批判質(zhì)疑用實驗探究還原事實真相*
——對一道物理教材經(jīng)典老題糾錯的微課教學設計

龔知棟 楊章盛(麻城市第二中學 湖北 黃岡 438300)

1 引言

在2016年教育部發(fā)布的《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》中，“科學精神”被列為中國學生的六大核心素養(yǎng)之一提出，它主要是指學生在學習、理解、運用科學知識和技能等方面所形成的價值標準、思維方式和行為表現(xiàn)，具體包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等基本要點[1].小到個人的求學、求知和終身發(fā)展，中到國家的基礎科學研究、科技進步能力、國家的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展和未來的全球核心競爭力，大到整個人類社會對未知的探索和健康發(fā)展，無一不與科學精神的培養(yǎng)息息相關.可以說“科學精神”的內(nèi)涵是十分豐富的，但其核心和精髓就是批判質(zhì)疑.“批判質(zhì)疑”，指具有問題意識，能獨立思考與判斷，能多角度、辯證地分析問題[1]， 它表現(xiàn)為對既有“真理”的質(zhì)疑，意味著對權威的挑戰(zhàn)和批判，它是從“錯誤”走向“正確”邁出的最寶貴的一步.縱觀物理學史，以伽利略、牛頓、愛因斯坦等為代表的一大批物理學家所具有的批判質(zhì)疑的科學精神，對整個物理科學的誕生與發(fā)展起到了至關重要的作用.

本文將基于批判質(zhì)疑科學精神的培養(yǎng)目標，以教材中一道經(jīng)典老題的糾錯(微課錄制)為例，完成一節(jié)微課的教學設計，通過微課這種特殊的教學形式實例，來具體展現(xiàn)批判質(zhì)疑的培養(yǎng)策略.

2 教學設計和實施

2.1 教學目的

(1)本次微課錄制，主要是為糾正教材中一道流傳了幾十年的經(jīng)典老題存在的錯誤，以使高中物理教師和學生了解這道物理題究竟錯在哪里？怎么錯的？合理的解釋又是怎樣的？

(2)通過對這一道教材經(jīng)典題的糾錯，喚醒學生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學生的批判質(zhì)疑和勇于探究的科學精神，最終提升學生的物理學科核心素養(yǎng)，從而實現(xiàn)對人才的培養(yǎng).

2.2 教學方法

實驗法、講授法.

2.3 教學工具

楞次定律演示器，普通條形磁鐵，強力磁鐵.

2.4 教學步驟

第一步：老題呈現(xiàn)，介紹歷史沿用

呈現(xiàn)經(jīng)典老題(本文所引題目來自筆者手頭可查的兩個教材版本).第一次出現(xiàn)在人教版(2004版)高中物理選修3- 2，第四章第3節(jié)“楞次定律”課后習題(第14頁)第6題.

【題目】圖1中的A和B都是鋁環(huán)，環(huán)A是閉合的，環(huán)B是斷開的，橫梁可以繞中間的支點轉(zhuǎn)動，用磁鐵的任意一極去接近A環(huán)，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？把磁鐵從A環(huán)移開，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？磁極移近或遠離B環(huán)時，又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？解釋發(fā)生的現(xiàn)象.

圖1 磁極移近或遠離圓環(huán)會產(chǎn)生什么現(xiàn)象

本題要求學生用圖示實驗裝置具體做實驗，觀察實驗現(xiàn)象，然后由兩次實驗現(xiàn)象對比，探究原因，得出結論.可以說，這是一個基于實驗探究的題目.

該題第二次出現(xiàn)在最新改版的人教版(2019版)高中物理選擇性必修第二冊，電磁感應章節(jié)第28頁第5題(圖2)，相對于舊版教材的原題，該題做了改動，這里沒有要求學生親自做實驗探究，而是直接告訴實驗現(xiàn)象——磁鐵移近或遠離A環(huán)，轉(zhuǎn)動；磁鐵移近或遠離B環(huán)，不動，只是要求解釋現(xiàn)象.

圖2 最新版教材情境圖

最后告訴學生，該題目在30多年前至今一直存在，而且還設計了專門的實驗器材——楞次定律演示器(圖示器材)，實驗室基本都有裝備，不僅如此，30多年來很多的教輔資料上都沿用了此題或者變式題目.可謂流傳甚廣，歷久彌新，是一道“經(jīng)典永流傳的”老題.

