從實(shí)驗探究角度培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計*
——以“楞次定律”教學(xué)為例

勾俊華

(南京市雨花臺中學(xué) 江蘇 南京 210012)

季衛(wèi)新

(南京市雨花臺區(qū)教師發(fā)展中心 江蘇 南京 210012)

1 相關(guān)背景分析

面對我國高中階段教育基本普及的新形勢，教育部制定的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017)》中提出關(guān)注學(xué)生的“核心素養(yǎng)”.“素養(yǎng)”是個體基于生活環(huán)境的需求，激發(fā)其內(nèi)部情境的社會心智運(yùn)作(包括認(rèn)知、技能、情意等行動)的先決條件，以獲得知識、能力與態(tài)度.由此可見，素養(yǎng)不是簡單的知識、技能或態(tài)度，它既重視知識，也強(qiáng)調(diào)能力以及態(tài)度甚至更高層面的價值觀.而“核心素養(yǎng)”是人處于社會中的重要能力，能夠在復(fù)雜的環(huán)境中完成活動與任務(wù)，健全成功生活與促進(jìn)社會發(fā)展的能力.

實(shí)驗探究是高中物理教學(xué)的閃光點(diǎn)，思維是高中物理實(shí)驗探究教學(xué)的發(fā)散點(diǎn).高中物理實(shí)驗探究具有很強(qiáng)的問題性、開放性和探究性，選好探究課題是實(shí)驗探究教學(xué)的基礎(chǔ)，激發(fā)探究熱情是物理實(shí)驗探究教學(xué)的關(guān)鍵，發(fā)展學(xué)生思維是物理實(shí)驗探究教學(xué)的根本.本文就人教版“楞次定律”為例，談?wù)勅绾瓮ㄟ^實(shí)驗探究發(fā)展學(xué)生思維，提升學(xué)生的核心素養(yǎng).

2 創(chuàng)設(shè)情境 引入新課

設(shè)計片段1：

如圖1所示，A和B都是較輕的鋁環(huán)，A環(huán)閉合，B環(huán)斷開.

圖1 磁極移近或遠(yuǎn)離圓環(huán)情境圖

教師通過將磁鐵插入閉合的金屬環(huán)A中，要求學(xué)生觀察實(shí)驗現(xiàn)象，并引導(dǎo)他們思考產(chǎn)生的原因.

師：你觀察到什么現(xiàn)象？

生甲：金屬環(huán)發(fā)生了轉(zhuǎn)動.

師：這個現(xiàn)象說明了什么？

生甲：環(huán)受到了力的作用.

師：這個力的施力物體是誰？

生甲：磁體.

師：磁體對鋁這種材料有磁力嗎？

生甲：不會.(自言自語：好像只能吸引鐵、鈷、鎳……)

師：那么磁體還對什么具有力的作用？

生甲：我想想.

生乙：初中學(xué)習(xí)過，磁體對電流有力的作用.

教師引導(dǎo)全體學(xué)生討論生乙的猜想，發(fā)現(xiàn)利用右手定則很難判斷感應(yīng)電流的方向，從而引入課題.

設(shè)計思想：一節(jié)新課，如何導(dǎo)入是關(guān)鍵.“問題導(dǎo)入法”是教師常用之法，尤其是問題串更能激發(fā)學(xué)生的思維.對于新出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行大膽假設(shè)和合理猜想，找出更為普遍的規(guī)律.創(chuàng)設(shè)問題“情境”，要求提出的問題有較強(qiáng)的趣味性與誘導(dǎo)性.然而探究學(xué)習(xí)提出的問題，不但要有“思考性、趣味性”，還要有“承上啟下”的作用，更重要的是應(yīng)該能引入研究的契機(jī)，引入知識的生長點(diǎn).創(chuàng)設(shè)“實(shí)驗”情境，讓學(xué)生萌發(fā)探究實(shí)驗奧秘的欲望.

