重視情境創設 落實學科核心素養

余嘉懿 尹文慧 張軍朋

摘? ? 要：要落實學科核心素養，物理教學應該重視情境創設，應該從情境中來，到情境中去。通過以情境引問題，以問題導探究，以探究促真知，以真知解問題，形成“問題—實驗—探究—遷移—應用”的教學鏈，將學生物理核心素養的培養植根于物理課堂。文章以“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”為例，討論情境創設對落實物理學科核心素養的作用。

關鍵詞：情境創設;渦流;電磁阻尼;電磁驅動

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）2-0077-4

《普通高中物理課程標準（2017年版）》在教學建議中提出：“在教學設計和教學實施過程中要重視情境的創設”。所謂創設教學情境，是指教師在教學環節中組織有助于學生主動學習、科學探究的場景條件，使教學過程充滿活力[1]。相較于其他的教學模式，情境教學具有一定的優越性：借助“看得見、摸得著”的生動情境可以還原知識生成的真實場景，還能通過情境教學解決真實情境中的物理問題，增強學生的實踐意識和能力。

1? ? “渦流、電磁阻尼和電磁驅動”內容分析及教學設計思路

教材圍繞渦流、電磁阻尼和電磁驅動三個核心概念展開描述，邏輯順序是首先介紹渦流，接著通過思考與討論展開對電磁阻尼和電磁驅動現象及其應用的學習，如圖1所示。教材注重科學概念的形成過程，先從簡單的模型和實驗觀察出發，經過分析概括后，完成對科學概念的建構。本節課對渦流兩種效應的認知是基于對渦流的本質以及形成機理的充分認識之上形成的，因此，課堂教學的重點應該是對渦流概念及成因的充分認識，渦流概念的建構過程。教學難點是理解電磁阻尼和電磁驅動現象的產生過程，并能夠進行實例分析。教材介紹了電磁阻尼和電磁驅動的部分應用，突出了技術的應用，但是缺少用于課堂直觀演示的實驗，不利于學生知識的有效遷移。

基于以上分析，筆者以“小熊蕩秋千”實驗為線索展開教學，教學流程如圖2所示。通過多元情境的創設，層層遞進地引導學生建構核心概念，意在指引學生強化運動與相互作用觀念;基于科學探究引導學生挖掘出三個概念間內在的聯系，提升學生的科學思維和科學探究能力;引導學生用所學物理知識解決實際問題，培育學生的科學態度與責任。

2? ? 聯系生活實際，創設引導性問題情境

根據皮亞杰的認知發展理論，中學生的認知發展水平處于從具體運算向形式運算的過渡階段，對于未接觸過的陌生概念需要一定的感性認識來支撐。而創設情境目的在于幫助學生形成感性的認識，為知識的意義建構做好充分準備。因此，在創設導入情境時可借助演示實驗為學生展示貼近生活的有趣現象，激發學生的學習興趣，同時也要能引發學生的思考。

如圖3所示，將小熊懸掛起來，磁鐵放置在小熊的下方，與小熊不接觸，移動磁鐵，讓學生觀察小熊的運動情況。引導學生觀察小熊底部藏有金屬線圈，讓他們猜想這個金屬線圈是哪種金

屬？大多數學生猜想是鐵。接著展示磁鐵不能吸引這個金屬線圈，從而說明小熊底部所藏的不是鐵質線圈，而是鋁質線圈。進而提問：磁鐵不會吸引鋁，為什么小熊會蕩秋千？讓學生帶著這一問題進入本節課的學習。

3? ? 擴展物理實驗，創設概念形成情境

物理實驗是物理學的重要組成部分，它既是物理學習的重要基礎，又是物理學習的重要內容、方法和手段。通過借助物理現象體現物理規律，在現象和理論之間搭建橋梁，幫助學生建立、理解概念和規律。因此，通過實驗創設概念形成情境，讓學生產生感性認識之后，再借助特定的物理實驗情境對學生加以引導，讓學生經歷思維的探究過程，完成概念的建構。通過上文中的“小熊蕩秋千”實驗，學生已經初步認識到磁鐵可以帶動鋁質線圈運動，可以在這個實驗的基礎上繼續擴展實驗，指引學生完成渦流概念的建構。

