指向核心素養(yǎng)的“電磁感應(yīng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

雷迎春

(寧波大學(xué)附屬學(xué)校，浙江 寧波 315033)

發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要性已經(jīng)逐漸被廣大教育工作者認(rèn)同并付諸教學(xué)實(shí)踐．培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)旨在推進(jìn)教育教學(xué)改革,如何將核心素養(yǎng)從一套理論框架或者育人目標(biāo)體系,落實(shí)與推行到具體的教育和社會(huì)活動(dòng)中去,進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)其育人功能與價(jià)值,是教育領(lǐng)域面臨的重大問題．[1]

課程實(shí)施是將課程標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為教師教學(xué)行為的過程．推進(jìn)基于核心素養(yǎng)的課程實(shí)施,是保證融入核心素養(yǎng)后的課程標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到教師課堂教學(xué)行為的重要環(huán)節(jié)．怎樣讓核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)在具體的課堂教學(xué)落地生根,教師必須重視教學(xué)設(shè)計(jì),在關(guān)注學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)、取舍教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)流程時(shí)關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．下面就以“電磁感應(yīng)”為例談筆者的一些實(shí)踐與思考．

新課引入.

用一根導(dǎo)線連接指示燈的兩個(gè)接線柱后,將它放置在電磁爐的發(fā)熱盤上,指示燈不發(fā)光．啟動(dòng)電磁爐,指示燈發(fā)光．

師:在沒有啟動(dòng)電磁爐時(shí)為什么指示燈不發(fā)光?

生1:因?yàn)闆]有電源連接指示燈,指示燈中沒有電流通過．

師:為什么啟動(dòng)電磁爐后指示燈發(fā)光了?

生2:指示燈發(fā)光,應(yīng)該是指示燈中有電流通過．

師:為什么在啟動(dòng)電磁爐后指示燈中就有電流通過呢?這就是我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容“電磁感應(yīng)”．

點(diǎn)評(píng)：在本課引入中,巧妙地利用學(xué)生的原有生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知沖突激發(fā)學(xué)生探究新知的興趣,讓學(xué)生在一上課就產(chǎn)生驚奇、發(fā)出驚嘆、產(chǎn)生求知欲．“導(dǎo)入”是課堂教學(xué)的引子,它是教師為有效組織教學(xué)而精心設(shè)計(jì)的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),巧妙的導(dǎo)入,不僅能明確提出本課的教學(xué)內(nèi)容和要求,使新舊知識(shí)在不知不覺中自然過渡,還會(huì)使學(xué)生對(duì)新知識(shí)產(chǎn)生濃厚的興趣,有利于積極地進(jìn)入新課學(xué)習(xí),從而積極高效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)．

經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織“素養(yǎng)界定與遴選”項(xiàng)目中指出,核心素養(yǎng)著力解決的是提高學(xué)生面對(duì)復(fù)雜情境下的問題解決能力,使之能夠適應(yīng)飛速發(fā)展的信息時(shí)代和復(fù)雜多變的未來社會(huì)．[2]真實(shí)生活中的問題情境往往復(fù)雜多元,教師教學(xué)中應(yīng)注意把抽象問題與真實(shí)情境相結(jié)合,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)能夠利用所學(xué)知識(shí)解決真實(shí)問題的機(jī)會(huì)．

新課學(xué)習(xí).

環(huán)節(jié)1：電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn).

師:18世紀(jì)末,伏打發(fā)明的電堆問世以后,科學(xué)家們就有了能產(chǎn)生穩(wěn)定、持續(xù)電流的裝置,為電學(xué)研究打開了新局面．科學(xué)家們利用電堆提供的持續(xù)電流,研究得出了著名的直流電路電流定律——?dú)W姆定律,并發(fā)現(xiàn)了電流的若干效應(yīng),使人們開始意識(shí)到電的應(yīng)用可能有十分廣闊的前景,于是尋找大規(guī)模獲得持續(xù)電流的新途徑成為社會(huì)發(fā)展的迫切需要．1820年,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng),引起了當(dāng)時(shí)科學(xué)界的轟動(dòng),原以為互不相干的電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象竟然如此密切相關(guān)．許多科學(xué)家因而思考既然“電能生磁”,為什么“磁不能生電”呢?英國科學(xué)家法拉第經(jīng)過10年堅(jiān)持不懈的努力,終于在1831年通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,并得出了電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．你能從電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程得到什么啟示?科學(xué)家從“電能生磁”想到“磁是否能生電”用到了什么思維方法?

