基于核心素養(yǎng)的“楞次定律”創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)*

吳 暢

(江蘇省沭陽(yáng)高級(jí)中學(xué)　江蘇 宿遷　223600)

1　現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計(jì)的困惑

楞次定律作為高中階段最為抽象的一個(gè)物理規(guī)律，因其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多、推理過(guò)程復(fù)雜、結(jié)論難理解的特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)都是教學(xué)的難題.實(shí)際教學(xué)常讓學(xué)生在楞次定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，而不是在實(shí)驗(yàn)探究中獲得了楞次定律的知識(shí).

目前，改進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)主要有兩類：一是通過(guò)自制教具創(chuàng)新楞次定律實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程[1]；二是換用“楞次環(huán)實(shí)驗(yàn)”或“落磁”實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新楞次定律實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程[2,3].教學(xué)上雖然提倡活用教材，根據(jù)教學(xué)實(shí)際，對(duì)教材進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑?、刪、補(bǔ)、調(diào)、換，但教材是專家根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編寫的，具有一定的權(quán)威性、指導(dǎo)性，這兩類大幅度替換教材內(nèi)容的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)為少見(jiàn).改進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)在增加教學(xué)新鮮感的同時(shí)，筆者擔(dān)心是否存在：學(xué)生在信任教者的同時(shí)對(duì)教材其他內(nèi)容編排的科學(xué)性產(chǎn)生疑惑，或者學(xué)生在信任教材的同時(shí)對(duì)教者處理這部?jī)?nèi)容的能力產(chǎn)生疑惑.

2　基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1　實(shí)驗(yàn)前討論

師：前一節(jié)我們通過(guò)3個(gè)實(shí)驗(yàn)探明了感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件，本節(jié)將深入研究第2個(gè)實(shí)驗(yàn)：“條形磁鐵插入或抽出螺線管”，由此探究感應(yīng)電流的方向所滿足的規(guī)律.實(shí)驗(yàn)操作之前請(qǐng)大家猜想：在該實(shí)驗(yàn)中需要記錄的數(shù)據(jù)有哪些？或影響感應(yīng)電流的方向的因素有哪些？

生：感應(yīng)電流的方向；(須記錄，本節(jié)課就是研究它的規(guī)律)

磁通量變化趨勢(shì)；(可以記錄，是前一節(jié)課實(shí)驗(yàn)結(jié)論的細(xì)化)

磁通量變化大小；(可以不記錄，這個(gè)涉及定量問(wèn)題，不可能與電流的方向有關(guān))

磁鐵在螺線管中的磁場(chǎng)方向；(可以記錄，這個(gè)有方向，電流也有方向)

磁鐵的動(dòng)作；(不記錄，與前一節(jié)實(shí)驗(yàn)重復(fù)，且與“磁通量變化趨勢(shì)”有重復(fù))

表針的擺動(dòng)方向；(不記錄，與“感應(yīng)電流的方向”有重復(fù))

……

2.2　實(shí)驗(yàn)操作與記錄

判斷感應(yīng)電流方向的實(shí)驗(yàn)如圖1所示.

圖1　實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為了判斷感應(yīng)電流的方向，事先弄清線圈導(dǎo)線的繞向，及電流方向、指針擺動(dòng)的方向與電流表的紅、黑接線柱的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)全部由教師操作，學(xué)生輔助記錄數(shù)據(jù)如表1所示.

表1　“楞次定律”原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

師：請(qǐng)大家從表1中提煉出感應(yīng)電流的方向滿足的規(guī)律.……(學(xué)生無(wú)語(yǔ))說(shuō)實(shí)話，作為教師我也沒(méi)有找出其中的規(guī)律，是什么原因?qū)е卤?中的規(guī)律無(wú)從找起呢？

生：一是影響感應(yīng)電流的方向的可能因素有兩個(gè)，會(huì)相互干擾；二是表1中真的沒(méi)有淺顯的規(guī)律.

