楞次定律中的顯性物理方法教學(xué)

韓志祥

摘? ? 要：針對(duì)楞次定律教學(xué)中的思路較難理順的實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)在課堂中開(kāi)展顯性物理方法教學(xué)，使用物理方法引導(dǎo)學(xué)生完成楞次定律的知識(shí)建構(gòu)，并提出了顯性物理方法教學(xué)策略.

關(guān)鍵詞：楞次定律;顯性物理方法;教學(xué)策略

一、問(wèn)題的引出

楞次定律得出的過(guò)程中共涉及到以下物理量：感應(yīng)電流的方向（電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向、螺線管線圈繞向）、原磁場(chǎng)的方向（磁鐵的磁極）、切割磁感線的方向、開(kāi)關(guān)的通斷、磁鐵的插拔、磁通量的增減、感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向等.由于物理量多，關(guān)系復(fù)雜，容易造成學(xué)生思路混亂.

當(dāng)物理量眾多，關(guān)系復(fù)雜的時(shí)候，就更需要有明確的物理方法指引.在課堂中，公開(kāi)宣稱對(duì)學(xué)生開(kāi)展的是物理方法教學(xué)，將物理方法置于教學(xué)前端，在方法的使用中完成知識(shí)的構(gòu)建，這就是顯性物理方法教學(xué).傳統(tǒng)的知識(shí)教學(xué)與之相反，其更多地將方法隱含于知識(shí)傳授的過(guò)程中.

下面結(jié)合人教版選修3-2第四章第3節(jié)“楞次定律”[1]開(kāi)展顯性物理方法教學(xué)實(shí)踐探索.

二、顯性物理方法在楞次定律教學(xué)中的應(yīng)用

（一）物理方法的引入

分組完成如圖1所示的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生說(shuō)出如何判斷感應(yīng)電流的方向？

學(xué)生逐一總結(jié)出三種實(shí)驗(yàn)下的感應(yīng)電流方向，發(fā)現(xiàn)得出的結(jié)論各不相同.

教師啟發(fā)學(xué)生：當(dāng)我們希望從各種單個(gè)現(xiàn)象中得到一種共性的規(guī)律，所使用的方法是什么？

學(xué)生：歸納法.

【教學(xué)說(shuō)明：通過(guò)上述引入，既提出了本節(jié)課要研究的課題，又引出了課題研究所需使用的方法，并明確了方法使用的條件】

（二）物理方法的使用

1.從分組實(shí)驗(yàn)中歸納出一般性結(jié)論

（1）完成對(duì)磁通量變化的歸納

教師：引導(dǎo)學(xué)生討論上述各實(shí)驗(yàn)結(jié)論中哪個(gè)因素太特殊了，并嘗試歸納哪個(gè)量可以替代該特殊因素.

學(xué)生：通過(guò)討論會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)論是導(dǎo)體棒切割磁感線的方向、磁鐵的插入拔出、開(kāi)關(guān)的通斷，這些都可以概括成磁通量的變化這個(gè)一般性因素.

（2）歸納出感應(yīng)電流方向的一般性結(jié)論

教師：各組得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論都可以概括成怎樣的一般性結(jié)論？

學(xué)生：當(dāng)磁場(chǎng)方向向下且磁通量增加（減少）時(shí)，感應(yīng)電流方向逆時(shí)針（順時(shí)針）;當(dāng)磁場(chǎng)方向向上且磁通量增加（減少）時(shí)，感應(yīng)電流方向順時(shí)針（逆時(shí)針）.

（3）小結(jié)

經(jīng)過(guò)一次歸納，結(jié)論具有了一般性，但這個(gè)結(jié)論夠簡(jiǎn)潔嗎？“大道至簡(jiǎn)”，簡(jiǎn)潔美是物理學(xué)的科學(xué)美，物理學(xué)家們總要將自己的研究結(jié)論簡(jiǎn)明扼要地表達(dá)出來(lái)，如果你是楞次，接下來(lái)該怎么做？

2.從感應(yīng)電流方向到感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)化

（1）啟發(fā)應(yīng)用轉(zhuǎn)化法

組織學(xué)生討論如何簡(jiǎn)化上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論，讓學(xué)生不斷碰壁，從而發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)被局限在了研究原磁場(chǎng)方向、磁通量變化與感應(yīng)電流方向三者的關(guān)系中.

方法提示：

教師：在利用實(shí)驗(yàn)研究a、F、m三者關(guān)系時(shí)，如果無(wú)法直接測(cè)量加速度a，該如何處理？

學(xué)生：可以將加速度a轉(zhuǎn)化為能夠直接測(cè)量的位移s，利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)完成研究.

通過(guò)上述啟發(fā)，學(xué)生會(huì)自主提出轉(zhuǎn)化研究的需求.

（2）轉(zhuǎn)化過(guò)程

①理論分析? ?由于磁通量變化剛歸納出來(lái)，且較為抽象，不容易被轉(zhuǎn)化.因此還剩兩個(gè)物理量可以轉(zhuǎn)化，一個(gè)是原磁場(chǎng)的方向，一個(gè)是感應(yīng)電流的方向.原磁場(chǎng)方向可以朝著原電流的方向轉(zhuǎn)化，但只能解釋實(shí)驗(yàn)（c），并不具有一般性.而感應(yīng)電流總會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，因此，將感應(yīng)電流的方向轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向具有可行性.

