例談物理核心素養(yǎng)在課堂教學中的落實

朱時妙

摘 要：新高中物理課程標準提出物理學習的目標是培育核心素養(yǎng)，強調(diào)要培養(yǎng)學生未來終生發(fā)展需要的能力、習慣和觀念。本文以培育學生的物理核心素養(yǎng)為目標，對“楞次定律”的教學設計提出優(yōu)化策略，實施教學改進。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);物理教學;楞次定律

物理學科核心素養(yǎng)由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四方面構(gòu)成，且相互關(guān)聯(lián)，是物理學科育人價值的集中體現(xiàn)，是“三維目標”完善和升華。物理教學若以知識為線索展開，就會導致教學聚焦知識，僅僅專注與學生獲得知識，而忽視對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。為此，如何將物理學科核心素養(yǎng)落實于教學活動中，以“楞次定律”為例，嘗試核心素養(yǎng)導向下的物理教學。

一、在情境中，培養(yǎng)學生的“科學探究”能力

科學探究能力的培養(yǎng)，應滲透在物理教學的整個過程。無論是物理知識的教學，還是物理問題的解決，都要引導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題，根據(jù)解決問題的需要，收集和選擇有用信息，基于證據(jù)和邏輯對問題作出合理解釋，培養(yǎng)學生具有準確表達問題解決過程與結(jié)果的意愿和能力。

1.引發(fā)沖突，激興趣

人教版普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3-2“楞次定律”一節(jié)中，課題的引入“在關(guān)于電磁感應的實驗中，也許你已經(jīng)注意到，不同情況下產(chǎn)生的感應電流的方向是不同的。那么，感應電流的方向由哪些因素決定？遵循什么規(guī)律？”這種教學安排涉及原磁場方向、磁通量的變化、感應電流方向、線圈繞向等眾多變量，容易造成實驗效果不直觀、

思維鏈條過長、教學邏輯不連續(xù)等教學困境。

因此，為進一步提升學生的探究欲望，在備課過程中積極研究教材，用課后習題楞次環(huán)設疑，引發(fā)認真沖突，激發(fā)學生的好奇心和求知欲。

教學片段：

師同學們，磁鐵靠近鋁環(huán)A、B時，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？

生1吸過來。（聲音響亮）

生2應該不會被吸過來。（語氣不堅定）

（學生間討論開來，磁鐵到底能不能吸引鋁）

生3做個實驗試一下不就知道了！

師展示楞次環(huán)和條形磁鐵，請生3為大家演示實驗。

（生3用條形磁鐵靠近A環(huán)，A環(huán)遠離;磁鐵遠離A環(huán)，A環(huán)靠近。生3不知所措，同學提醒，換B環(huán)試試，果然B環(huán)不動。看到實驗現(xiàn)象后，學生們展開了激烈的討論，作出了各種大膽的猜想“A環(huán)有詐、空氣流動…”）

師結(jié)合實驗現(xiàn)象，試分析原因，請生4跟大家一起分享他的想法。

生4磁鐵對鋁是不會吸引的，因為剛才實驗時，和鋁環(huán)碰在一起也沒被吸過來;也不是空氣流動引起，以為差不多的操作，B環(huán)沒動;肯定是其它的原因引起A環(huán)的運動…。

反思通過創(chuàng)設情境，結(jié)合實驗探究，讓學生積極主動參與到課堂，引發(fā)學生的好奇心和求知欲，從而激發(fā)尋找原因的動機。

2.透過現(xiàn)象，析成因

學生通過仔細觀察，發(fā)現(xiàn)A環(huán)閉合，B環(huán)斷開。結(jié)合前一節(jié)“探究感應電流的產(chǎn)生條件”和安培力的知識不難發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因是鋁環(huán)中是否存在感應電流以及感應電流的方向不同引起的。