師：關(guān)于第一個(gè)原因的解決辦法，我給大家提個(gè)參考思路：在探究“實(shí)驗(yàn)：加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系”中，是采用什么辦法來(lái)克服兩個(gè)因素帶來(lái)的影響呢？

生：(非常急切)控制變量法.在此可以保持……(學(xué)生無(wú)語(yǔ))，還是沒(méi)有確切的規(guī)律！

師：想找出較多量數(shù)據(jù)中的規(guī)律真是件不容易的事！我們必須要有科學(xué)的思維方法，比如采用類似“控制變量”的思想：不管其他因素干擾，在先提煉具有共同點(diǎn)的兩個(gè)量之間的規(guī)律之后，將兩量的規(guī)律再與其他量研究，以逐步減少研究量，這個(gè)與多個(gè)力的合成過(guò)程有點(diǎn)相似.在“磁場(chǎng)方向”、“磁通量變化趨勢(shì)”、“感應(yīng)電流的方向”這3個(gè)量中哪兩個(gè)量之間有共同點(diǎn)聯(lián)系？

生：“磁場(chǎng)方向”和“感應(yīng)電流的方向”，它們都有方向.

師：表1中兩個(gè)“方向”的數(shù)據(jù)可以提煉合并嗎？

生：不可以，因?yàn)檫@兩個(gè)屬性不同的物理量方向不在同一維度上.

師：“磁場(chǎng)方向”和“感應(yīng)電流的方向”中，誰(shuí)向誰(shuí)轉(zhuǎn)換可變成同一屬性的物理量，使研究的“方向”在同一維度上？

生：將感應(yīng)電流方向轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向.

師：非常好！表1數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換得到“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向”數(shù)據(jù)，如表2所示(經(jīng)轉(zhuǎn)換不再呈現(xiàn)表1的中“感應(yīng)電流的方向”).

表2　“楞次定律”轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

研究表2，我們很容易找出兩個(gè)磁場(chǎng)方向的關(guān)系，如表3所示(經(jīng)合并，不再呈現(xiàn)表2中的兩個(gè)磁場(chǎng)方向，且磁鐵產(chǎn)生的“磁場(chǎng)方向”稱為“原磁場(chǎng)方向”).

表3　“楞次定律”合并實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

生：(在表3呈現(xiàn)的同時(shí)已經(jīng)發(fā)聲音)噢！增反減同！

師：請(qǐng)把“增反減同”的規(guī)律說(shuō)得具體些.

生：當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向是相反的；當(dāng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向是相同的.

師：物理學(xué)定理、定律的表達(dá)都追尋的是最簡(jiǎn)化、最統(tǒng)一的形式.根據(jù)大家的表述，感應(yīng)電流的方向的規(guī)律是分成了兩個(gè)不同的情況，還有進(jìn)一步提煉的必要，請(qǐng)大家把“增反減同”4個(gè)字的規(guī)律提煉成兩個(gè)字的規(guī)律.

生：“阻礙”(主要是學(xué)生預(yù)習(xí)所知).

(下面請(qǐng)學(xué)生用“阻礙”詳細(xì)解釋“增反減同”，并引出楞次定律內(nèi)容，在此不再贅述)

3　對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的反思

3.1　教材的深度挖掘

(1)實(shí)驗(yàn)選擇.在前一節(jié) “探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”中，教材設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)：“導(dǎo)體棒切割磁感線”、“條磁插入線圈”和“模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)”，為研究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件提供了感性素材，同時(shí)又成為本章后續(xù)教學(xué)的基礎(chǔ)點(diǎn)之一.也就是說(shuō)，后續(xù)的教學(xué)將多次以這3個(gè)實(shí)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，變換視角，提出問(wèn)題，引入新課，深入研究[4].從確定感應(yīng)電流方向角度，重新審視教材的磁鐵插入線圈實(shí)驗(yàn)，展開(kāi)楞次定律教學(xué)；從研究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的角度，重新審視這3實(shí)驗(yàn)，引入法拉第電磁感應(yīng)定律的教學(xué)；從電路結(jié)構(gòu)的角度，重新審視模仿法拉第的實(shí)驗(yàn)，引入互感或變壓器的基本原理.因此，從教材整個(gè)章節(jié)的編寫思路來(lái)看，筆者認(rèn)為，在楞次定律教學(xué)中不宜不用“條磁插入線圈”實(shí)驗(yàn)，教師可以根據(jù)教學(xué)實(shí)際，宜將其他實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)的一點(diǎn)補(bǔ)充，而不是完全替換.

