指向核心素養(yǎng)的“情境導學”教學模式在物理教學中的應(yīng)用

陳淑

《普通高中物理課程標準（2017年版2020修訂）》指出，創(chuàng)設(shè)情境進行教學，對培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。因此，物理復(fù)習課要重視問題情境的創(chuàng)設(shè)，凸顯學生學習的主體性。“情境導學”是根據(jù)教學目標和教育對象的實際情況，以創(chuàng)設(shè)的情境為背景提出一系列問題，以解決問題為途徑達到學習新知的一種啟發(fā)式教學方法。筆者以“電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用”高考二輪復(fù)習課為例，通過“情境導學”引導學生進行有效復(fù)習。

一、思維導圖建網(wǎng)絡(luò)，強化物理觀念

經(jīng)過高考一輪復(fù)習，學生對電磁感應(yīng)涉及的物理概念和規(guī)律已有一定的認知，且能夠在情境中進行簡單的應(yīng)用。在二輪復(fù)習的課堂上，可從最基本、最經(jīng)典的“單棒+斜面”的情境入手，將其概念和規(guī)律的聯(lián)系以圖表的方式構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，形成思維導圖（如下頁圖1所示），在學生頭腦中再次進行提煉和升華，使學生對電磁感應(yīng)中的物理量、知識和規(guī)律有更深刻的理解，奠定解決問題、構(gòu)建模型的基礎(chǔ)。

二、情境對比找成因，探尋科學本質(zhì)

設(shè)計有思考價值的問題情境是有效實施“情境導學”的基礎(chǔ)。在電磁感應(yīng)的應(yīng)用中，求解感應(yīng)電流是根本，計算安培力是關(guān)鍵。只有正確分析這兩個物理量，才可開啟電磁感應(yīng)綜合應(yīng)用的大門，才能靈活運用動力學、能量、動量三大觀點來解決相應(yīng)的問題。因此，筆者在“單棒+斜面”為基礎(chǔ)的情境下設(shè)計不同的問題，讓學生進行進階

訓練。

情境：如圖2，一光滑長直傾斜導軌，分別連接兩電阻R1 、R2，其阻值R1＝R2=R，導軌的其余電阻不計，導軌間距為L。在導軌的M1P1和M2P2圍成的區(qū)域里（M1P1和M2P2相距為d），有一垂直導軌平面向上的磁場，其磁感應(yīng)強度的大小隨時間的變化如圖3所示。在導軌斜面上與M1P1距離為s處，一導體棒ab在t＝0時刻靜止釋放，其電阻值也為R，經(jīng)過時間t1，導體棒恰好勻速進入磁場。已知重力加速度為g，求導體棒在進入磁場前和通過磁場區(qū)域的過程中，通過的電荷量之比。

求解電荷量要正確求出不同階段的電流情況，即需要通過分析電動勢產(chǎn)生的原因，畫出等效電路圖進行輔助，才能較快地進行求解（如圖4所示）。

進入磁場前，流經(jīng)導體棒ab的電流是支路電流，所以

通過磁場期間，ab棒是作為等效電路中的電源，電流為干路電流，所以

通過對比，學生深刻地認識到求解時找出等效電源、應(yīng)用等效電路的重要性，因此教學時不能操之過急，要嚴謹認真、實事求是地引導學生探尋電磁感應(yīng)產(chǎn)生的本質(zhì)，巧妙地計算出和電荷量之比。

三、情境易錯巧設(shè)計，提升科學思維

情境設(shè)計要貼近學生的最近發(fā)展區(qū)。問題的設(shè)置應(yīng)著眼于學生的思維慣性中最容易出現(xiàn)錯誤的地方，使情境既有熟悉感又具挑戰(zhàn)性，從而引發(fā)學生深入思考自己是否容易陷入思維誤區(qū)，進而提升學生的科學思維能力。

情境：如圖5，一間距為L=0.75m的光滑傾斜導軌，頂端有一電阻R=1.5Ω，導軌其余電阻不計。有一磁感應(yīng)強度大小為B=0.8T的勻強磁場垂直于導軌平面向上。一質(zhì)量為m=0.2kg，阻值為r=0.5Ω的導體棒，從ab處由靜止開始下滑至底端，經(jīng)過的距離為s=1.15m。此過程中，導體棒中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=0.1J。求導體棒下滑過程的最大速度。

為了引導學生發(fā)散思維，我在課堂上組織學生分組進行討論，不同的學習小組呈現(xiàn)出兩種不同的求解方法。第一種方法是根據(jù)動力學觀點求解：當導體棒的加速度為零時，其下滑的速度最大，設(shè)為vm，根據(jù)牛頓第二定律得到

mg sin30°=，代入數(shù)據(jù)解得vm=m/s。第二種方法是根據(jù)能量觀點求解：導體棒從靜止下滑至底端的過程中，無論導體棒是否勻速，其速度一定為最大vm，根據(jù)能量守恒得到 mgsin30°=Q總+mvm2，再結(jié)合題目所給條件導體棒中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=0.1J，根據(jù)熱量分配可得回路中的總焦耳熱為Q總=（R+r），代入數(shù)據(jù)解得vm=2.73m/s。顯然第二種方法才是正確的，因為第一種方法沒有對導體棒在下滑至底端的過程中，能否達到勻速運動進行討論，求解過程不嚴密。我在課堂中邀請不同小組的學生來分析對比兩種方法的合理性、出錯原因以及如何修正，使學生通過自主發(fā)現(xiàn)問題、討論與交流等活動，提升物理思維能力。

四、情境變式作導學，凸顯科學探究

知識框架的構(gòu)建需要融合與延伸，依據(jù)由淺入深、由表及里的認識規(guī)律，在知識關(guān)聯(lián)處適當設(shè)置情境的變式。我在上述“單棒+斜面”的問題情境中，經(jīng)過多次變式增設(shè)如下一些情境變式。

變式1：如圖6所示，將磁場的方向改為豎直向上，若導體棒從ab處由靜止下滑至速度為v時，求導體棒加速度大小。

變式2：仍如圖6所示，將磁場的方向改為豎直向上，同時將導軌改為粗糙，設(shè)導體棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為μ，其他條件不變，求導體棒的加速度大小。

變式3：如圖7所示，導軌光滑，磁場的方向垂直于斜面向上，不計一切電阻，下滑位移為x的過程中電容器未被擊穿，請通過計算說明金屬棒的運動狀態(tài)。

從以上情境看，我嘗試通過改變磁場方向、增加動摩擦因數(shù)、更換電阻為電容等方式，創(chuàng)設(shè)不同的情境變式，使學生更深刻地理解題目背后的知識點。在此過程中，教師只是作為引導者，設(shè)置問題情境，讓學生從不同的角度去思考同一個問題。

電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用是物理復(fù)習中的重難點，也是落實物理學科的核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要內(nèi)容之一。基于一個基本模型，設(shè)計兩個問題情境以及三個相關(guān)情境變式，創(chuàng)設(shè)真實的情境，通過物理規(guī)律的探究、物理問題的解決，提高了學生的科學思維和科學探究能力。

責任編輯 羅 峰