3 提出問題 引發(fā)猜想

設(shè)計片段2：

教師演示圖2所示情境：

圖2 磁鐵相對線圈運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流情境

(1)N極和S極分別插入線圈，指針偏轉(zhuǎn)方向不同；

(2)磁鐵靠近和遠(yuǎn)離線圈，指針偏轉(zhuǎn)方向不同.

師：影響感應(yīng)電流方向的因素是什么？

生甲：磁場的方向.

生乙：磁鐵運(yùn)動的方向.

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納得出感應(yīng)電流的方向與原磁場及原磁場(磁通量)的變化兩個因素有關(guān).

設(shè)計思想:圖2實(shí)驗是上一節(jié)課做過的實(shí)驗，用教材中熟悉的情境探究影響感應(yīng)電流方向的因素，比再用新的情境，省去一些交代，效率要高，而且反復(fù)出現(xiàn)的情境，學(xué)生的印象更深.教學(xué)應(yīng)基于學(xué)情找準(zhǔn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供帶有難度的內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個發(fā)展區(qū)的發(fā)展.

4 分組實(shí)驗 合作探究

設(shè)計片段3：

師：剛才通過實(shí)驗探究已經(jīng)知道了影響感應(yīng)電流方向的因素，那么借助什么儀器可以顯示電流的方向呢？你如何知道線圈中感應(yīng)電流的方向？

生丙：根據(jù)靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向來判斷.

師：如何判斷？

生丁：將線圈換成電池，試著用導(dǎo)線把電池的正負(fù)極和電流計的正負(fù)接線柱相連，觀察靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系.

教師出示圖3和圖4所示的兩幅圖，讓學(xué)生討論哪一種更規(guī)范.

圖3 試觸法指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向關(guān)系

圖4 改進(jìn)后的試觸法

生戊：靈敏電流計的量程很小，所以圖4更規(guī)范、更合理.

師：通過演示實(shí)驗得出電流的流向和電流計指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系.即電流從正接線柱流進(jìn)時電流計指針右偏，電流從負(fù)接線柱流進(jìn)時，電流計指針左偏.

設(shè)計思想:物理教學(xué)通常是以知識為線索展開的，這就容易導(dǎo)致教師把教學(xué)的重點(diǎn)放在知識的落實(shí)上，而忽視了物理課程的育人功能.為了防止這種傾向，我們在設(shè)計和開展教學(xué)時必須以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，將物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等要求，自始至終貫穿在教學(xué)活動之中，使物理教學(xué)過程成為學(xué)生核心素養(yǎng)的形成過程.例如圖3，從知識教學(xué)角度實(shí)驗效果很明顯；但從教書育人角度看以破壞實(shí)驗器材為代價，給學(xué)生的感受又是不合理的.

設(shè)計片段4：

師：下面我們就通過實(shí)驗來探究感應(yīng)電流的方向.

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗原理、實(shí)驗器材設(shè)計出實(shí)驗并填寫實(shí)驗表格，如表1所示.

表1 磁鐵相對線圈運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流實(shí)驗現(xiàn)象記錄

設(shè)計思想：在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生以兩個人為一個小組，按擬定的方案實(shí)驗，邊做邊想邊記.教師巡視，注意他們設(shè)計是否合理，儀器使用是否得當(dāng)，數(shù)據(jù)記錄是否正確，并做個別輔導(dǎo).學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，自覺、主動地和教師、教材、同學(xué)、教具相互作用，進(jìn)行信息交流，自我調(diào)節(jié)，形成了一種和諧親密、積極參與的教學(xué)氣氛，一個思維活躍、鼓勵創(chuàng)新的環(huán)境.學(xué)生的思維在開放、發(fā)散中漲落，在求異、探索中又趨于有序；這培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立操作能力，發(fā)展了學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造能力.

5 綜合分析 得出結(jié)論

設(shè)計片段5：

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗結(jié)果，列表比較分析、歸納結(jié)論，以組為單位，推舉代表發(fā)言.

師：誰能從實(shí)驗現(xiàn)象中歸納出感應(yīng)電流的方向？

生甲：好像看不出什么規(guī)律.

