基于學(xué)生物理“科學(xué)探究”素養(yǎng)提升的教學(xué)實踐
——以“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”教學(xué)設(shè)計為例

廣東省佛山市順德區(qū)均安中學(xué)(528329) 張 超

1 物理學(xué)科素養(yǎng)

2017年頒布的最新版高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確將高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)界定為4個維度，即：“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要構(gòu)成。

“科學(xué)探究”素養(yǎng)是物理學(xué)科素養(yǎng)的重要組成部分。物理作為一門實驗科學(xué)，高中階段的探究教學(xué)為深度提升學(xué)生的 “科學(xué)探究”素養(yǎng)提供了“肥沃的土壤”。“科學(xué)探究”素養(yǎng)的提升有利于學(xué)生解決問題能力、深度學(xué)習(xí)能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文將從自身教學(xué)實踐出發(fā)，以 “探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”教學(xué)設(shè)計為例，探索有效提升學(xué)生 “科學(xué)探究”素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計策略，以供參考。

2 基于學(xué)生物理科學(xué)探究素養(yǎng)提升的教學(xué)案例

2.1 教學(xué)內(nèi)容分析

“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”是人教版高中物理新課程第4章第2節(jié)的內(nèi)容，是電磁學(xué)的核心內(nèi)容之一，在整個高中物理中占有相當(dāng)重要的地位。學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前，已具備一定的電磁學(xué)基礎(chǔ)，能熟練掌握磁感線、磁通量等物理概念，這為本節(jié)課程的學(xué)習(xí)提供了必要的保障。對于“磁生電效應(yīng)”，雖然學(xué)生對閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線能產(chǎn)生感應(yīng)電流有一定的認(rèn)識，但僅停留在表面和感性的認(rèn)識階段，學(xué)生對問題本質(zhì)的分析等方面較為薄弱，實驗分析歸納的能力有限，對實驗現(xiàn)象的觀察能力有待提高，實驗操作能力不強。因此，在實際教學(xué)中，應(yīng)從學(xué)生的已有知識出發(fā)，在教師引導(dǎo)下進行探究實驗，通過小組合作探究、合作展示、剖析問題、協(xié)作討論等學(xué)習(xí)方法，歸納總結(jié)得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件和結(jié)論。

2.2 教學(xué)設(shè)計思路

“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”的設(shè)計思路重在凸顯科學(xué)探究素養(yǎng)，在整個教學(xué)流程設(shè)計中，以神秘實驗為教學(xué)引入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探知欲望，沿著教材線索，結(jié)合所配備器材，開展小組合作探究。第一環(huán)的合作探究屬于探索發(fā)現(xiàn)層次，重在尋找多種產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法；第二環(huán)的合作探究屬于整合總結(jié)層次，重在從多種現(xiàn)象中總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；第三環(huán)的合作探究屬于問題解決層次，重在學(xué)以致用，學(xué)生利用本節(jié)課的探究成果解釋教學(xué)引入的神秘現(xiàn)象。3個核心環(huán)節(jié)層層遞進，幫助學(xué)生體會探索過程，開展合作探究，領(lǐng)悟科學(xué)方法，獲得學(xué)習(xí)成就感，促進物理 “科學(xué)探究”素養(yǎng)提升。

2.3 教學(xué)目標(biāo)定位

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)課的具體要求，以提升學(xué)生物理 “科學(xué)探究”素養(yǎng)為主旨，針對所教學(xué)生的心理特點和認(rèn)知水平，結(jié)合教材，確定本課的教學(xué)目標(biāo)定位如下。

(1)能根據(jù)實驗事實歸納出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件；

(2)動手開展實驗探究，體會科學(xué)探索過程，領(lǐng)悟科學(xué)思維方法；

(3)理解并應(yīng)用產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件去解釋物理現(xiàn)象；

(4)激發(fā)學(xué)生的求知欲望，促進 “科學(xué)探究”素養(yǎng)提升。

2.4 教學(xué)流程圖

本節(jié)課的教學(xué)流程設(shè)計如圖1所示。

2.5 教學(xué)過程設(shè)計

2.5.1 實驗引入

圖1 教學(xué)流程圖

“隔空生電”小魔術(shù)：軟線圈串聯(lián)LED小燈珠形成閉合回路，放在第一個神秘物體上方，改變軟線圈的面積，燈珠發(fā)光；硬線圈串聯(lián)小燈泡，靜止放置在第二個神秘物體上方，燈泡發(fā)光。

問題1：電流是如何 “憑空”產(chǎn)生的?兩個神秘物體究竟是什么?

設(shè)計意圖：趣味實驗指向的問題，將貫穿整節(jié)教學(xué)內(nèi)容，在課程的結(jié)尾得到解釋，是本節(jié)課的教學(xué)主線。以趣味實驗作為引入，學(xué)生感受實驗神奇的同時產(chǎn)生疑問，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。

2.5.2 知識回顧

問題2：初中學(xué)習(xí)過的產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法是什么?

