核心素養視域下的教學設計
——以“電磁感應現象及應用”教學為例

蔡藝娟

(漳州二中(閩師大附屬中學),福建 漳州 363000)

“核心素養”是指學生在學習過程中所需具備的必備能力和素質,是學生終身發展的核心能力,包括批判性思維、溝通能力、合作精神、創新能力等[1].物理學科核心素養是物理學科育人價值的關鍵體現,主要包含“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”4個要素[2].課堂教學是培養學生核心素養的重要途徑,教師可以通過巧妙的教學設計和活動安排,有針對性地培養學生的核心素養,為其綜合發展和未來的學習生活打下堅實的基礎.本文以“電磁感應現象及應用”教學為例,探討如何設計核心素養視域下的教學過程.

1 基于提升學生核心素養的教學內容分析

“電磁感應現象及應用”是《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》必修3模塊中“電磁場與電磁波初步”主題下的內容.學生在初中階段的學習,已經掌握了閉合回路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時回路中會產生電流.在學習本節課之前,學生已經對磁通量的概念有了認知,知道“電生磁”,已經初步感知到電和磁相互作用、相關關聯,但缺乏對該聯系本質原因的了解,知識具有一定的片面性.本節課的任務是通過實驗,讓學生了解電磁感應現象,掌握感應電流產生的條件,體驗科學探索中思想方法的重要作用,了解該現象在生活中的廣泛應用和對現代社會的影響,體驗科學知識在生活和科技中的應用,理解科學·技術·社會·環境的關系.

2 以核心素養為導向的教學過程設計

2.1 實驗引入,激發興趣

師:風扇插上電,扇葉就能轉動.那如果我們反過來,先轉動扇葉,插頭會有電嗎?

【實驗】(教具:小電扇)找同學進行嘗試.一個學生手捏風扇插頭上的金屬片,另一個同學撥動扇葉轉動,讓捏插頭的學生感受下是否有電產生.

生:手有被電的感覺,有電產生.

問題1:還有其他方式可以證明電流的產生嗎?

生:可以連接小燈泡,看小燈泡能否被點亮.(小燈泡被點亮)

問題2:電流是怎么來的呢?難道風扇里有電源?

【深入】拆開風扇,可以看到電線一圈圈纏繞在一起,形成一個線圈.并且線圈邊上還有一個黑色的小方塊,這個方塊本質是一個磁鐵.

問題3:有線圈有磁鐵就有電流了嗎?

設計意圖:用有趣的實驗引起學生的興趣.“未插電”但卻能出現“手被電、燈泡發亮”的實驗現象,引發學生的認知沖突,并結合一連串的問題鏈,激發學生的好奇心和求知欲,充分調動學生學習的積極性.

2.2 回顧舊知,構建橋梁

問題1:能否利用磁鐵使銅線圈產生電流,使二極管發光?(器材:繞在紙筒上的銅線圈,兩端與二極管相連.)

生:回憶初中所學的知識,思考通過磁鐵,應該可以使線圈中產生電流,觀察到二極管發光的現象.

【實驗】將磁鐵放入紙筒,手持紙筒兩端,快速沿紙筒方向晃動紙筒,看到二極管發光.

設計意圖:教師對初中學生所掌握的實驗進行重演,構架起初高中知識銜接的橋梁.通過引導并幫助學生體會“磁生電”實驗,增強學生對物理實驗的真實體驗感,培養學生的知識運用能力,并進一步激發學生的探知欲求.

2.3 模型構建,回歸本質

問題1:如圖1所示,當導體棒切割磁感線產生磁感電流時,哪些物理量發生改變?哪些不變?

圖1 電磁感應模型

生:在該過程中,磁感應強度B不變,回路面積S發生改變.

設計意圖:將2.1和2.2的實際實驗抽象提煉出物理模型,引導學生發現感應電流產生的條件.該教學過程提升了學生建構模型的能力.

2.4 實驗探究,提升思維

問題1:如何借助提供的實驗器材(電流計、大線圈、小線圈(帶鐵芯)、開關、滑動變阻器、電源、導線等),進行“感應電流如何產生”的實驗?

生:討論交流,設計實驗方案,大線圈稱為線圈B,和電流計兩端相連,形成回路.小線圈(帶鐵芯)稱為線圈A,和電源、開關、滑動變阻器串聯,形成閉合回路,實驗方案如圖2所示.以小組為單位,進行實驗.嘗試各種能夠使大線圈中產生感應電流的操作.

圖2 實驗圖

問題2:通過實驗,能否填寫完成下列表格?

