楞次定律教學中關于科學思維培養的實踐與思考

許華先

【摘 要】中學物理學科核心素養培養中，科學思維訓練對學生學科綜合能力提升起著至關重要的作用。在教學中培養學生思考與分析、推理與論證、歸納與總結等科學思維素養，是中學物理教學的主要任務之一。實踐表明，日常的課堂教學是學生科學思維形成的重要環節。那么在課堂教學與設計中，如何實現學生科學思維的有效培養呢？

【關鍵詞】楞次定律；課堂教學；科學思維；培養；實踐與思考

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2020）34-0057-02

在物理學科核心素養中，科學思維是學生學好物理的必備條件。然而學生思考與分析、推理與論證、歸納與總結等科學思維的形成不是一蹴而就的，需要學生在一些特定的生活與學習環境中長期學習與積累。實踐表明，平時的課堂教學是學生科學思維形成的重要環節[1]。

人教版普通高中課程標準實驗教科書，物理選修3-2的第四章第3節——楞次定律，是本章教學難點。定律內容抽象，如定律中“阻礙變化”等抽象的物理現象，學生很難理解。楞次定律的解題步驟也較為復雜。筆者教學中發現：實驗現象容易得到，但對現象的分析研究、尋找關系，學生明顯感覺有困難。筆者在多年教學中得到啟發，越是理解難度大的教學內容，越是有助于學生抽象思維能力的培養，重要的是教師如何研究和設計解決問題的方法，以幫助學生提高學習效率[2，3]。筆者通過實驗探究，結合物理學科核心素養的理念，有針對性地設計了楞次定律教學方案，不僅能有效培養學生的科學思維，課堂教學效果較好，現作簡要闡述。

1? ?情境導入

為激發學生學習興趣，同時為下面的學習做鋪墊，教師設計了以演示實驗導入新課。實驗準備：一節舊的2號電池、一個電流表、數根導線。用“試觸法”判斷電流表中電流的流向與電流表指針偏轉方向之間的關系。引導學生觀察：在導線碰觸電池的瞬間，電流的流向和電流表指針的偏轉方向，標明兩者間的關系；互換電池的正負極，再演示，記下電流表指針偏轉和電流流向的關系。學生分析歸納得出，電流從電流表的哪個接線柱流入，電流表的指針就會向那邊接線柱方向偏轉。教師及時提問：“利用逆向思維，你能否根據電流表指針的偏轉方向，判斷出通過電流表的電流的流向呢？”學生思考回答：“能夠判斷出。”

逆向思維習慣和能力的培養，有助于提高學生思維的靈活性和全面性，在物理問題中有較多地方可以提高學習效率。

教師將電流表的簡圖畫到黑板上，旁邊注上電流流向和電流表指針偏轉的關系，便于學生在后面的實驗中前后聯想、判斷感應電流的方向。

2? ?實驗探究

設問過渡：“法拉第研究發現了‘磁生電現象，人們后來通過實驗進一步總結出感應電流的產生條件。請思考，感應電流和磁通量之間是否還存在著其他某種相互影響的關系？為探究它們之間的關系，通過以下實驗來繼續研究。請注意觀察和記錄。”

2.1? 實驗一

將條形磁鐵插入線圈,觀察感應電流的方向。實驗器材：條形磁鐵、線圈、演示用電流計各一個。連接好電路，教師演示實驗，并要求學生觀察思考：①當將N極快速插入線圈時，根據電流計指針是否偏轉，判斷線圈中是否有電流；②如果有電流，能否根據電流計指針的偏轉方向，判斷線圈中電流的流向？

觀察演示實驗，小組討論判斷線圈中的感應電流方向。演示結束后，依照線圈的繞線方向，將線圈圖靠近前面的電流表簡圖畫在黑板上，便于學生比較和聯想。

教學中將線圈的兩個接線柱用紅、黑表示，但和電流計的接線柱保持斷開，讓導線連接缺失，以讓學生有更多的想象空間，有助于培養學生的抽象思維能力。

實驗現象分析總結：N極向下插入線圈，電流計指針向右偏轉。

教師說：“請同學們根據線圈中感應電流的方向，利用前面學過的安培定則，畫出感應電流的磁場方向。”教師可簡單回顧安培定則內容。畫好后，讓學生比較感應電流磁場和原磁場的方向關系。學生比較容易混淆的地方是原磁場和感應電流磁場，要特別強調說明兩個磁場的區別以及來源。原磁場就是實驗中條形磁鐵產生的磁場；感應電流磁場就是線圈中感應電流產生的磁場。引導學生分析探究感應電流磁場的方向，探尋二者之間的關系。教師要給出充分的比較分析與合作探究的時間，提示學生可以通過畫過程圖或建立表格來尋找規律。最后師生共同分析討論，教師利用畫好的過程圖來展示推導步驟，培養學生邏輯推理和探究的能力。