點(diǎn)評(píng)：教師通過電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)的歷史讓學(xué)生談啟示,不僅讓學(xué)生了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)背景,更注重對(duì)材料的進(jìn)一步挖掘讓學(xué)生了解這一過程的同時(shí)有所思考有所感悟,而這樣的思考與感悟也必將影響學(xué)生學(xué)習(xí)的毅力和恒心．教師還注重該過程中的思維方法的分析,物理學(xué)科核心素養(yǎng)的其中一個(gè)重要方面就是科學(xué)思維,而逆向思維也是科學(xué)思維的一個(gè)組成部分,這樣處理教學(xué)內(nèi)容對(duì)在科學(xué)教學(xué)中優(yōu)化提升學(xué)生的科學(xué)思維水平是有效的．

環(huán)節(jié)2：觀察靈敏電流表.

師:現(xiàn)在讓我們像法拉第那樣用實(shí)驗(yàn)方法來探索“磁生電”的奧秘．但是有的時(shí)候產(chǎn)生的電流很小不足以使指示燈發(fā)光怎么辦?

生1:可以用電流表測(cè)電路中是否有電流．

師:但是產(chǎn)生的電流很小,不足以使普通電流表指針偏轉(zhuǎn)怎么辦?

生2:用更靈敏的電流計(jì)．

任務(wù)1：觀察靈敏電流計(jì).

圖1 靈敏電流計(jì)

(1) 如圖1所示的靈敏電流計(jì),在電路圖中常用符號(hào)G表示,觀察它的刻度盤上“0”刻度線的位置與一般電流表有什么不同．為什么要這樣設(shè)計(jì)?

(2) 用1節(jié)干電池作為電源,將電源、靈敏電流計(jì)、變阻箱和開關(guān)連成電路,電阻箱取值5000Ω．使電流從靈敏電流計(jì)右側(cè)接線柱流入電表,瞬時(shí)閉合開關(guān),留意觀察靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向．

(3) 改變電流流入靈敏電流計(jì)的方向,重復(fù)實(shí)驗(yàn),注意觀察它的指針的偏轉(zhuǎn)方向有什么不同．

學(xué)生實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)規(guī)律并在班級(jí)匯報(bào)交流．

點(diǎn)評(píng):教師讓學(xué)生在探究過程中了解靈敏電流計(jì)可以判斷微弱電流的有無,也可以通過指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷微弱電流的方向．探究的過程不是簡(jiǎn)單的問答與討論,而是一種對(duì)話．教學(xué)假如僅僅局限于教師主導(dǎo)的講解,是不可能形成真正的學(xué)科教學(xué)的．在知識(shí)的建構(gòu)過程中最重要的是讓學(xué)習(xí)者從自身經(jīng)驗(yàn)到假設(shè)生成的過程．就要求學(xué)生在問題解決過程中,一方面思考運(yùn)用怎樣的知識(shí)才有效,并且收集必要的信息,另一方面,面對(duì)復(fù)雜的問題情境展開扎扎實(shí)實(shí)的對(duì)話．

環(huán)節(jié)3：觀察按壓式手電筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu).

使用按壓式手電筒,無需更換電池,只需按壓按鈕就能發(fā)光．拆開它,觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)．學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)按壓式手電筒內(nèi)有:磁鐵、導(dǎo)線、金屬片等結(jié)構(gòu)．

點(diǎn)評(píng):通過這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),可以初步了解研究電磁感應(yīng)所需要的器材,否則學(xué)生不清楚為什么要用到磁鐵、線圈、靈敏電流計(jì)等等,教師通過對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)的重新設(shè)計(jì),降低了學(xué)生的思維難度,使內(nèi)容的呈現(xiàn)更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,有利于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)化、建構(gòu)．

圖2 電磁感應(yīng)1

環(huán)節(jié)4：磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的條件.

每組提供U形磁體、條形磁體、靈敏電流計(jì)、導(dǎo)線、銅質(zhì)導(dǎo)線繞成的矩形線圈、螺線管等器材讓學(xué)生進(jìn)行器材選擇,并交流選擇的理由．

部分小組選取U形磁體、靈敏電流計(jì)、導(dǎo)線、銅質(zhì)導(dǎo)線繞成的矩形線圈作為實(shí)驗(yàn)器材,串聯(lián)成閉合電路．

小組通過實(shí)驗(yàn)得出以下規(guī)律，如表1.