生:交流實驗結果,將實驗結果記錄在表格中.

表1 實驗記錄表

生:分析實驗數據,發現線圈B中的感應電流和其磁場強弱變化有關,當B發生改變,S不變時,會產生感應電流.

設計意圖:讓學生根據實驗的目的,利用已有的器材,完成實驗方案的設計、實驗操作、觀察實驗現象、記錄分析數據、歸納實驗結論的過程,提升學生的科學探究素養,培養學生的證據推理能力.

問題3:線圈在勻強磁場中轉動時,也會產生感應電流,此時磁感應強度B和線圈的面積S都沒有發生變化,那為何能產生感應電流?

生:磁感應強度B和線圈的面積S未發生變化,但兩者的夾角發生了改變.

問題4:產生感應電流的條件是什么?

生:磁通量發生變化.

設計意圖:通過實驗,讓學生進一步深入感受到感應電流產生的條件.通過讓學生對實驗的觀察和分析,進一步提高其觀察和數據分析處理能力,發展學生的科學探究素養.

2.5 融入物理學史,發掘科學精神

(對法拉第發現電磁感應現象的過程進行介紹,鼓勵學生表達自己的感悟)

生1:我對法拉第的勇氣和探索精神深感敬佩,他不斷進行實驗和觀察,最終發現了電磁感應現象.這讓我明白了科學家的精神是多么的重要,他們的發現為我們的生活帶來了很多便利.

生2:法拉第的創造力也深深地感染了我.他通過對電磁現象的深入思考和實驗探索,創造性地提出了電磁感應現象的理論,這展現了他的創新精神和獨立思考能力.我覺得這種創造力是科學家最寶貴的品質之一,也是我在學習科學知識時需要不斷培養和發展的品質.

設計意圖:在物理學史中,學生感悟到求真、求實、創新、細致、堅持、勇敢的科學精神,發揮教育的育人功能.同時,通過學科發展史的引入,學生也可以了解到科學知識的相對性和不斷發展的特點,培養學生的科學態度和開放心態.

2.6 實踐應用,感悟科技力量

(展示手搖發電機)

問題1:感應電流的產生在實際生產生活中還有哪些應用?這些應用的原理是什么?

(演示手搖發電機發電,引導學生猜想其工作原理,利用課件展示發電機內部構造和工作過程.)

生:配合課件,分析手搖發電機發電的原理.

生:了解國內的科技進展.

設計意圖:通過發電的介紹和分析討論,引領學生在具體實例中認識科學、技術、社會和環境的關系,讓學生意識到新技術和新產品的產生和發展,其根本在于科學的進步,使其了解到物理對社會進步的推動作用以及對現代社會產生的影響.在課堂上,讓學生感受到科學知識對生活和科技的巨大助力,激發學生對科學技術的興趣,培養他們的實踐能力.

2.7 課堂小結

問題:通過本節課,你的收獲有哪些?可以解決什么問題?(引導學生從知識和方法兩個角度進行總結)

設計意圖:通過引導學生從知識、方法等方面回顧本節課的學習過程,提高學生的歸納總結能力,幫助學生體會學習既要關注學習結果,更要關注學習過程.通過自主歸納課堂內容,使學生把握知識脈絡,建立完整的知識結構.學生也在對自己的學習過程與收獲的審視與評價中認識到物理學是基于人類有意識的探究而形成的對自然現象的描述與解釋,并需要接受實踐的檢驗.

3 結束語

核心素養的培養體現在教學的每一個環節,在知識導入、講解、歸納總結等部分,均能夠通過合理的教學活動設計,實現學科的育人價值.教師在教學設計時,可以通過設計具有挑戰性和啟發性的問題,激發學生的學習興趣,促進學生的創新素養和批判性思維的提升.也可以設計實踐性的任務和項目,讓學生在實際操作中培養合作精神和溝通能力,促進學生的團隊合作能力和溝通表達能力的提升.教師還可以通過引導學生進行跨學科的綜合性探究和研究項目,培養學生的信息素養和跨學科思維能力,促進學生的綜合應用能力和創新意識的提升.此外,教師可以在教學中引入學科發展史,讓學生了解科學知識的建構過程,培養學生對科學的敬畏之心和求知欲,幫助學生理解科學知識與社會發展的關系,促進學生的科學社會責任感和科學精神的培養.教育的目標不僅僅是傳授知識,更重要的是培養學生的綜合素養和品格.因此,教師要以“育人”為目標,開展核心素養視域下的教學,方能體現教育的真諦.