用哲學思想破解“楞次定律”教學中思維困惑

(江蘇省南京市雨花臺中學，江蘇 南京 210012)

楞次定律是高中物理中較為抽象的物理規律，是培養學生核心素養的良好素材，作為科學探究教學的典型案例，一直受到教學研究者的關注。本節課重在探究，讓學生經歷探究影響感應電流因素的過程，提出猜想，設計實驗方案，分析交流，解決問題，掌握科學探究的方法，深刻理解楞次定律的本質。在實際教學中筆者發現：無論是在探究過程中，還是在自主歸納、總結、理解階段，效果都不盡如人意。形成這種狀況的原因是學生在探究活動中存在以下思維困惑：(1) 實驗中發現影響感應電流因素很多，為什么會想到研究原磁場磁通量的變化與感應電流方向的關系？(2) 感應電流的磁場不是產生感應電流的原因，如何想到要用感應電流的磁場去尋找感應電流方向的規律?(3) 如何理解定律中的“阻礙”作用？這些困惑導致學生在探究過程中迷茫無助，思維不暢，對楞次定律充滿疑惑。筆者試圖運用哲學思想引導學生分析、探究，以消除學生學習中的思維障礙。

1 運用因果分析篩選影響感應電流方向的因素

學生在“條形磁鐵插入線圈”的自主探究實驗中，根據實驗現象猜想影響感應電流方向的要素為：線圈繞向、原磁場方向、磁通量、磁通量的變化等，面對如此多的影響要素，學生會感覺頭緒太多，思維容易產生混亂，對下一步的探究感到迷茫，難以尋找其中的規律，此時，可運用“原因與結果相互影響、相互制約”這一哲學思想，引導學生根據“磁通量變化是因，產生感應電流是果”這一因果關系，科學合理地對眾多的猜想做出分析，排除次要因素的干擾，抓住問題關鍵，突出影響感應電流方向的主要因素，將探究的目標聚焦在感應電流方向與磁通量變化之間的關系上，使復雜問題簡單化。

教學片斷1

師：要尋找關于感應電流方向的規律，必須要弄清楚影響感應電流方向的因素，你們認為感應電流與什么因素有關？

學生通過實驗提出猜想：可能與磁體的運動方向有關；與原磁場方向有關；與線圈繞向有關；與磁通量的變化情況有關……

師：這些猜想是否有價值？需要我們來研究、審核和篩選，你認為這些猜想中哪些因素會影響感應電流方向？

教師啟發學生：從因果關系來看，磁通量的變化是因，產生的感應電流是果，那么感應電流的方向最有可能與什么因素有關？

生：與磁通量的變化情況及磁場方向有關。

師：哲學知識的運用縮小了猜想的范圍，猜想正確與否還要通過實驗來進一步確認，如何通過實驗來驗證我們的猜想呢？

生：可以運用控制變量法，先保持磁場方向不變，改變磁通量的變化情況；再保持磁通量不變，改變磁場的方向，來進行驗證。

2 運用“聯系的多樣性”思想科學合理地呈現“感應電流的磁場”

根據因果關系和實驗現象可以得出結論：感應電流方向和磁通量的變化之間一定存在著某種關系，但要探究它們之間關系的思維跨度較大，難以直接觀察、分析出其中的規律。如果不讓學生經歷符合邏輯的科學思維過程，直接引入“中介”——感應電流磁場，只會讓學生陷入迷茫、增加疑惑，學生經歷的只是一種“偽探究”過程，不利于學生的科學思維和科學探究能力的培養。采用“鋁環實驗”，在一定程度上可以幫助學生認識到“感應電流磁場”的存在，但呈現缺乏邏輯性，讓人有“劍走偏鋒”之感。辯證唯物主義認為：事物的聯系是多種多樣的，有直接聯系和間接聯系，直接聯系是事物之間不經過中間環節而發生相互作用的聯系，間接聯系是事物之間經過其他中間環節而發生相互作用的聯系。教師在教學中可依據上述哲學思想鋪設好思維的臺階，幫助學生認識到磁通量變化和感應電流方向之間應當是通過某個中介產生聯系，再根據中介的邏輯地位和實驗探究，引導學生展開符合邏輯的猜想、分析、推理，從而得出“感應電流的磁場”就是這個中介。

教學片斷2

師：實驗結果證實了我們的猜想，你們能找出感應電流方向與磁通量變化、磁場方向的具體關系嗎？難道感應電流方向與磁通量變化、磁場方向之間沒有聯系嗎？

生：肯定有聯系，但……

師：從哲學角度來看，事物的聯系有兩種：直接聯系與間接聯系。直接聯系是事物之間不經過中間環節而發生相互作用的聯系,間接聯系是事物之間經過中間環節才發生相互作用的聯系。通過剛才的實驗，我們發現感應電流方向與磁通量變化之間確實存在著聯系，你們認為這種聯系屬于哪種聯系？