3.巧妙引導，顯規(guī)律

在教材中對“感應電流的磁場”提出過于突兀，與學生思維脫節(jié)，導致后續(xù)的規(guī)律探究成了文字的呈現(xiàn)。在教學過程中，我通過積極引導，把有感應電流的鋁環(huán)等效為磁體。靠近，磁體與鋁環(huán)相斥，相當于同名磁極作用;遠離，磁體與鋁環(huán)吸引，相當于異名磁極作用。又由于感應電流的產(chǎn)生與磁通量的變化有關(guān)，進一步引導學生分析“磁通量變化情況”與“兩磁場方向”的關(guān)系。靠近-磁通量增加，同名磁極-兩磁場反向;遠離-磁通量減小，異名磁極-兩磁場同向。（利用楞次環(huán)現(xiàn)象結(jié)合多媒體動畫將磁場方向可視化，引導得出N極靠近和遠離的實驗數(shù)據(jù)，S極的實驗可由學生分組探究獲得，實驗結(jié)果如表所示）得出：“增反減同”的規(guī)律，使學生的思維更具延續(xù)性和邏輯性。

4.經(jīng)歷體驗，明內(nèi)涵

楞次定律的表述：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。其中，“阻礙”是楞次定律的本質(zhì)內(nèi)涵，以前在課堂上為解釋“阻礙”和“阻止”費盡口舌，然而學生依然理解不透徹，原因是缺乏體驗。因為磁通量的變化、感應電流、感應電流的磁場無法被學生感知。在楞次環(huán)實驗中，“靠近-排斥”“遠離-吸引”的直觀現(xiàn)象，形象地顯示了“來拒去留-阻礙相對運動”，但兩者間的距離仍然在變化，明了的說明了“阻礙”不等同與“阻止”。統(tǒng)計表格

進一步用磁性振子實驗和落磁實驗（如上圖）體會“阻礙”的內(nèi)涵。

二、在探究中，構(gòu)建“物理觀念”

“物理觀念”是從物理學視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ)。物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等要素，學生可在概念和規(guī)律的學習、遷移、應用中不斷構(gòu)建。

本節(jié)中呈現(xiàn)的物理觀念有：感應電流、感應電流的磁場是物質(zhì)觀;磁場與電流間的相互作用觀;阻礙引起感應電流磁場磁通量變化中能量守恒的能量觀。課堂中“感應電流的磁場”這一概念的構(gòu)建極為困難，在教學采用如下方法進行：

1.通過遷移建立概念

利用條形磁鐵與通電螺線管相互作用表現(xiàn)為相吸與相斥，改變電流方向，表現(xiàn)相反。當穿過楞次環(huán)的磁通量改變時，楞次環(huán)中產(chǎn)生感應電流與磁體間的相互作用類似，且與磁體間的相互作用本質(zhì)相同。因此可以根據(jù)“同名相斥，異名相吸”來判斷感應磁場的方向，再由右手螺旋定則判斷感應電流的方向。

2.尋前因找后果導邏輯

原磁場磁通量的變化引起回路中的感應電流，兩者間有“因果”關(guān)系，但難以直接找到二者間的規(guī)律。不妨進一步分析“因果”-“感應電流”的“磁場”，引入感應磁場這一概念。

3.楞次定律的本質(zhì)——能量觀

一個實驗理論形成后，我們常常要從理論上審視它，它不應該和已有的理論相矛盾，否則，或者是過去的理論存在問題，或者是這個實驗有問題.我們可以通過落磁法和磁性阻尼振子兩個實驗驗證楞次定律的本質(zhì)是能量守恒定律.

具體的教學過程如下.

師：當磁體下落時，他們由于運動都具有什么能量？

生：動能.

師：磁體克服感應電流的磁場力做功，動能減少轉(zhuǎn)化為鋁管和鋁板中的電能.而電能最終會轉(zhuǎn)換成什么能量散發(fā)出去？

生：熱能.

師：因此球和小人機械能減少，電能增加，最終電能又轉(zhuǎn)換為熱能散失.

