核心素養下初高中“電磁感應”教學的一體化設計探討

摘 要：實際教學過程中時有超綱教學、超前教學的行為，這一情況大概率是由于教師未能準確理解不同階段課標要求。以“電磁感應”為例，基于課標從科學內容、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個維度展開分析，探討初中、高中必修、高中選擇性必修三個階段的教學聯系與邊界，提供既豐富內容又不突破邊界的教學設計建議。

關鍵詞：核心素養；電磁感應；一體化教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）12-0025-6

“雙減”政策中對教學質量提出了“應教盡教”的要求，啟示教師探究何為“應教”，又應該如何“盡教”。總覽初中物理與高中物理，會發現許多共通的教學內容，如彈力、摩擦力、電磁感應等。這些教學內容均出現在初中物理教材與高中物理教材中，甚至同時存在于高中必修教材和選擇性必修教材中。

面對這樣反復出現的、同一主題的教學內容，教師在教學過程中很難準確把握教學邊界，容易出現教學內容的下放現象，比如將高中教學內容下放至初中的教學內容中，這種越界行為在部分中考試題中也有所體現。

迫于學業壓力，在物理學科高中教學階段出現了將必修教學內容與選擇性必修教學內容合二為一進行授課的現象。必修內容是高中物理的通識性內容，面向全體高中學生，而選擇性必修內容則是面向選擇繼續深入學習物理的學生，二者的定位有所不同。無論是否選擇理科學習，這樣的教學行為都不利于學生的發展。對于不選擇理科的學生，學習選擇性必修的知識增添了理解的難度，更讓他們失去對物理的學習興趣和對科學的探索熱情。而對于選擇理科的學生，讓他們在高一階段學習高二的內容，增加了學習難度和學業負擔，同時也會感覺教學內容的層次不清晰，不利于教師深入體會課標，真正實施依標教學。

１ 初高中物理課標中“電磁感應”部分內容的再認識

為避免上述越界、超前的實際教學現象，依據課標理解教材、準確定位教學邊界顯得尤為重要。同一主題的不同課標要求蘊含著不同的科學內容層次、科學思維層次、科學探究層次和科學態度層次。以“電磁感應”主題為例，從以上四個層次重新認識初中、高中必修、高中選擇性必修的課標要求，總結其具有五大進階特征：深入性、定量性、拓展性、系統性與宏觀性，再次定位教學重點與邊界。

１．１ 科學內容——從定性特點到定量規律

在初中階段，本節內容需要學生了解導體在磁場中運動時產生感應電流的兩個必要條件：第一個條件為回路必須閉合，第二個條件為導體在磁場中切割磁感線。

在高中必修階段，學生在掌握磁通量這一概念的前提下，了解產生感應電流的條件為“穿過閉合導體回路的磁通量發生變化”，并且初中所學內容為該條件的一種特殊情況。

在高中選擇性必修階段，學生需要理解感應電動勢的概念以及法拉第電磁感應定律，掌握感應電動勢的定量計算方法，并從功的角度理解切割磁感線的運動導線相當于電源。法拉第電磁感應定律為高中必修內容的定量結論，從相關性現象轉變為直接性數據。

所以，從科學內容層面來說，不同階段的課標要求具有深入性與定量性，如圖１所示。前兩個階段的課標要求體現了從特殊到一般的深入過程，并且均屬于對產生感應電流條件的定性認識。再結合最后一個階段對感應電動勢定量計算的探究，體現了從定性到定量的進階過程。

１．２ 科學思維——從形象感性到抽象理性

在初中階段，從“電生磁”出發思考“磁生電”，強調對稱思想。雖然磁生電現象涉及實驗，但僅從實驗現象本身出發進行討論，并未涉及到建立模型、科學論證等思維。同時，在應用中科學推理發電機的原理，從能量角度強調轉化思維。

在高中必修階段，仍強調電與磁的對稱關系，但更突出電與磁相互轉化的不完全對稱性。同時，通過模型建構分析磁通量的變化與產生感應電流的關系，培養學生的科學推理思維。

在高中選擇性必修階段，用定性到定量的思維探究感應電流大小的影響因素，用一般到特殊的思維計算導線切割磁感線時的感應電動勢。此外，在理論推導過程中也強調了類比遷移、科學論證、模型建構的重要性。

所以，從科學思維層面來說，不同階段的課標要求具有拓展性，如圖２所示。第一個階段立足于現象從邏輯上進行推理，第二個階段要求學生能夠從具體的現實情境中建構出抽象的物理模型，進而在第三個階段中展開對其本質的論證和探索，這是一個在思維層面上逐層遞進、逐步豐富的過程。

１．３ 科學探究——從活動觀察到探究解釋

在初中階段，需要學生通過教材提供的實驗裝置，跟隨教材提出的一系列問題展開探索，在教材啟發下得出結論，學生自主探究性相對較少，強調對實驗現象的觀察與思考。

在高中必修階段，實驗裝置比初中階段更為復雜，提供實驗裝置與現象記錄表格，幫助學生開展科學探究。此外，通過記錄的實驗現象讓學生自主歸納產生感應電流的條件，強調實驗操作與現象分析能力。