表1 感應(yīng)電流產(chǎn)生條件記錄表

續(xù)表

圖3 電磁感應(yīng)2

部分小組選取條形磁體、靈敏電流計(jì)、導(dǎo)線、螺線管作為實(shí)驗(yàn)器材,串聯(lián)成閉合電路．

小組通過實(shí)驗(yàn)得出以下規(guī)律,如表2.

表2 感應(yīng)電流產(chǎn)生條件記錄表

斷開開關(guān),重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不管導(dǎo)線怎么運(yùn)動(dòng),靈敏電流計(jì)的指針都不偏轉(zhuǎn)．

通過學(xué)生討論、教師點(diǎn)撥最終得出:閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象．

點(diǎn)評(píng)：物理觀念是物理的學(xué)科核心素養(yǎng)之一,而學(xué)生建構(gòu)物理觀念是一個(gè)十分復(fù)雜的認(rèn)識(shí)過程．建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)新的概念之前,頭腦中已經(jīng)有大量的在日常生活基礎(chǔ)上形成的相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn),這些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)稱之為前概念．學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是通過新舊經(jīng)驗(yàn)的相互作用來建構(gòu)自己的知識(shí)的過程．[3]這種教學(xué)策略是建立在學(xué)生原有生活認(rèn)知的基礎(chǔ)上,使得學(xué)生在教師的幫助下將原有的生活觀念向科學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā)展和拓寬．在學(xué)生掌握定量的物理規(guī)律之前,給學(xué)生提供機(jī)會(huì)建立對(duì)現(xiàn)象的定性直覺理解,教師在這個(gè)基礎(chǔ)上幫助學(xué)生搭建“支架”，這樣可以促進(jìn)概念的轉(zhuǎn)變．

在此過程中,教師提供多種器材讓學(xué)生選擇,而在每種選擇的后面都包含學(xué)生的思考,有利于教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維水平和思考過程,同時(shí)為后面學(xué)習(xí)感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān)做好鋪墊．

環(huán)節(jié)5：產(chǎn)生感應(yīng)電流條件的討論.

教師在學(xué)生得出電磁感應(yīng)現(xiàn)象后讓學(xué)生提取概念中的關(guān)鍵詞:“閉合電路”、“部分導(dǎo)體”、“切割磁感線”,并讓學(xué)生分析產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象為什么必須要這幾個(gè)條件?由于初中不講磁通量,所以為什么要是部分導(dǎo)體,教師不做深入分析．為什么要是閉合電路?學(xué)生對(duì)電路中有電流的兩個(gè)條件:閉合電路和導(dǎo)體兩端有電壓已有認(rèn)識(shí)．如何判斷導(dǎo)體有沒有切割磁感線,教師用右手一根手指代表導(dǎo)線,左手張開的手掌靠掌心一端表示北極,指尖表示南極,手指的指向便是磁感線的方向,將右手一根手指插入左手指縫中,根據(jù)手指的運(yùn)動(dòng)判斷有沒有切割．教師說明電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程．

點(diǎn)評(píng)：本環(huán)節(jié)教師通過學(xué)生討論使學(xué)生進(jìn)一步理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件,對(duì)于“部分導(dǎo)體”初中階段讓學(xué)生理解有比較大的困難,所以教師進(jìn)行了弱化處理,留待后續(xù)學(xué)習(xí)繼續(xù)探討．而對(duì)“閉合電路”則利用已學(xué)知識(shí)的遷移,對(duì)“切割磁感線”的判斷教師提出了操作判斷的方法,簡(jiǎn)單易學(xué)便于學(xué)生應(yīng)用．教師將是否切割磁感線的判斷轉(zhuǎn)化為學(xué)生的操作技巧,有利于學(xué)生的習(xí)得．

環(huán)節(jié)6：影響感應(yīng)電流方向的因素.

通過剛才的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針在左右擺動(dòng),說明感應(yīng)電流是有方向的,讓學(xué)生猜想感應(yīng)電流的方向跟哪些因素有關(guān),每小組提供實(shí)驗(yàn)器材:U形磁體、靈敏電流計(jì)、導(dǎo)線、銅質(zhì)導(dǎo)線繞成的矩形線圈、鐵架臺(tái)等,學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出以下規(guī)律，如表3.