設(shè)計意圖：回顧初中已學(xué)知識，可以讓學(xué)生明確實驗必備的前提條件，有助于學(xué)生構(gòu)思實驗探究的方向，做好初高中知識的銜接。

2.5.3 實驗器材介紹

教師介紹實驗器材及其使用方法。實驗器材如圖2所示，其中分別是電磁感應(yīng)演示器 (產(chǎn)生勻強磁場)，學(xué)生電源，靈敏電流表，軟線圈和硬線圈各一個及導(dǎo)線若干。

圖2 實驗器材

2.5.4 實驗探究

問題3：能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的操作方式有哪些? (要求：自行選擇器材，小組合作，集思廣益，記錄可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的操作方式。)

學(xué)生小組合作，進行實驗探究，并將成果記錄在表格中。在探究活動結(jié)束后，組織學(xué)生進行成果展示，每個展示組派2～3名代表，合作展示操作方式并講解，其他小組認(rèn)真觀察、思考，并進行記錄。

設(shè)計意圖：本探究環(huán)節(jié)是課堂核心內(nèi)容之一，首先是要給予學(xué)生充分的實驗時間，其次是倡導(dǎo)學(xué)生廣開思路，大膽嘗試。經(jīng)過多次授課傳授，深入開展探究，充分進行展示，學(xué)生基本可以找到所有產(chǎn)生感應(yīng)電流的操作方式。這個環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生的小組合作精神，提高學(xué)生的 “科學(xué)探究”素養(yǎng)，提升動手操作的能力，調(diào)動學(xué)生的積極性，提升學(xué)生的課堂主體意識，鼓勵學(xué)生展現(xiàn)自我。

問題4：感應(yīng)電流的產(chǎn)生的條件?(要求：結(jié)合各小組對產(chǎn)生感應(yīng)電流操作方式的成果展示，組內(nèi)合作探究、思考討論，總結(jié)感應(yīng)電流的產(chǎn)生普遍規(guī)律。)

小組合作探究對感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件進行分析，借助實驗器材，檢驗所得規(guī)律的正確性。在探究活動結(jié)束后，組織學(xué)生進行成果展示，每個展示組派1名代表闡述結(jié)論，其他小組可提出質(zhì)疑或補充。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)設(shè)計旨在進一步深入探究的問題的本質(zhì)，從大量的實驗現(xiàn)象中，歸納整理出普遍性規(guī)律，從而得出科學(xué)的結(jié)論。在這個過程中，培養(yǎng)學(xué)生剖析問題、協(xié)作討論的學(xué)習(xí)方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會歸納總結(jié)，強化學(xué)生的課堂主體意識。

各小組展示完畢后，教師進行總結(jié)性點評，并對標(biāo)準(zhǔn)概念進行呈現(xiàn)，感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

2.5.5 魔術(shù)揭秘

教師將課堂引入的 “隔空生電”小魔術(shù)中的兩個神秘物體展現(xiàn)給全體學(xué)生，第一個是 “大塊方形磁鐵”，第二個是 “家用電磁爐”，并引導(dǎo)學(xué)生探究魔術(shù)的本質(zhì)。

問題5：為什么會 “隔空生電”?兩個魔術(shù)的本質(zhì)是什么?

學(xué)生組內(nèi)討論，結(jié)合所學(xué)知識，對魔術(shù)現(xiàn)象做出科學(xué)解釋，教師組織部分小組展示。學(xué)生解釋：兩個線圈均為閉合電路，第一個實驗，在磁感應(yīng)強度不變的條件下，改變軟線圈的有效面積，從而使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化；第二個實驗，在硬線圈的有效面積不變的條件下，電磁爐可以產(chǎn)生變化的磁場，從而使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

設(shè)計意圖：學(xué)生利用本節(jié)課的探究成果解釋教學(xué)引入的神秘現(xiàn)象，正是學(xué)以致用的重要體現(xiàn)，學(xué)生在體驗科學(xué)探究魅力的同時，還能夠收獲揭示奧秘的成就感，享受物理學(xué)習(xí)的快樂。

2.5.6 廣泛應(yīng)用

教師列舉生活中電磁感應(yīng)在生活中的廣泛應(yīng)用，如：發(fā)電機、水電站、無線充電和磁懸浮列車等。作為課程的收尾，教師利用錫箔紙和電磁爐，現(xiàn)場進行磁懸浮實驗，激起學(xué)生的探索欲望和求知熱情，感悟物理的魅力。

在整個教學(xué)過程中，學(xué)生始終是課堂的主體，是科學(xué)探究的主人。在各個環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計中，基于小組合作探究，學(xué)生多元參與，親身體會科學(xué)探索過程，領(lǐng)悟科學(xué)思維方法，不僅更深層次的激發(fā)了探究熱情，更對“科學(xué)探究”素養(yǎng)的提升有著積極的意義。