創設物理探究情境 培育學生核心素養①
——以“渦流現象及其應用”教學為例

(廣東省清遠市第一中學,廣東 清遠 511500)

1 引言

課程改革的核心環節是課程實施，而課程實施的基本途徑是課堂教學。為培育學生物理學科核心素養，要通過課堂教學幫助學生形成物理觀念，發展學生的探究能力，培養學生的科學思維和嚴謹求實的科學態度。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，物理觀念源于自然，與現實生活、實際生產或現代科學技術有著密不可分的聯系。高中物理課程標準明確指出：新一輪課堂教學改革就是要積極創設與現實生活、生產或科學技術密切相關的物理探究情境，激活學生學習、探究的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，讓學生主動參與到課堂學習和探究活動中來，著力改變學生被動接受知識的傳統學習方式，讓學生真正成為學習的主人，有效提高課堂效率，培育學生的核心素養。現以“渦流現象及其應用”的教學為例，談談創設物理探究情境，有效培養學生核心素養的措施。

2 “渦流現象及其應用”的教學情境設計

2.1 創設“隔空點燈”探究情境，激發學生探究熱情

學生都有探索未知事物的欲望和好奇心。在物理教學中，若能創設出讓學生意想不到的探究情境，既能有效吸引學生的眼球，還能激發學生學習物理的興趣和探究熱情。在引入新課的環節，筆者將一個接有LED燈和開關的線圈展示給全班學生。

師：為什么燈不發光？

生：開關沒閉合。

師：將開關閉合，燈還是沒有“亮”。為什么閉合開關后燈還是不亮？

生：回路里沒有電源。

教師演示，將該線圈往一個方形盒子上一放，燈亮了。

生：哇！沒有電源的燈也能發光？太神奇了！

圖1

學生對眼前的一幕感到十分驚訝，被這“隔空點燈”的神奇物理現象所吸引。一雙雙渴望探秘的眼睛都睜得大大的，注意力都集中到下面的神秘的盒子。教師慢慢掀開盒子，里面露出的是學生都十分熟悉的電磁爐。然后，教師將電磁爐的臺板打開，利用手機與電腦同屏功能，將其投放到屏幕上。全體學生從大屏上清清楚楚地看到電磁爐里面竟然是像黃金餅一樣的線圈(如圖1)，于是探究學習的話題便展開了。創設這神奇的“隔空點燈”的物理情境，不僅能把學生的注意力集中到課堂教學中來，還能有效激發學生深入探究的熱情。

2.2 設置“渦流顯形”探究情境，幫助學生形成渦流概念

渦流既看不見，也摸不著，而且十分抽象。為了豐富學生対“渦流”的感性認識，讓學生從本質上理解“渦流”，筆者用幾個半徑不同、均連有發光二極管的單匝圓形線圈由內至外呈同心圓狀平鋪在電磁爐的臺板上，接通電源，二極管都能發出亮光。學生根據所學知識可以理解那是因為每一個圓形線圈中都產生了感應電流(如圖2)。依據該實驗現象，筆者繼續引導：當線圈越加越多，直到密不可分時，就會構成一個平面，將這些平面層疊起來就是一整塊導體。一圈一圈的感應電流就像“渦旋”一樣，像這種在整塊導體內部形成的感應電流稱為“渦流”！同時通過PPT展示出渦流的動態圖(如圖3)。學生在已有的知識水平上，通過觀察真實的實驗現象和形象的渦流動態圖，極大地豐富了對“渦流”的感性認識，并從本質上理解了“渦流”的形成機理和特點，有效地幫助學生形成“渦流”的概念。

圖2

圖3

2.3 巧設“旋轉鋁罐”探究情境，培養學生科學思維

為了展示渦流的電磁驅動效應，筆者演示了“隔空旋轉和制動鋁罐”小實驗。如圖4所示，將一個空的易拉罐倒放在一個帶有底座的針尖上，用手拿著一個小磁塊在易拉罐前晃動幾下，易拉罐便轉動起來，待易拉罐飛快轉動起來后，使小磁塊停止運動，易拉罐也很快停止轉動。看到這一神奇的實驗現象，學生的眼睛瞪得更大，他們發現整個過程中教師都沒有將磁鐵碰觸到易拉罐，易拉罐卻能轉動起來，還能快速停下來。

