或拔出的過程中，螺線管b和電流計組成的回路均有感應電流產生。

【設計思路】本環節通過三個實驗的探究，讓學生經歷類似科學家的艱難探究過程，培養猜想假設、設計方案、獲取處理信息的科學探究能力，從而提升學生的核心素養和關鍵能力。

3.分析論證，提煉觀點

師：請同學們根據剛才三個探究實驗的結果，總結歸納產生感應電流的條件。

生：三個實驗中，感應電流的產生都是由于磁感應強度B或有效面積S的變化而引起的。

師：很好，B或S的變化，能否用我們學過的一個物理量來描述呢？

生：磁通量。

師：對！那么產生感應電流的條件是什么？

生：閉合回路的磁通量發生變化。

【設計思路】本環節通過對實驗現象的歸納、推理、總結，最后得出產生感應電流的條件，從而培養學生分析綜合、推理論證的科學思維能力。

4.剖析原理，擴展延伸

（1）利用當堂所學知識剖析手機無線充電原理

師：請同學們根據所學的知識，解析課堂開始時的“無線充電”原理。

生：交流電使充電器底座的線圈產生變化的磁場，從而使手機的內置線圈產生感應電流，其實，原理就是電磁感應現象，因閉合回路的磁通量變化而產生感應電流。

（2）搖繩實驗的擴展延伸

把一條約10m長的電線的兩端連接在一個靈敏電流計的兩個接線柱上，形成閉合回路。由兩個學生沿東西方向搖動電線，可以看到靈敏電流計的指針有偏轉，故產生了感應電流。

原理：電線與電流計組成的閉合回路的磁通量發生變化，或電線做切割磁感線運動。

實驗現場如圖9所示。

【設計思路】本環節通過手機無線充電原理的剖析來鞏固“感應電流產生的條件”這一結論;以搖繩發電實驗進行知識深化，進而培養學生的遷移創新能力。

八、教學反思與評價

1.緊扣新課程標準，融合信息技術，與時代同步

黨的十九大提出：“落實立德樹人的根本任務，發展素質教育，推進教育公平”;新課標要求“把學生培養成為具有良好科學文化素養、終身學習能力、自主發展能力的時代新人”。本教學設計充分體現了十九大的精神以及新課標理念，通過互聯網、電腦、實物投影、微課、視頻等多種信息技術手段，實現教與學、傳統與時代的深度融合。

2.實驗探究教學，滲透核心素養，彰顯關鍵能力

核心素養是指學生應具備的能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力;對物理學科，核心素養包括“物理觀念、科學探究、科學思維、科學態度與責任”四個維度。本教學設計通過三個實驗對“感應電流的產生條件”進行深入探究，推理論證、歸納總結，從而實現學生學科核心素養以及關鍵能力的提升。

3. 以“問題”為主線，以深度學習為目的，提升學生的綜合能力

基于“問題”的學習是由理解和解決問題的活動構成的一種學習方式;深度學習是通過組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性，以發現規律分布特征的一種學習方式。本教學設計以“無線充電”引入問題，通過“感應電流產生條件”的實驗探究，從各種低層特征的實驗現象中總結出“磁通量變化”這一高層的抽象規律，并利用搖繩活動的設計進行擴展延伸，最終實現深度學習的升華，提升學生的綜合能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 陳報南.物理核心素養導向的“探究感應電流的產生條件”教學研究[J].物理教學，2017（9）：16-19.

[2]? 趙惠松.核心素養理念下的物理課堂教學：以“探究感應電流的產生條件”教學為例[J].物理教學，2018（5）：6-10.

[3]? 吳必龍.“探究感應電流的產生條件”教學啟示[J].物理教學探討，2013（6）：61-62.

（責任編輯 易志毅）