核心素養視域下中學物理教學的創新設計
——以“通電導線在磁場中受到的力”教學為例

(江蘇省丹陽高級中學,江蘇 丹陽 212300)

1 引言

歷經多年的教學改革，素質教育的成效顯著，但與當下立德樹人的要求還有差距，主要表現在學生的創新精神、實踐能力和社會責任感亟待加強，因此更須倡導發展學生的物理核心素養。核心素養是對三維課程目標的發展和深化，特別是對過程與方法、情感態度價值觀目標的具體化。教師要從“學科教學”轉向“學科教育”，不斷回歸育人本位；實現從知識重現到知識重演的轉變，不斷促進學生的深度學習。在物理教學中，我們要關注物理知識的文化取向，開發物理知識的育人價值，從傳統的以知識為本的物理教學，轉變為培養核心素養為主的物理教育。筆者認真研讀了專家的報告，結合自身的教學實踐，對人教版“通電導線在磁場中受到的力”一節進行了創新教學設計。

2 教學的創新設計

2.1 以科技小制作引入課題

師：最近我用一節干電池、磁鐵和一根導線制成了一個小電動機，請大家欣賞(如圖1)。請同學們思考，線圈為什么會轉動起來？

圖1

生：受到力的作用。

設計意圖：利用趣味性小實驗創設學習情境，可以迅速地集中學生的注意力，激發學生的學習興趣和求知欲望。

教師引導學生觀察實驗裝置簡單說明：由干電池、磁鐵和導線構成閉合回路。學生發現通電導線在磁場中受到了力的作用，線圈轉動起來了。

2.2 科學猜想：影響安培力方向的因素

師：科學研究常常從猜想開始，請同學們猜想安培力的方向可能與哪些因素有關？

教師可以適時加以引導：我們在第二節學習磁感應強度的時候，已經知道F=IBL(I⊥B)，F=0(I//B)，這表明什么呢？

學生思考、猜想，并請學生設計實驗方案，驗證猜想。

設計意圖：讓學生知道物理規律的建立來源于科學猜想、實驗與探究，促進學生養成實事求是的科學態度。

2.3 分組實驗，探究安培力的方向

提供的實驗器材有：安培力演示儀(包括平板狀磁鐵、兩根金屬導軌、一根銅棒)、導線、電源(如圖2)。

圖2

師：該實驗涉及三個物理量，所以我們在探究過程中應該采用什么科學方法？

生：控制變量法。

師：很好，控制其中一個量，觀察剩下一個量對安培力方向的影響。請同學們思考：(1) 怎樣改變電流方向？(2) 怎樣改變磁場方向？(3) 導體棒的受力方向如何體現？(4) 該實驗有幾種組合情況？