在高中選擇性必修階段，學生需要根據提供的實驗裝置自行設計實驗方案與數據記錄表格，通過控制變量的方法探究影響感應電流大小的因素，并得出定性結論，強調實驗設計與數據分析能力。

所以，從科學探究層面來說，不同階段的課標要求具有系統性，如圖３、圖４所示。一般科學探究的過程可以概括為“實驗設計—實驗操作—實驗觀察”，是一個從理論到實踐再到分析的過程，這也符合科學探究的正常思路。實際上，為了適應學生能力發展的階段性，課標在分解科學探究過程的基礎上，從最基礎的實驗觀察出發。在觀察和思考大量實驗后，學生對物理實驗探究產生興趣，但由于其實驗探究能力有待鍛煉和提升，需要在教師的幫助下完善對整個實驗探究過程的理解與運用，逐步完善科學探究的完整過程，凸顯其完整性。

１．４ 科學態度——從生活應用到社會發展

在初中階段，要求學生能夠了解電磁感應的應用，尤其了解電的產生與電磁感應密不可分。同時，也希望通過對這些應用的認識，啟發學生認識到它對我們生活的改善和社會的發展起著巨大的促進作用。

在高中必修階段，要求學生能列舉出電磁感應的實際應用，體會我國科技發展與成就。同時，通過科普法拉第的生平經歷與探索歷程，激發學生對法拉第崇高科學精神的敬佩與學習，從而培養學生科技強國的豪情壯志。

在高中選擇性必修階段，課標中建議組織學生撰寫報告分析電流磁效應與法拉第電磁感應定律對第二次工業革命的貢獻，從宏觀角度深入體會科學技術對社會發展的意義。

所以，從科學態度層面來說，不同階段的課標要求具有宏觀性，如圖５所示。第一階段立足于當今實際生產生活，第二階段回歸歷史探索歷程，最終第三階段從宏觀視角古今結合，強調技術進步與社會發展的緊密聯系。

２ “電磁感應”部分體現進階一體化的依標設計

基于上述五大進階特征，以“電磁感應”主題為例建構一體化教學設計思路。在同一教學環節中，處于不同教育階段的教師采用體現相應課標特征的教學策略，從整體視角凸顯課標的進階特征。

２．１ 一體化教學設計思路

本設計將教學過程分為三大環節：課堂引入、實驗探究與應用總結，設計思路如圖６所示。

課堂引入環節在不同階段由淺入深，體現進階特征的深入性。在初中階段強調趣味性，既符合學生身心發展特征，也契合義務教育階段的課標要求。在高中必修階段強調歷史的曲折性，由今探古了解原理背后的故事。在高中選擇性必修階段強調科學性與技術性，注重培養學生對技術的理解與應用。

實驗探究環節分別從教師與學生的視角展開設計，體現進階特征的定量性、拓展性與系統性。教師在不同階段中由“演示—引導—答疑”的教學方式轉變體現了教師角色的轉變，隨著學生的發展，教師逐漸退出主導地位。學生與實驗的關系也因經歷“觀察與思考—操作與分析—自主設計并完成”的過程而變得更加緊密。學生逐步親歷實驗的全過程，有助于其掌握“由定性到定量”的基本實驗思路，幫助學生從全局角度把握實驗探究過程，并在思考過程中不斷豐富所掌握的科學思維內涵。

應用與總結環節從“技術應用”與“社會發展”兩個角度展開設計，體現進階特征的宏觀性。在技術應用方面，教學經歷“了解應用—體會發展—解釋原理”的過程，不斷完善學生對技術的認識與理解，為技術的實際應用奠定基礎。在社會發展方面，在初中階段，讓學生愛上生活中的物理，提高對物理的好奇與熱愛；在高中必修階段，通過科學家精神啟迪學生，培養學生的優良品質；在高中選擇性必修階段，鼓勵學生探索技術發展與社會進步的聯系，由此激發學生對科學發展的重視。

２．２ 凸顯趣味實驗、魅力體悟的初中階段設計

圖７所示為初中“磁生電”的教學設計思路，在本節課的設計中重視演示實驗，充分發揮實驗在教學中的作用，同時增加手搖發電機的趣味實驗，豐富實驗內容，增加課堂的趣味性與吸引力。同時，精心設計學生實驗，且特別注重實驗的層次性、遞進性和內在邏輯性，幫助學生更有邏輯地觀察實驗并展開思考。即在探究磁生電的條件時，先讓線框靜止，然后讓線框上下運動、前后運動、左右運動和斜著切割磁感線運動以及線框不動磁體運動等，讓實驗步步深入。

學生科學探究能力的鍛煉和提升是循序漸進的過程，既不能取而代之，也不能任其發展，教師需要逐步讓學生成為實驗探究的主導者和創新者。

往往為了節省課時，不少教師選擇放棄學生的物理實驗環節，而是選擇用實驗視頻來幫助學生快速把握相關考試要點，這違背了設置物理實驗的初心。作為初高中物理教學過程中必不可少的一部分，物理實驗環節需要教師的精心設置，而不是用演示實驗草草帶過。