鋁質線圈的運動狀態發生了改變，必然會受到力的作用，是什么力的作用呢？引導學生對實驗原理進行分析，如圖4所示。當磁場相對線圈向右運動時，穿過線圈的磁通量減少，根據楞次定律可以判斷出線圈中產生順時針方向的感應電流。感應電流處于磁場中會受到安培力的作用，根據左手定則判斷出安培力方向向右，安培力的作用效果就是驅動導體跟著磁場運動。同理可知，當磁場相對線圈向左運動時，線圈所受安培力向左。所以移動磁鐵時，能觀察到鋁質線圈和小熊運動起來。

提出系列問題：如果將鋁質線圈換成中間挖了一個洞的鋁板a，移動磁鐵能否觀察到鋁板和小熊一起運動？如果把洞挖小點，換成鋁板b能否觀察到鋁板和小熊一起運動？洞再小一點換成鋁板c呢？教師依次換成鋁板a、b、c進行實驗（如圖5），學生觀察到鋁板a、b、c均能運動起來。結合上文的分析，學生不難理解：磁鐵運動時，在鋁板a、b、c內部產生感應電流，在安培力的作用下使鋁板運動起來。

繼續提出問題：如果換成不挖空的鋁板d，移動磁鐵，能否觀察到鋁板和小熊一起運動？讓學生進行猜想，大多數學生不敢確定。關鍵在于學生不能確定塊狀導體內部是否存在閉合回路。

接下來教師進行實驗，讓學生觀察實驗現象。學生會觀察到移動磁鐵，仍然能使小熊蕩秋千，

即移動磁鐵仍然能帶動鋁板運動起來。說明在鋁板內形成了閉合回路，看上去鋁板內的閉合回路“消失”，實際上鋁板內部自成閉合回路。進而得出結論：塊狀導體內部必定自成閉合回路，當變化的磁場穿過塊狀導體時，導體內就會產生感應電流，形狀類似水的漩渦，這種電流叫渦電流，簡稱為渦流，如圖6所示。

磁場相對塊狀導體運動時，塊狀導體內部產生渦流，受到的安培力的合力也會使導體運動起來。對以上幾個實驗進行概括：磁場相對導體運動時，安培力使導體運動起來，這種現象叫作電磁驅動。線圈、線框、塊狀導體等均適用，由此幫助學生建構豐滿的電磁驅動概念。

介紹渦流具有熱效應以及渦流的熱效應在生活中有廣泛的應用，可以通過多媒體等手段為學生演示電磁爐加熱食物的現象。

4? ? 引發認知沖突，創設科學探究情境

新課標重視對學生科學探究能力的培養。學生可以在教師的引導下深入地去思考一個物理現象、物理過程，通過親身體驗和自己的思考發現物理規律。而教學實踐表明，學生處于適度的認知沖突中最有學習的動力[2]。以認知沖突為依托，能激發學生的學習興趣和探究欲望。因此，教師可以通過制造認知沖突為學生創設科學探究情境，引導學生發現問題，提出問題，通過科學探究解決問題，建構物理概念和規律，培養學生的科學探究能力。

再次利用“小熊蕩秋千”演示實驗，但不同的是先讓小熊（下方貼有鋁板）動起來，再將磁鐵放置到小熊下方，學生會觀察到此時小熊的運動很快停止。上一個實驗中，變化磁場驅動導體使其運動起來，而本實驗中磁場卻阻礙導體運動使其很快停下來，兩個實驗現象截然相反，從而引起學生的認知沖突。

讓學生猜想兩個實驗現象不同的原因，讓他們對比兩個實驗的不同之處。學生會發現上個實驗中初始狀態磁場先動，而本實驗中導體先動，因此學生會猜想：初始狀態導體在磁場中運動時，導體可能會受到阻礙。