圖4

教師提問：為什么磁鐵在易拉罐旁邊晃動幾下，易拉罐會轉動起來呢？為什么將磁鐵靠近時，轉動的易拉罐很快就能停下？

有一位同學說：磁鐵會吸引易拉罐。但他話音剛落，就有同學反駁說易拉罐是鋁制的，磁鐵是不吸引鋁的。

教師接著問：磁鐵會吸引鋁罐嗎？并將易拉罐放在講臺上，請一位同學到臺前開展實驗操作，將磁鐵慢慢靠近易拉罐，結果發現易拉罐真的絲毫不動，磁鐵不會吸引鋁罐。

教師又追問：既然磁鐵不會吸引易拉罐，但為什么用磁鐵在易拉罐附近晃動幾下，易拉罐能轉動起來？為了讓學生更好地理解其中的道理，讓學生以小組為單元展開討論，并要求學生畫原理圖進行分析。結果部分學生畫出了如圖5所示的原理圖，通過相互討論逐漸明白：當磁體N極從右向左靠近鋁罐時，在鋁罐上會產生如圖5所示的感應電流，根據右手定則可以判斷出：鋁罐中的感應電流所受到的作用力會讓鋁罐從上往下看做逆時針轉動，或根據楞次定律從受力的“來拒去留”的特點，也可以判斷出同樣的結果。當磁體的N極靠近轉動的鋁罐時，產生的感應電流方向如圖6所示，感應電流受到的安培力會阻礙鋁罐的運動。這個實驗運用了電磁驅動和電磁制動原理，通過實驗和畫原理圖的探究過程，既能讓學生深刻地領悟到其中的物理原理，也能讓學生在構建物理模型的過程中提升了科學思維能力。

圖5

圖6

2.4 開展“用塑料桶加熱”實驗，發展學生探究能力

發展學生科學的探究能力是物理教學的重要內容，在教材內容與學生原有知識結構之間創設矛盾情境，可使學生萌生解決問題的欲望。學生一旦有了解決問題的愿望，便能促使學生認真思考，深入分析，激活思維，積極主動地參與到探究活動中。

師：電流能產生熱效應，因此我們可以利用渦流來進行加熱。誰家在用電磁爐燒水時使用了塑料桶？

學生不約而同地笑了起來，并七嘴八舌說：怎么可能？

有學生說出了原因：因為塑料不是導體，不能產生渦流。

教師繼續提問：現有一個盛有冷水的塑料水槽，能用電磁爐來加熱其中的水嗎？

此時，學生開展熱烈討論。一會兒，有一個學生就站了起來，并大膽地提出“將鐵飯盒放入水槽里”，于是筆者真的按照這個學生的方法將鐵飯盒放入盛有冷水的水槽里，接通電磁爐的電源，結果冷水很快就被燒開了。這個學生還給大家分享了他們的觀點：“電磁爐里的線圈通入高頻交變電流，產生高頻變化的磁場，從而在鐵飯盒中產生渦流，利用渦流的熱效應，使飯盒發熱，再通過熱傳遞使水升溫。”此時，課室響起了熱烈的掌聲。

使用鐵飯盒加熱塑料桶里的水，讓學生認識到電磁爐加熱是在鐵質飯盒中產生渦流，利用渦流的熱效應，使飯盒發熱，再通過熱傳遞使水升溫。這種實驗方法突破了傳統的思維模式，激發了學生的創新思維，提升了學生的探究能力。

3 結語

在物理教學中，要結合教學內容、學生的年齡特征和實際情況，有目的、有針對性地創設物理探究情境，應做到以下幾點：(1) 情境的創設要符合學生的認知規律，這樣才能引導學生由淺入深、由表及里地構建物理觀念、認識物理規律；(2) 情境的創設要貼近自然現象，緊扣生活實際，這樣才能幫助學生把握學習物理的根本，促進學生活學活用、學以致用；(3) 情境的創設要聚焦學生認知的盲點、疑點，這樣才能做到有的放矢，激發學生的求知欲；(4) 情境的創設要聚焦教學重點、難點，這樣才能提高教學效能，培育學生的核心素養。