生：應當屬于間接聯系。

師：也就是說感應電流方向是借助了某個“中間環節”與磁通量變化和磁場方向之間產生關聯，這個“中間環節”一定既與感應電流方向有關，又與原磁場方向及磁通量變化有關。這個“中間環節”的物理量是什么呢？難于尋找的原因是什么？

生：它們不是同一物理量。

師：對，正所謂“物以類聚”，同類物理量之間的關系最易比較，所以，這個中間環節物理量可能與磁通量是同類，也可能與磁場方向是同類，你認為最有可能是什么？

師：當我們難以得到結論時，科學研究的一般方法就是繼續回到實驗中尋找這個中間量，為了便于觀察，我將上述實驗做一個改進：將一端帶有強磁的條形磁鐵插入(拔出)一只長紫銅管，請大家動手做一做。

師：你們手上有什么感覺？

生：插進和拔出的時候都受到了阻力。

師：這個力是哪里來的呢？

生：力的作用是相互的，應該是感應電流的磁場施加的！

師：感應電流的磁場會是這個中介嗎？

生：應當是，因為感應電流的磁場既與感應電流方向有聯系，又與磁通量變化有關系。

3 用對立統一的思想啟發學生理解楞次定律的內涵

唯物辯證主義認為：任何事物都是矛盾的對立統一體，處在動態變化中,它們的變化過程是一個相互作用、相互影響的過程。在電磁感應現象中，感應電流磁場與原磁場就是一對矛盾的對立統一體，具體表現在“阻礙”二字上。在實際教學中，學生不會想到感應電流磁場與原磁場之間的阻礙與被阻礙的關系，難以理解“阻礙”的內涵。筆者認為在教學中應當有意識地向學生滲透上述哲學思想，從矛盾的對立統一角度，認識感應電流磁場與原磁場之間的關系：沒有原磁場磁通量的變化就沒有感應電流的產生，也就沒有感應電流產生的磁場，同時感應電流產生的磁場也在阻礙引起感應電流的磁通量的變化；體會“阻礙磁通量”與“阻礙磁通量的變化”的不同，理解“阻礙”不只是相反，既有抵消的含義，又有補償的含義，它們統一在感應電流的產生之中，學生對楞次定律的內涵會理解得更透徹、更深入。

教學片斷3

師：從因果關系來看，原磁場磁通量的變化是因，產生感應電流是果，原因引起結果，從相互作用的角度來看，結果又

反作用于原因。這體現了哲學中的什么觀點？

生：任何事物都是一對矛盾的對立統一體。

師：在實驗中我們發現感應電流的磁場與原磁場之間存在什么關系？

生：當Φ增加時，感應電流的磁場與原磁場方向相反；當Φ減小時，感應電流的磁場與原磁場方向相同。

師：感應電流的磁場方向與原磁場相同或相反，會對磁通量變化帶來什么影響？

生：方向相同時，“補償”了磁通量的減小；方向相反時，“抵消”了磁通量的增加。

師：感應電流的磁場是有助于磁通量變化還是阻礙了磁通量變化？

生：阻礙了磁通量的變化。

師：看來感應電流磁場是一個“叛逆”的磁場，它總是在阻礙磁通量的增加或減少，能否再把這兩句話概括為一句話？

生：阻礙“磁通量的變化”。

師：感應電流磁場與原磁場磁通量變化之間具有阻礙與被阻礙的關系，體現了矛盾論的基本觀點——對立統一。磁通量的變化是因，產生的感應電流是果，原因引起結果，結果又反作用于原因，二者在發展過程中相互作用、互為因果。你能用簡潔的語言概括出上述規律嗎？

生：感應電流的磁場總是“阻礙”引起感應電流的磁通量的變化。

師：這個結論是物理學家楞次在1834年通過實驗總結出來的，我們稱為“楞次定律”。它的本質是什么？

生：阻礙。

師：從受力角度來看，這種“阻礙”表現為“來拒去留”，你能說說為什么會阻礙嗎？

生：“阻礙”的過程是克服磁場力做功的過程，實質是能量轉化的過程。

師：你們能談談對“阻礙”的理解嗎？

生：當磁通量增加時，感應電流的磁場方向與磁鐵的磁場方向相反，抵消其增加，稱為“增反”；當磁通量減弱時，感應電流的磁場方向與磁鐵的磁場方向相同，彌補其不足，稱為“減同”。

師：“天道乃損有余而補不足”，感應電流磁場的這種特性驅使磁通量在不平衡時極力趨向新的平衡，它能阻止住這種變化嗎？

生：不能，只是延緩了磁通量增加或減少的時間。

以上是筆者將哲學上的因果關系、聯系的多樣性、對立統一的觀點融合于楞次定律探究教學中的一些嘗試，用哲學思想指導學生科學地開展探究性學習，強化了“思維型教學”，理清了各個物理量之間的邏輯關系，有效地化解了學生在學習中的困惑，使得探究的思路更加順暢、自然，也讓學生站在較高的高度深刻地理解楞次定律的內涵，真正地體驗楞次定律的探究過程，從而發展學生的科學思維能力，提升其物理學科核心素養。