師：直接看感應(yīng)電流的方向有什么規(guī)律的確不好找，能否間接地找呢？

生：疑惑，何意？

教師列舉生活中的“中介”啟發(fā)學(xué)生.

生乙：哦，就是找一個量既跟感應(yīng)電流有關(guān)又跟原磁場、磁通量變化有關(guān).

生丙：這個中間量應(yīng)該是感應(yīng)電流的磁場.(不是很肯定，還有點(diǎn)疑惑)

教師引導(dǎo)學(xué)生再次分析鋁環(huán)和磁鐵的相互作用.鋁環(huán)中的感應(yīng)電流受到磁鐵的作用是通過磁鐵的磁場發(fā)生作用的；磁鐵受到阻礙是通過什么發(fā)生作用的呢？

學(xué)生(絕大部分)頓悟，磁鐵受到阻礙是由感應(yīng)電流的磁場引起的.

為了再降低總結(jié)歸納的難度，教師可以設(shè)置兩個問題.

(1)感應(yīng)電流的磁場方向是否總是與原磁場的方向相反？學(xué)生思考討論得出：當(dāng)線圈內(nèi)磁通量增大時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反；當(dāng)線圈內(nèi)磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同.(增反減同)

(2)請用盡可能簡潔的語言概括一下，究竟如何確定感應(yīng)電流的方向？學(xué)生討論得出：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.

教師出示楞次定律的內(nèi)容，用學(xué)過的知識解釋課堂開始的實(shí)驗.

設(shè)計思想：這個過程是本節(jié)課最重要的一個過程, 學(xué)生實(shí)驗讓學(xué)生自主探究.如果每次物理實(shí)驗的實(shí)驗?zāi)康摹x器準(zhǔn)備、操作步驟、實(shí)驗報告全部都由教師預(yù)先設(shè)計好，學(xué)生只進(jìn)行“按方抓藥”“照圖施工”，那么長此以往學(xué)生在實(shí)驗過程中就不再會有濃厚的實(shí)驗興趣.學(xué)生在實(shí)驗中獲得感知，再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、概括，進(jìn)行思維加工，總結(jié)出結(jié)論，與傳統(tǒng)教學(xué)中的總結(jié)不同的是，教師不是對自己做的演示實(shí)驗進(jìn)行自我總結(jié)，而是在學(xué)生自我發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過疏理學(xué)生認(rèn)知結(jié)果來歸納結(jié)論，使學(xué)生感到成功的喜悅.通過運(yùn)用和深化，首尾呼應(yīng)，使課堂有機(jī)成為一個整體，體現(xiàn)學(xué)以致用的思想，使學(xué)生的知識、技能逐漸轉(zhuǎn)化為能力和素養(yǎng)，這是學(xué)生完成自身發(fā)展的延續(xù).

6 教學(xué)流程圖

教學(xué)流程圖如圖5所示.

圖5 “楞次定律”教學(xué)流程

7 結(jié)束語

“楞次定律”有兩難：一是涉及的因素多，關(guān)系復(fù)雜；二是規(guī)律比較隱蔽，其抽象性和概括性很強(qiáng).因此，在課堂中教師首先要通過磁鐵插入線圈實(shí)驗讓學(xué)生有一個直觀的感受并猜想感應(yīng)電流的方向和哪些因素有關(guān)；其次要讓學(xué)生明確如何通過電流計感知電流方向，并做好演示；再次從學(xué)生實(shí)際出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計方案，建立圖表.在學(xué)生歸納實(shí)驗結(jié)論時，適時啟發(fā)他們以感應(yīng)電流的磁場為中介，尋找規(guī)律.實(shí)驗探究應(yīng)當(dāng)遵從學(xué)生的認(rèn)知能力，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生思維.長此以往，相信學(xué)生會對科學(xué)探究產(chǎn)生極大的興趣，形成自主學(xué)習(xí)、自主探究的濃厚氛圍，從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的科學(xué)作風(fēng).