第二步：提出質(zhì)疑，引出思考點

本題的最初設計，無論是舊版教材中的實驗探究，還是新版教材的實驗現(xiàn)象分析，都是要表達：A環(huán)是閉合的，當有磁通變化時就能產(chǎn)生感應電流(沿圓環(huán)方向形成環(huán)形電流)；而B環(huán)是有缺口的，不閉合，在磁鐵靠近或遠離時，即使有磁通變化依然沒有感應電流.最終目的：是想通過這道習題的訓練，說明產(chǎn)生感應電流的必要條件之一，必須是電路(導體)閉合.

無疑題目的設計思想是非常好的.然而物理是一門實驗科學，現(xiàn)象描述是否真的如題目設計那樣？這是決定本題是對是錯的關鍵，所以最終須經(jīng)受實驗的檢驗.

第三步：實驗探究，還原實驗事實

實驗探究部分的設計又分成兩次完成，對比實驗，容易發(fā)現(xiàn)問題所在.第一次用普通條形磁鐵做實驗，發(fā)現(xiàn)實驗現(xiàn)象與題目最初的描述是完全吻合的，貌似題目并沒有任何問題.第二次改用強力磁鐵做實驗，這一次實驗得到的現(xiàn)象與題目的設計就有非常大的區(qū)別——當磁鐵靠近或遠離時，有缺口的鋁環(huán)B環(huán)中也運動起來了，這說明當磁通量變化時，有缺口的鋁環(huán)中也產(chǎn)生了感應電流！這種意外現(xiàn)象的出現(xiàn)似乎并不是題目設計者想看到的.

第四步：提出批判，尋求合理解釋

本題設計的基礎——實驗現(xiàn)象的描述，在另一種條件下可能是完全錯誤的，或者說題目設計依據(jù)的現(xiàn)象只是在磁鐵磁性不強的情況下，所表現(xiàn)出來的一個現(xiàn)象.而且這個現(xiàn)象也只是表象，并不能據(jù)此說明有缺口的鋁環(huán)此時沒有感應電流.因此，題目設計的基礎是錯誤的，那么整個題目就是錯誤的了.只是非常困惑，為什么一道錯題會一直沿用下來？而且改版的新教材居然把實驗探究省去，卻對一個具有片面性和欺騙性的現(xiàn)象加以分析，如此處理難道是為了回避問題嗎？這與科學精神的培養(yǎng)豈不是背道而馳？

另外，對于有缺口的鋁環(huán)中也會有感應電流，該如何給出合理的解釋呢？難道是楞次定律錯了嗎？當然不是！

為了尋求答案，不妨進一步做實驗.新實驗采取回避A，B兩環(huán)有缺口的差異，以強力磁鐵在A，B兩環(huán)的上下左右多側(cè)面分別對兩環(huán)做相對運動，這時會發(fā)現(xiàn)兩環(huán)都會運動.可見這時的感應電流與兩環(huán)是否有缺口無關，感應電流的方向也不是沿著兩環(huán)的環(huán)形方向.

考慮到實驗中的A，B兩環(huán)及其橫梁，都是有一定厚度和寬度的鋁塊，在磁場變化時，整個鋁塊中會出現(xiàn)渦流[2]！具體對于有缺口的B環(huán)而言，雖然不能形成沿圓環(huán)方向的感應電流，但是在整個鋁塊中形成閉合回路，產(chǎn)生了渦流.只是在磁鐵磁性較弱時，渦流現(xiàn)象非常弱，根本體現(xiàn)不出來(無法體現(xiàn)出較強的力的作用效果，所以不動)，但是磁性加強后，渦流現(xiàn)象及其安培力作用效果就充分體現(xiàn)出來了.

3 教學總結

(1)本節(jié)微課的教學重點在于實例引導，教給學生如何針對具體問題去批判質(zhì)疑，如何用實驗探究的方法解決問題.

(2)告訴學生在學習的過程中，應該保有基本的批判性思維，不唯書不唯上，著力培養(yǎng)自己批判質(zhì)疑的科學精神.