實驗歸納：當條形磁鐵N極向下插入線圈時，線圈中感應電流的磁場方向向上，與條形磁鐵的磁場方向剛好相反。

2.2? 實驗二

S極向下插入線圈，研究電流計指針的偏轉方向。教師布置任務：①根據指針偏轉和電流流向的關系，討論產生的感應電流的方向；②根據安培定則，判斷感應電流產生的磁場的方向；③比較感應電流磁場和原磁場的方向關系。實驗中學生觀察到實驗現象，電流計的指針向左偏轉。要求學生根據分析的步驟，繼續畫出過程圖來分析研究。教師巡視學生完成的情況，注意典型問題的收集，并集中點評，也可以安排學生展示自己的分析過程，讓其他學生分析其對錯。學生小組歸納：當S極向下插入線圈時，感應電流磁場方向與磁鐵的磁場方向依然相反。

3? ?猜想質疑

根據實驗結論，當N極或S極向下插入線圈時，線圈中感應電流的磁場方向都與磁鐵的磁場方向相反。教師及時提問：“能否判斷實驗中感應電流的磁場方向始終和原磁場的磁場方向相反呢？”引導學生假設、猜想和歸納實驗結果，既有利于引出之后的教學內容，也有利于培養學生大膽猜想和勇于質疑的科學態度和科學思維。

教師請各小組展示討論結果。各小組開始討論和交流兩個磁場的方向，有的說根據實驗結果就應該相反，也有的說還是可能存在相同，教師要求學生說出自己的理由。認為兩個磁場方向可能相同的學生發言：“在前面兩個實驗中，觀察到在條形磁鐵抽出線圈時，電流計指針與磁鐵插入線圈時的方向朝相反方向偏轉，表明感應電流的方向與磁鐵插入時的方向也相反。”老師及時給予學生表揚肯定，并介紹說：“很多重大物理成就都是在大膽的質疑之后發現的，如伽利略發現了物體運動并不需要力來維持，力是改變物體運動狀態的原因。”

4? ?實驗驗證

教師說：“物理學是一門以實驗為基礎的學科，當對已有的結論存有疑問和猜想時，最好的辦法是通過實驗來檢驗質疑，通過實驗來回答猜想是否有存在可能。當然，有些情況下也可以用已經被公認正確的定理和規律來證明觀點正確與否。”

4.1? 實驗情境

教師演示，將條形磁鐵N極向下緩慢插入線圈中，放置不動，待電流計指針穩定后，教師引導學生觀察。①當把條形磁鐵N極快速從線圈中向上抽出時，觀察電流計指針的偏轉情況；②根據前面的實驗結論，分析線圈中感應電流的方向；③利用安培定則，分析線圈中感應電流所產生的磁場方向。

4.2? 推導證明

讓學生進行小組討論，并嘗試展示邏輯推導過程。通過實驗觀察，學生發現電流計指針向左偏轉，表明電流從左邊流入，根據安培定則判斷，感應電流磁場方向向下。

4.3? 自主歸納

當N極向上抽出線圈時，感應電流的磁場方向與磁鐵的磁場方向相同。實驗表明，感應電流的磁場方向，并非始終和原來條形磁鐵的磁場方向相同。

教師問：“如果將S極向上抽出線圈時，又會是什么結果呢？”先讓學生繼續大膽的猜想，然后對學生不同的猜想結論不予及時回答，而是安排學生進行分組實驗，自行通過實驗去探究自己的猜想結果。

4.4? 實驗驗證

教師安排學生進行分組實驗驗證，當S極向上抽出時，觀察電流計指針偏轉和感應電流方向，并探究感應電流磁場方向和磁鐵磁場方向的關系。學生興趣盎然，積極動手實驗，并很快得出：感應電流磁場方向向上，與磁鐵的磁場方向相同。

5? ?歸納總結

得到以上的實驗現象和結論后，按照認知理論和學生現有水平，學生并不能很快從現象和結論中總結出清晰的規律。這也是楞次定律學習的一個難點，尤其是關于“阻礙變化”的規律總結。此時教師可指導各小組構建表格，把實驗信息填入表格進行比較研究，探尋規律。提前布置要求每一小組都要到臺上展示本組的成果，其他學生給每個小組評分，選出最佳結果小組，培養各小組的合作意識。當學生總結出的規律和教材上規律基本相同時，探求知識的熱情和信心受到激發，有利于學習興趣的培養。讓學生成為課堂教學中真正的主體，在探究與合作中培養其科學思維，形成對學生終身有益的學科核心素養。

【參考文獻】

[1]王建中.中學物理教學設計與案例研究[M].北京:科學出版社,2012.

[2]崔允漷.有效教學[M].上海:華東師范大學出版社,2009.

[3]李鐵章.中學生物理質疑意識和能力培養初探[J].物理之友,2016(6).