設計意圖：通過實驗探究，培養學生觀察、實驗設計、分析歸納能力。

學生展示探究成果，并請他們將記錄得到的四組模型擺一擺、轉一轉(如圖3)，看看發現了什么規律？

圖3

生：四組結果都一樣。

師：但是，我們每次實驗時電流方向和磁場方向是不一樣的，怎么會得到一樣的結果呢？這很好地說明了安培力的方向遵從一定的規律，可采用什么方法得到？

生：經過翻轉得來的。

師：說明安培力的方向的確遵從一定的規律。接下來，我們只需要研究其中一種情況就可以了。那么，這個規律究竟是什么？

設計意圖：請四名學生上講臺展示探究成果，可以提高課堂的參與率，使結果更直觀。翻轉的目的是讓學生發現各種情況下的結果是相同的，為三維模型的引入做鋪墊。

師：在這個模型里，安培力方向和磁場方向、電流方向之間有什么關系呢？

生：安培力方向與磁場方向垂直，與電流方向垂直。

教師引導學生進一步看模型，得出安培力方向與磁場方向和電流方向構成的平面垂直。

設計意圖：由學生自主總結規律，培養學生空間想象能力和分析歸納能力。

師：如果電流方向和磁場方向不垂直，這個結論還正確嗎？

生：將磁感應強度B沿平行于電流方向和垂直于電流方向進行分解，其中平行分量對電流無作用力，垂直分量對電流的安培力仍然與磁場、電流構成的平面垂直。

教師用演示實驗驗證學生的觀點，師生共同總結：安培力方向與磁場、電流構成的平面垂直。

設計意圖：運用從特殊到一般和從現象到本質的研究方法，引導學生學習探求物理規律的方法，提高學生的分析歸納能力。

師：請大家伸出左手，對于這樣一種方向關系，有沒有通用的辦法，把它們形象、簡單地表示出來。

學生用左手展示，自然引入左手定則。

設計意圖：通過自制教具形象直觀地得出左手定則，引導學生將知識與形體相結合，方便學生快速構建知識，從而對新知識有更深的體會，更快地學會應用。

2.4 解決問題，學以致用

例1：圖4中分別標明了電流、磁感應強度和安培力這三個量中任意兩個量的方向，請畫出第三個量的方向。

圖4

設計意圖：引導學生運用新知識去分析、討論，強化學生對左手定則的掌握，同時幫助學生熟悉立體圖和平面圖。

師：我們知道電流的周圍存在磁場，那么電流之間是否有作用力呢？同向電流之間、異向電流之間的作用力又有什么特點呢？大家先來猜一猜！

生：同向電流相互排斥、反向電流相互吸引。

圖5

師：大家的猜想是否正確呢？

教師演示實驗，觀察、總結通電平行直導線間作用力的特點(如圖5)，并引導學生思考。

設計意圖：讓學生思考、討論，分享各自的理解，從而在學習中享受成功的喜悅，培養學生對科學的興趣。

2.5 探究安培力的大小

師：以上我們研究了安培力的方向，下面我們來研究安培力的大小。我們已經知道，導線與磁場垂直時，安培力F=ILB。而當磁感應強度B的方向與導線的方向平行時，安培力為0。請同學們思考一下，當導線與磁場既不平行也不垂直，而是成θ角時，安培力應如何計算？

生：將磁感應強度B分解，計算其垂直分量對導線的作用力。

學生分解磁感應強度，得出此時的安培力F=ILBsinθ。

設計意圖：以復習的方式進行引導，促進學生討論、探究，進而培養學生的自主學習能力。

2.6 實際應用：磁電式電流表

師：安培力已經廣泛應用在工業、軍事和科研等領域，例如電動機、磁懸浮列車、電磁炮、磁電式電流表等，下面我們來學習中學實驗使用的磁電式電流表的構造與原理。

教師拿出實物，屏幕上展示實物圖和結構圖(如圖6、圖7)，并解釋其工作原理。

設計意圖：將電流表分解后進行組裝，在組裝過程中解釋各部分的原理和作用，使學生能輕松理解和掌握。

圖6

圖7

2.7 首尾呼應，解答懸念

師：請解釋剛開始的實驗中線圈為什么會轉動。

學生回答，教師點評。

設計意圖：對課前所設懸念進行解答，首尾呼應，起到點題作用，更讓學生感受到學習新知識的喜悅，從中認識物理學的價值。

3 教學感悟

3.1 生動有趣地引入課題

通過趣味性的實驗、科技制作引入課題，激發了學習興趣。學生有了濃厚的興趣，便有了強烈的學習動力，就能積極思考，進入深度學習狀態。

3.2 由教師講授向學生的自主學習、合作學習進行轉變

教師進行角色轉變，教師不再是知識的傳授者，而是資源的提供者、學生學習的指導者和課堂的組織者，學生是構建、內化知識的自主學習者。

3.3 讓學生經歷科學思維和科學探究的過程

在教師的引導下，學生猜想，然后積極思考，進行科學探究。讓學生感受物理知識形成的經過，在重演物理規律發現的過程中培養學生的核心素養。

3.4 滲透科學態度和責任

在學生科學探究過程中，教師不時加以指導，養成學生實事求是的科學態度，引導學生形成正確的世界觀、價值觀和責任感。