②實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證? ?上面只是從理論分析的角度闡述了可行性，但還是需要從實(shí)驗(yàn)中獲得驗(yàn)證.

演示實(shí)驗(yàn)：

如圖2所示，拿來(lái)一個(gè)閉合鋁環(huán)，相當(dāng)于是一個(gè)閉合線圈，將條形磁鐵快速插入，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)是因?yàn)楦袘?yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)產(chǎn)生了排斥，從而導(dǎo)致了鋁環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終驗(yàn)證了從感應(yīng)電流的方向到感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)化的可行性.

（3）結(jié)論

感應(yīng)電流的方向應(yīng)轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向.

（4）小結(jié)

經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后，歸納法所遇到的阻礙可能得以解決，接下來(lái)就需要回到前面歸納的部分繼續(xù)開(kāi)展研究.

3.從一般性結(jié)論中歸納出簡(jiǎn)潔性規(guī)律

（1）研究問(wèn)題

探究原磁場(chǎng)方向、磁通量的變化與感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向之間的簡(jiǎn)潔性規(guī)律.

（2）歸納過(guò)程

①觀察轉(zhuǎn)化后的三者關(guān)系? ?如圖3所示，讓學(xué)生利用右手螺旋定則判斷出各圖中的感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向，并觀察與原磁場(chǎng)方向的關(guān)系.

學(xué)生觀察結(jié)果：磁通量增加，感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)的方向相反;磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相同.

②找尋簡(jiǎn)潔性規(guī)律? ?播放磁鐵插入線圈的動(dòng)畫(huà)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：

如圖4所示，當(dāng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)磁通量的增加起阻礙作用，它與原磁場(chǎng)方向相反，原來(lái)是為了阻礙磁通量的增加.

播放磁鐵拔出線圈的動(dòng)畫(huà)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象：

如圖5所示，當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)磁通量的減小還是起阻礙作用，它與原磁場(chǎng)方向相同，原來(lái)是為了阻礙磁通量的減小.

增加、減小可以歸納為變化，因此上述兩類結(jié)論可以歸納為：無(wú)論磁通量怎樣變化，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙磁通量的變化，其通過(guò)的手段就是利用兩種磁場(chǎng)的方向關(guān)系——增反減同.

（3）歸納出的簡(jiǎn)潔性規(guī)律

感應(yīng)電流具有這樣的方向，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，這就是楞次定律.

（三）物理方法的總結(jié)

借助于思維導(dǎo)圖，總結(jié)楞次定律研究過(guò)程中所使用的歸納法、轉(zhuǎn)化法等物理方法，理順各物理量之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)楞次定律的知識(shí)建構(gòu)，具體如圖6所示.

三、顯性物理方法教學(xué)策略

1.搭建支架，自然引入

物理方法的引入絕不能采取灌輸?shù)淖龇?，否則會(huì)陷入方法知識(shí)化的誤區(qū).應(yīng)該通過(guò)回顧學(xué)生曾經(jīng)使用過(guò)的方法案例，觸發(fā)他們對(duì)物理方法使用條件的認(rèn)知.針對(duì)學(xué)生不熟悉的物理方法，應(yīng)該設(shè)計(jì)專門(mén)的方法教學(xué)環(huán)節(jié)，架設(shè)學(xué)生在新情境中使用物理方法的支架，構(gòu)建起物理方法使用的最近發(fā)展區(qū).

2.熟悉程序，建立聯(lián)系

熟練掌握每一種物理方法的運(yùn)作程序，通過(guò)教材分析和學(xué)情分析，理清知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在邏輯以及學(xué)生的思維邏輯，并合理地安排在方法的運(yùn)作程序中，從而將零散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái).

3.有主有次，協(xié)同推進(jìn)

先構(gòu)建某種物理方法為主線，按照該方法的使用程序從物理現(xiàn)象出發(fā)，逐步向前推進(jìn)，當(dāng)遇到困難時(shí)，再采取其他物理方法，使得主體方法的思路得以繼續(xù)，最終獲得結(jié)論.

4.局部小結(jié)，全局總結(jié)

當(dāng)在局部完成了某種物理方法后，要通過(guò)評(píng)價(jià)與質(zhì)疑的方式及時(shí)地進(jìn)行小結(jié)，以便于發(fā)現(xiàn)下一步研究的方向.當(dāng)獲得最終結(jié)論后，就需要通過(guò)思維導(dǎo)圖的方式將知識(shí)結(jié)構(gòu)與所使用的物理方法呈現(xiàn)出來(lái)，從而幫助學(xué)生理順全局的思路.

四、結(jié)語(yǔ)

綜上，在課堂中開(kāi)展顯性物理方法教學(xué)，使用物理方法引導(dǎo)學(xué)生完成知識(shí)的建構(gòu)，這將有利于理順學(xué)生的思路，提高教學(xué)的效率.

參考文獻(xiàn)：

[1]課程教材研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū).物理選修3-2[M].北京：人民教育出版社，2013：9-13.