在初中階段，教師應著重發揮實驗的演示作用。在課堂中，教師可以將復雜的物理探究過程展示給學生，并讓學生通過觀察和思考初步把握物理原理和探究方法，為他們后續深入學習奠定科學思維和探究能力方面的基礎。教師也可以選擇將整個實驗環節展示給學生后，讓學生在模仿中逐步接觸實驗探究的基本思路。

２．３ 重現人文素養、時空濃縮的高中必修階段設計

圖８所示為高中必修３“電磁感應現象及應用”的教學設計思路，在本節課設計中，基于ＨＰＳ教育理念將科學史融入物理教學中，把電磁感應現象發現過程的艱辛和電磁感應現象的價值貫穿于整個課堂中，期望借此讓學生深切感受到物理探索的魅力，從科學素養中提高科學探究的熱情。同時，運用教學重演律帶領學生重走“磁生電”的探索之路，以時空濃縮的方式重演學科史，讓學生體悟到科學家淡泊名利、堅韌不拔的科學精神，從人文素養中端正科學態度。

為了能夠在豐富教學內容的同時，又不突破邊界，教師應學會準確把握與運用材料。

有的材料僅限于某個階段使用才能發揮其最大作用。以法拉第線圈為例，僅適用于高中必修階段。初中階段未出現磁通量的概念，并且其原理也不屬于“導體在閉合回路中切割磁感線”的范疇，在初中階段作為素材分析不僅不利于學生理解當前課標要求下的磁生電條件，而且還會給學生學業增加難度。若置于高中選擇性必修階段，法拉第線圈無法在推導法拉第電磁感應定律的過程中起到定性或定量探究的作用，無法推動思維的進階，亦不適用。與之相似的材料還有很多，如電磁流量計、變壓器等。

同時，教師在實驗探究環節應著重發揮引導作用，尤其關注學生形成正確的科學實驗觀念，比如避免學生為得到準確的實驗結果而修改真實的數據。

２．４ 關注高階思維、技術賦能的高中選擇性必修階段的設計

圖９所示為高中選擇性必修２“法拉第電磁感應定律”的教學設計思路，本節課基于高階思維培養的教學模式進行教學設計。從教學方式上看，該教學模式采用了創設情境、演示實驗、思維導圖等多種方式相結合，豐富課堂教學形式，誘發學生學習動機，鍛煉學生思維；從教學流程上看，該教學模式層層遞進，從思考到合作探究，再到實踐與應用；最后，以思維導圖的形式進行總結，學生的思維水平在此過程中得到不斷發展與提升。

與前面情況不同的是，有的材料可以在不同階段發揮其不同的作用，準確辨別與側重顯得尤為重要。例如，法拉第發現電磁感應現象的科學史，在每個階段都可以發揮不同的作用。在初中階段可以側重法拉第利用對稱思維思考磁生電的情況，強調科學思維。在高中必修階段可以側重強調法拉第探索過程中所涉及到的不同電磁感應現象實驗，通過分析實驗的失敗原因與成功原因，培養學生打破思維定式的創新思維，提高實驗探究能力。在高中選擇性必修階段可以將這段科學史作為切入點，組織學生以調查報告的形式分析這一發現對第二次工業革命的貢獻，以此激發學生認識到從歷史角度來看任何科技進步都是對社會進步的巨大推動。

此外，在這個階段學生已經具備足夠的物理知識儲備和動手實踐能力，并且在教師先前的引導下積累了大量實驗探究的經驗，所以教師可以依托必做高中物理實驗，鼓勵學生自主設計創新實驗，進而完成實驗探究的全過程，充分發揮學生的主觀能動性。教師可以提供相關的知識解答和技術支持，比如手機物理工坊、Ｔｒａｃｋｅｒ軟件等技術手段的協助，最終以翻轉課堂的形式展現學生實驗探究的成果。

３ 結 論

通過對初高中物理課標中“電磁感應”部分內容的再認識，從科學內容、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個維度出發，總結出三大階段的五個進階特征：深入性、定量性、拓展性、系統性與宏觀性。在此基礎上，將教學內容分解為課堂引入、實驗探究和應用總結三個環節，建構體現進階特性的一體化教學設計，并針對不同階段的教學提供各有側重的設計案例和教學建議。

總之，找到各類物理材料合適的定位，準確把握課程標準，綜合培養學生的核心素養，讓學生在一體化的進階學習中，逐步形成豐富而又正確的物理觀念，成為優秀的學習者與探索者。

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（欄目編輯 劉 榮）

收稿日期：２０２４－０９－０９

作者簡介：王菁嵩（２００２－），女，碩士研究生，主要從事物理教學研究。

*通信作者：陸建隆（１９６２－），男，教授，碩士生導師，主要從事物理教育研究。