(2)教學(xué)重心.從以往的教學(xué)實(shí)際來(lái)看，本節(jié)實(shí)驗(yàn)操作探究用了較長(zhǎng)的時(shí)間，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析難度大、時(shí)間少，囫圇吞棗地得出楞次定律.顯然，這是把實(shí)驗(yàn)操作探究的地位看得太重，在教學(xué)中平均用力的結(jié)果.筆者認(rèn)為，本節(jié)實(shí)驗(yàn)操作的大部?jī)?nèi)容在前一節(jié)課已經(jīng)做過(guò)，從教學(xué)任務(wù)上來(lái)講，實(shí)驗(yàn)操作已經(jīng)不是本節(jié)教學(xué)的重心，而從復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中進(jìn)行科學(xué)探究，讓學(xué)生心悅誠(chéng)服得出并接受感應(yīng)電流的方向滿足的規(guī)律——楞次定律，這才是本節(jié)的重心.

3.2　側(cè)重彰顯的核心素養(yǎng)

(1)科學(xué)探究.“科學(xué)探究”主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等要素.基于對(duì)本節(jié)課中實(shí)驗(yàn)操作地位的認(rèn)識(shí)，教學(xué)設(shè)計(jì)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的“問(wèn)題”和“證據(jù)”兩個(gè)要素.

本節(jié)實(shí)驗(yàn)是以前一節(jié)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，深入研究物理規(guī)律，筆者在設(shè)計(jì)猜想“感應(yīng)電流的方向可能與哪些因素有關(guān)”問(wèn)題上，放手讓學(xué)生大膽猜想，并讓學(xué)生對(duì)眾多猜想作分析，從中篩選出有研究?jī)r(jià)值的猜想，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和日常生活中，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提出合理猜測(cè)與假設(shè)的能力.

在教學(xué)中用較多的時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，經(jīng)過(guò)科學(xué)思維分析，得出信服的結(jié)論，側(cè)重培養(yǎng)獲取和處理較復(fù)雜信息的能力.

(2)科學(xué)思維.“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.

在數(shù)據(jù)分析時(shí)，面對(duì)復(fù)雜、規(guī)律并不突顯的數(shù)據(jù)，如果按教材提議“是不是可能通過(guò)一個(gè)‘中介’——‘感應(yīng)電流的磁場(chǎng)’來(lái)表述感應(yīng)電流的方向跟線圈內(nèi)磁通量的變化關(guān)系”，這個(gè)“中介”來(lái)的太突然，缺乏讓大家信服的理由.在教師適時(shí)、適度的指導(dǎo)下，讓學(xué)生面對(duì)較多量的關(guān)系研究中采用類似“控制變量”思想，不考慮“磁通量變化趨勢(shì)”先研究具有較顯明共同點(diǎn)的“磁場(chǎng)方向”和“感應(yīng)電流的方向”兩個(gè)量之間的關(guān)系；面對(duì)研究?jī)蓚€(gè)量關(guān)系的困難，經(jīng)過(guò)合理分析，采用“轉(zhuǎn)換”思想，將“感應(yīng)電流的方向”轉(zhuǎn)換為“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向”讓研究深入進(jìn)行下去；將“原磁場(chǎng)方向”和“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向”提煉成這兩個(gè)方向的關(guān)系，通過(guò)“合并”方式使研究量從多到少、化繁為簡(jiǎn)，規(guī)律的呈現(xiàn)一下子就出現(xiàn)了柳暗花明的情景——表3中的“增反減同”；在“增反減同”規(guī)律的闡述中，基于物理學(xué) “簡(jiǎn)化”、“統(tǒng)一”的要求，讓學(xué)生明白楞次定律的精髓——“阻礙”的由來(lái).可以這么說(shuō)，將數(shù)據(jù)分析過(guò)程說(shuō)成是“剝繭抽絲”一點(diǎn)也不為過(guò)，在學(xué)生一步步經(jīng)歷從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的問(wèn)題解決過(guò)程中，讓學(xué)生掌握分析綜合、推理論證等方法，提升基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力.