表3 影響感應(yīng)電流方向的實(shí)驗(yàn)記錄表

通過學(xué)生討論、教師點(diǎn)撥、歸納總結(jié)得出感應(yīng)電流的方向跟導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向有關(guān)．

點(diǎn)評(píng)：本環(huán)節(jié)教師先讓學(xué)生猜想影響感應(yīng)電流方向的因素,然后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證得出結(jié)論,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的相關(guān)步驟,在教學(xué)中注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成,逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力．

應(yīng)用遷移：演示將磁性小球從鋁管中下落,學(xué)生發(fā)現(xiàn)磁性小球下落速度非常慢,讓學(xué)生對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋,學(xué)生容易得出是由于電磁感應(yīng),部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了電能,所以磁性小球下落比較慢．能不能通過實(shí)驗(yàn)證明鋁管中確實(shí)有電流呢?學(xué)生通過討論可以用導(dǎo)線在鋁管上接上發(fā)光二極管,當(dāng)磁性小球通過鋁管下落時(shí),二極管發(fā)光．

課后思考：感應(yīng)電流的大小和哪些因素有關(guān)?你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明嗎?

整節(jié)課的教學(xué)流程，如圖4.

圖4 教學(xué)流程圖

學(xué)習(xí)的主體終究是學(xué)生,學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求教學(xué)從“教師中心”轉(zhuǎn)向“學(xué)習(xí)者中心”．思考力的培育同知識(shí)的習(xí)得存在不可分割的關(guān)系．沒有知識(shí),思維就不能展開．思考與表達(dá)的活動(dòng)必然伴隨某種知識(shí)的習(xí)得與理解．反之,知識(shí)倘若沒有聯(lián)接新知識(shí)與舊知識(shí)的思考,也不可能獲得．[4]

學(xué)習(xí)與鞏固的有效方法,需要把握以下幾個(gè)著力點(diǎn).

(1) 尋求學(xué)習(xí)情境的真實(shí)性．重要的是設(shè)定具有綜合性,又有思維挑戰(zhàn)性且學(xué)生樂于探究的問題．我們需要的是從生活經(jīng)驗(yàn)等創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境,這種問題對(duì)于學(xué)生而言必須具有現(xiàn)實(shí)性,使得他們能夠體會(huì)到知識(shí)在生活中的應(yīng)用,并主動(dòng)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生活中的問題．

(2) 把探究過程還給學(xué)生．科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)非常重要的一個(gè)方面,在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)難度適中并富有挑戰(zhàn)性的探究活動(dòng),讓學(xué)生在探究活動(dòng)中提升觀察能力、理解科學(xué)規(guī)律、提高探究能力．

(3) 創(chuàng)造課堂中的思維文化．在傳統(tǒng)的課堂中決定真理的權(quán)限在于教師和教科書,其本質(zhì)是由教師傳遞現(xiàn)成的知識(shí)給學(xué)生而已．在核心素養(yǎng)培養(yǎng)的導(dǎo)向下,教學(xué)應(yīng)該是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生同教材對(duì)話、與同伴交流及自我反思,展開知識(shí)的協(xié)同探究與建構(gòu)的過程．這樣,學(xué)生是作為知識(shí)的探討者、研究者、建構(gòu)者,而教師是支持他們展開對(duì)話的引導(dǎo)者、促進(jìn)者．

在倡導(dǎo)學(xué)科核心素養(yǎng)指導(dǎo)下教學(xué)的今天,教學(xué)中要做到目標(biāo)盡可能讓學(xué)生明確;知識(shí)盡可能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn);問題盡可能讓學(xué)生先提;方法盡可能讓學(xué)生領(lǐng)悟;疑難盡可能讓學(xué)生探究;得失盡可能讓學(xué)生評(píng)價(jià)．科學(xué)教育是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)真諦的崇高信仰和對(duì)科學(xué)之謎的無限遐想;科學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵是在教學(xué)過程中使學(xué)生常懷好奇之心、常備探究之意和常感感悟之樂;科學(xué)教學(xué)的目的是不僅要讓學(xué)生掌握豐富的理論知識(shí),更重要的是要培養(yǎng)他們敢于探索、勇于創(chuàng)新的精神,不僅僅要把學(xué)生培養(yǎng)成為新現(xiàn)象、新問題、新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者,更重要的是培養(yǎng)學(xué)生成為一個(gè)敢于嘗試,勇于挑戰(zhàn)失敗的實(shí)踐者和樂于思考、善于總結(jié)的探究者．