學生猜想之后，利用電磁阻尼擺實驗驗證猜想，如圖7所示。選擇兩個相同的鋁片，首先把兩個鋁片放置到相同位置，同時釋放，讓學生觀察兩個鋁片幾乎同時停止運動（排除無關因素的干擾）。接著，在一個鋁片的兩側加上磁鐵，一個鋁片處于空氣中做對比，再次將兩個鋁片放置到相同的位置同時釋放，可以觀察到磁場中運動的鋁片先停下來，說明導體在磁場中運動時確實會受到阻礙，驗證猜想正確。

類比電磁驅動的分析過程，讓學生自主分析此時是安培力阻礙導體的運動。由此得出結論：導體在磁場中運動，其所受安培力阻礙導體運動，這種現象叫作電磁阻尼。引導學生分析電磁驅動和電磁阻尼現象的共同產生原因，如圖8所示。即兩種現象的產生是由于磁場和導體發生了相對運動，導致變化的磁場穿過塊狀導體，在導體內產生渦流。而感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因，從而安培力阻礙導體和磁場的相對運動;導體先動，安培力阻礙導體;磁場先動，安培力驅動導體。所以，電磁驅動和電磁阻尼現象都是渦流的機械效應的體現。

5? ? 激活物理知識，創設遷移應用情境

學生學習了物理知識后，還要回到生活中學會靈活應用，這樣才能賦予新知識以意義。因此，教師應該創設遷移應用情境，將物理知識與身邊事物相聯系，幫助學生將所學知識遷移到新的情境中，培養學生解決實際問題的能力。其次，教師也應該通過一定的教學手段，比如設計實驗或多媒體制作等方式簡化實際問題，抓住同本節課知識有聯系的主要矛盾進行研究，使得學生“跳一跳”能夠“摘到果子”，收獲不同于解題的真實成就感。

電磁阻尼在制動方面有著廣泛的應用。教師可以利用自制教具模擬過山車的電磁制動過程，用底部貼有金屬鋁片的小車模擬過山車，準備一個底部貼有強磁鐵的軌道模擬過山車的制動軌道，如圖9所示。將小車從軌道的頂端釋放，當其經過制動區域時，會觀察到明顯的減速現象。讓學生解釋其中的原理，進而讓學生明白過山車的電磁制動過程，指引學生完成知識的遷移。

引導學生分析電磁驅動在磁性式轉速表中的應用，利用自制Flash動畫模擬汽車轉速表的基本結構，如圖10所示。其中，感應片是金屬鋁片，永久磁鐵的轉軸和發動機轉軸相連。測轉速時，永久磁鐵會隨發動機轉軸旋轉，進而帶動感應片同方向旋轉，讓學生思考并解釋其中的原理。指針和感應片的轉軸相連，所以指針也發生偏轉。彈簧游絲隨感應片轉軸轉動被扭緊，產生反方向的恢復力，當游絲的恢復力矩與電磁驅動作用的轉動力矩平衡時，指針穩定地指在某一示數。通過讓學生掌握磁性式轉速表的工作原理，了解物理知識與技術進步、社會發展的關系，以此激發學生的創造力和社會責任感。

總之，情境能夠對物理教學活動產生積極的促進作用，在核心素養導向下的物理教學課堂中應廣泛地應用情境教學[3]。創設多元情境，有利于學生自主完成概念和規律的構建，有利于學生展開科學探究，有利于知識的遷移深化和應用，是

知識轉化為素養的重要手段，是培養學生核心素養的重要途徑。

參考文獻：

[1]蔡劍.創設物理情境規引學習過程——初中物理概念教學之“過程性情境”創設訴求[J]. 物理教師， 2015，36（04）：38-40.

[2]劉建浩.基于情境認知與學習理論的教學設計——圓周運動[J].物理教師，2019，40（07）：31-33.

[3]劉銀奎. 重視情境創設、培養核心素養——以“動能與動能定理”教學為例[J]. 物理教學探討， 2019，37（06）：14-18.

（欄目編輯? ? 李富強）