基于核心素養的“楞次定律”的探究教學設計

梁金中

摘? ?要：高中物理教學要關注其育人目的，培養學生核心素養，提高學生綜合運用知識解決物理實際問題的能力。本文以高中物理“楞次定律”一節的探究教學為例，通過對傳統教學方案的優化、改進和創新，探索基于核心素養的高中物理教學設計。

關鍵詞：楞次定律;探究教學;學科素養

新修定的2017年版《普通高中物理課程標準》明確了“普通高中的培養目標是進一步提升學生綜合素質，著力發展核心素養，使學生具有理想信念和社會責任感，具有科學文化素養和終身學習能力，具有自主發展能力和溝通合作能力” ;物理教學要更加關注物理教學的育人功能，注重通過物理教學培養學生核心素養，強調提高學生綜合運用知識解決物理實際問題的能力。本文以高中物理必修2的“楞次定律”一節的探究教學為例，探索基于核心素養的高中物理教學設計。

受傳統教學和應試教育的影響，老師大多按教材編寫的內容進行教學，利用圖1的實驗裝置進行分組實驗或演示實驗，按照預先設計好方案，將觀察到的原磁場方向，磁通量增減情況，感應電流的方向和感應電流的磁場方向等記錄在預先設計好的表格中，如表1所示。

課堂上老師讓學生歸納表1中感應電流的磁場方向與原磁場方向和原磁通量變化的關系，即表1中第5行與第1行和第2行的關系，通常學生很順利地得出規律，真可謂“高效”完成學習任務。這樣的教學模式，學生只需按部就班便能輕松地獲得知識，楞次定律的獲得一蹴而就，這與當下倡導的培養學生科學素養的教學理念相距甚遠，既無助于物理觀念的形成，也無助于培養學生的科學思維、科學探究能力和科學態度與責任等。

物理教學的目的不僅僅是為了讓學生懂得有哪些物理知識，更重要的是要讓學生在學習物理知識的同時，學會像物理學家在研究物理問題時所采用的科學思想、科學思維、科學方法和科學精神。物理學科的教育價值就是要讓學生獲得超越知識本身的知識遷移能力，并且內化為影響其一生的思維方式和行為習慣。

新的課程標準對本節課的要求是：“通過對感應電流等相關問題的科學探究，強調對實驗現象和實驗結果進行歸納推理的方法，以此提升學生對實驗定性和定量分析的能力”。電磁感應現象是動態的物理現象，對電磁感應現象的探究是學習電磁感應規律的重要基礎，尤其在楞次定律的探究中涉及的物理量多，關系隱蔽不易發現。因此，在楞次定律的教學中，教師應努力創設科學探究情景，讓學生經歷科學探究過程，適時啟發引導，促進學生對知識的意義建構，從而深刻理解楞次定律所揭示物理內涵，準確理解定律中的“阻礙”二字的真正含義。

下面就楞次定律的探究教學進行優化、改進和創新，旨在探索物理教學中培養學生科學素養的教學策略。

1? 優化傳統教學方案，培養學生學科素養

本節重點和難點是探究“感應電流方向與磁通量變化的關系”，然而，楞次定律內容卻是“感應電流的磁場與磁通量的關系”，探究的難度就在于如何將探索“感應電流的方向”變換為探索“感應電流的磁場方向”。傳統教學中直接讓學生列表分析并得出結論，學生全然不知道為什么如此設計。優化方案是將原有探究內容分為表1中項目1-3和項目4、5的兩個階段進行，讓學生經歷“探究-分析-再探究-再分析--總結規律”的過程。

在學生完成表1中的探究項目1-3后，學生有了感應電流方向、原磁場方向和磁通量的變化情況等實驗信息，教師應引導學生分析這些實驗信息，并試圖找出它們之間的關系，學生會發現：“當磁通量增加的時候，感應電流有逆時針和也有順時針（條形磁鐵插入螺線管時）”;“當磁通量減少的時侯，感應電流也有逆時針和順時針（條形磁鐵從螺線管中抽出時）”; “原磁場方向向下時（N極朝下）或向上時（N極朝上），感應電流有順時針和也有逆時針”，等等。經歷這一探究過程，學生雖獲得某些結論，但仍感到紊亂，無法得出簡捷的規律，陷入思維困境，這時老師就要適時給于鼓勵和啟發引導，增強繼續探究的信心。