從以上兩個實驗可以驗證楞次定律的本質(zhì)就是能量守恒定律，符合物理規(guī)律自洽的原則.

三、在構(gòu)建中，發(fā)展學生的“科學思維”

發(fā)展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的認識方式;是基于經(jīng)驗事實構(gòu)建物理模型的抽象過程。因此，建構(gòu)模型是一種重要的科學思維方法，經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過程和物理規(guī)律的形成過程，是發(fā)展科學思維的重要途徑。

1.在建模中培養(yǎng)科學思維

在引導學生把有感應電流的鋁環(huán)構(gòu)建成環(huán)形電流的模型，把環(huán)形電流等效為磁體的方法，以及分析磁體與磁體、磁體與電流、電流與電流相互作用的本質(zhì)都是通過磁場實現(xiàn)的，進一步尋找原磁場、原磁通量變化、感應電流、感應電流的磁場間的相互聯(lián)系及內(nèi)在的規(guī)律的探究過程中，培養(yǎng)學生的科學思維。

2.在解決問題中發(fā)展科學思維

對法拉第線圈中感應電流方向的判斷，提煉解決問題的步驟與方法，進一步發(fā)展學生的科學思維。

【例】法拉第最初發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的實驗如圖所示。軟鐵環(huán)上繞有M、N兩個線圈，當M線圈電路中的開關(guān)斷開的瞬間，線圈N中的感應電流沿什么方向？

首先明確研究對象是線圈N及電流表組成的閉合導體回路。

線圈M中的電流在鐵環(huán)中產(chǎn)生的磁感線是順時針方向的，這些磁感線穿過線圈N的方向是向下的，即線圈N中原磁場B0的方向是向下的。

開關(guān)斷開的瞬間，鐵環(huán)中的磁場迅速減弱，線圈N中的磁通量減少。

感應電流的磁場Bi（圖中沒有標出）要阻礙磁通量的減少，所以，Bi的方向與B0的方向相同，即線圈N中Bi的方向也是向下的。

根據(jù)右手螺旋定則，由Bi的方向判定，線圈N中感應電流Ii應沿圖示的方向。

運用楞次定律判定感應電流方向的思路，可以概括為書中方框圖（略）。這個方框圖不僅概括了根據(jù)楞次定律判定感應電流方向的思路，同時也描述了磁通量變化、磁場方向、感應電流方向三個因素的關(guān)系，只要知道了其中任意兩個因素，就可以判定第三個因素。

3.在實驗中提升科學思維

通過演示實驗：先猜測指針的偏轉(zhuǎn)后分析理由再驗證結(jié)果，讓學生更確信楞次定律的科學性，提升學生的科學思維。

四、體驗中，確立“科學態(tài)度和責任感”

“科學態(tài)度和責任”是指在認識科學本質(zhì)，認識科學·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度，以及道德規(guī)范，保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責任感。“科學態(tài)度與責任”主要包括科學本質(zhì)、科學態(tài)度、社會責任等要素。

1.在探究中，形科學態(tài)度

在進行楞次定律探究實驗過程中，通過記錄多種情境下的多個物理量、并從如此繁雜的數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律等過程體會科學家在研究過程中嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和堅持不懈的專研精神。

2.在實踐中，明責任感

通過應用楞次定律解決實際問題體會定律的科學性，并結(jié)合學生的動手實踐，引導學生明白發(fā)現(xiàn)定律并不是科學家才能做到的事，從而堅定學生的研究決心和科研使命感及社會責任感。

五、結(jié)束語

在基于核心素養(yǎng)導向下的物理課堂教學中，學生通過觀察現(xiàn)象和解釋成因的過程構(gòu)建物理觀念，并將在構(gòu)建的過程中運用的思維和方法內(nèi)化成自身的科學思維。在基于核心素養(yǎng)導向下的物理課程學習，能讓學生建立自信，改進學習方式，為自身的終生發(fā)展、應對現(xiàn)在和未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下基礎(chǔ)。

參考文獻

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