老師的幫助一定要做到“不憤不啟，不悱不發”。對于學習能力較強的學生，在陷入困境時，可適時提示學生注意，如“線圈中產生感應電流時，還會產生什么物理量變化？它們有否直接的關聯？對于學習力一般的學生，可進一步提示：“線圈中有幾種磁場存在？這些磁場間存在什么關系？”等等，如此一來，學生自然而然地過渡到關注感應電流的磁場方向與原磁場方向和磁通量變化的關系，繼而完成表1中第4、5項的探究任務，最后得出定律。

感應電流的磁場是感應電流的結果，學生不易想到，需要老師的適時引導，力求做到順水推舟，水到渠成。總之，探究過程要做到合乎認知規律，漸入佳景，還學生學習時空，不急于求成，做到不包辦、不強加，讓學生經歷發現問題、提出問題、猜想假設、分析推理、總結和形成結論的過程，甚至經歷小挫折、小失敗再到成功的過程，達到培養學生的歸納思維和科學探究的能力，培養堅忍不拔的科學態度和責任感，促進學生科學素養的形成。

2? 改進實驗裝置，降低探究難度

事先將實驗用的螺線管兩個接線柱短接并固定在實驗小車（木制小車或鋁制小車）上，同時準備一塊釹鐵超強磁鐵。

（1）演示實驗，觀察并記錄實驗現象

將固定有線圈的小車靜置于平滑的水平面上，而后，分別讓強磁鐵N極和S極迅速靠近處于靜止狀態的線圈，讓學生觀察并記錄所看到的現象;同理，也記錄磁鐵遠離線圈時所看到的現象，并用表格的形式呈現。本實驗也可用細線將螺線管懸掛在鐵架臺上進行實驗。

（2）現象分析，得出結論

由于學生對于螺線管比較了解，易聯想通有電流的螺線管相當于一根條形磁鐵，也知道“同名磁極相斥，異名磁極相吸”的規律。在演示實驗過程中，還可演示兩輛分別固定有條形磁鐵的小車的相斥和相吸的現象，更有助于啟發學生聯想。當磁鐵迅速靠近線圈時，小車會迅速遠離磁鐵，對比“同名磁極相互排斥”的現象，易得出線圈中感應電流的磁場方向，這不僅符合學生的認知水平，同時也能順理成章地引入感應電流的磁場，此后的分析可參考策略一。

3? 自創教具，創新探究

準備兩根約100cm長的透明有機玻璃管，將其中一根等間距地繞上銅線圈（線圈可選用直徑約1mm左右的），并將線圈兩端短接，玻璃管的直徑應略大于強磁鐵的直徑，便于讓磁鐵從管中自由下落。

（1）實驗演示，觀察和記錄現象

將上述兩根管子豎直固定在鐵架臺上，向學生展示并同時讓兩個強磁鐵從管子上端口自由放下，記錄2塊磁鐵的下落快慢（定性即可）。

（2）現象分析，得出結論

對比兩根管子里的磁鐵下落情況，效果明顯，能較好地激發學生的好奇心和探究欲望。建議老師還可以再做一次線圈開路時，兩磁鐵下落的對比情況，促進學生發現問題、提出問題、猜想假設，分析求證等思維活動。磁鐵從有線圈的管子下落明顯受到阻力作用，易以啟發學生發現感應電流的磁場與原磁場方向關系，并得出感應電流的磁場總要阻礙原磁通量的變化，即“增反減同”的結論。

總之，基于核心素養的物理教學，教師需要對教材和教學內容進行再創造，創設物理問題情景，提供學生參與教學的各個環節的機會，讓學生經歷科學家探索物理知識的過程，促進學生主動學習，學會發現問題、提出問題并引發猜想假設，分析推理，通過學生自己的意義建構獲取科學知識，在學習知識的過程中培養學生的科學素養，為將來發展掌握更多必備知識、關鍵能力和學科素養，樹立良好的科學態度和科學精神。