行走于教材內外的教學設計研究——“弱”教材探究感應電流的產生條件

王輝生

(海安縣教育局教研室,江蘇海安 226600)

1 “弱”教材探究的背景

在高中物理新課程教學過程中,科學探究是重要的學習內容,又是重要的學習方法,期望學生經歷與科學家進行探究時的相似過程,體驗科學探究的樂趣,學到科學探究的方法,領悟科學探究的精髓.為此,教材安排了一些探究學習的內容.

例如,人教版高中物理選修 3-2第4章第2節“探究感應電流的產生條件”中,教材再現了初中學過的閉合回路部分導體切割磁感線運動實驗,在“實驗觀察”欄目中提供了“向線圈中插入磁鐵,把磁鐵從線圈中抽出”和“模仿法拉第的實驗”兩個探究方案,學生根據教材中的方案進行探究活動,探究的進程順利了,但設計實驗方案的能力沒有獲得充分提高.有了“分析論證”和“歸納結論”兩個欄目的內容,學生在探究學習時,往往不是根據實驗數據和現象,分析總結結論,而是直接從教材中尋找結論,也就失去了分析、論證能力的訓練.這些引導和暗示的內容,能引領學生的探究學習有序進行,使學生學會科學研究的基本方法.但教材中過多暗示性幫助,制約了學生科學探究能力的提升,很容易讓探究學習流于形式.

2 “弱”教材探究的界定

“弱”教材探究,要求學生在教師的引領下,實施探究學習時,先不使用教材,探究出結論后再回歸教材,總結提升.“弱”教材探究就是要變“教教材”為“用教材教”,以“弱化教材”來“強化探究”,要求教師在使用、處理教材時,從探究教學的需要出發,對教材深度開發,設置符合學生心理和認知水平的問題情景,使學生帶著種種疑問走進課堂,在解釋疑問的過程中,產生新的問題,通過合作探究,激發創新思維,體驗探究方法,完成知識建構.

3 “弱”教材探究的策略

“弱”教材探究,需要“弱化教材”對教學進程的暗示和引領作用,為了達到高質高效,應實施如下教學策略.

(1)創設問題情境,引發自主探究

創設問題情境就是在教學內容與學生求知心理之間形成“思維差”,將學生引入與物理問題有關的情境之中,這些情境是教師有意讓學生觀察的現象、進行的實驗、閱讀的資料以及生活的體驗等等,由此造成懸念,引發探究欲望.

新課教學引入片斷:

師:同學們,在初中已學過電磁感應現象的初步知識,請思考在什么條件下能實現“磁生電”?

生:閉合電路中,部分導體做切割磁感線運動時,電路中會產生電流.

師:很好.我們回顧演示初中的實驗.(實驗用到一個蹄形磁鐵,它的中間是勻強磁場,將導體棒、導線、小量程電流表、開關構成一個回路,分別將導體棒在蹄形磁鐵中向里、向外、向上、向下運動.)

生:當導體棒里外運動時,切割磁感線,有電流產生;導體棒上下平動時,不切割磁感線,沒有電流產生.

師:一定要導體棒運動嗎?磁鐵運動行不行?(教師將蹄形磁鐵相對導體棒運動,電流表指針發生偏轉.)

……

這樣的教學引入,要求學生課前回憶初中“電磁感應”的相關內容,但不能讓學生預習教材關于感應電流產生條件的具體內容,課上演示初中實驗,要求學生思考磁鐵運動能否產生電流,通過實驗演示,引發探究產生感應電流的本質原因.

(2)設計教學過程,體驗探究方法

美國著名心理學家布魯納曾說:掌握一般概念和原理是通向普遍遷移的大道.因此,在設計教學過程時,應把基本概念和規律的教學放在首位.堅持用教材教,適當整合教材,把新的概念、規律與認知結構中原有的概念、規律相聯系并納入其中,使概念和規律的呈現方式更貼近學生的認知規律.同時使新概念、規律與原有的概念、規律進一步融合,進而深刻認識概念、規律的本質特征.

新課教學過程片斷:

師:用條形磁鐵和螺線管來代替蹄形磁鐵和導體棒,能否產生感應電流?大家討論一下,如何操作?

學生分組討論,教師組織學生到講臺前展示實驗.

生:將螺線管和電流表組成一個閉合回路(圖1),把條形磁鐵插入螺線管,觀察到電流表指針發生偏轉.

生:如圖1,條形磁鐵不動,螺線管上下運動,產生電流.

生:如圖1,條形磁鐵靜止在螺線管中時,沒有電流產生.

師:很好,請大家根據幾個小組展示的現象,歸納結論.

生:無論磁鐵動還是線圈動,當它們相對運動時,有電流產生;相對靜止時,沒有電流產生.

師:這里面是否還隱藏著更本質的東西呢?在圖1實驗中,磁鐵靠近和遠離線圈時線圈周圍的磁場發生了變化,而磁鐵靜止在線圈中時線圈周圍的磁場不變,磁場變化是否是產生感應電流的條件?請設計實驗進行探究.

(投影)引導設計的思考題:

①用已學過的什么器材替代圖1中條形磁鐵,可以使線圈中的磁場強弱發生變化?

②使用這個器材,可以通過哪幾種方法,改變線圈中磁場的強弱?

③為了論證線圈中磁場的強弱改變時,可能產生感應電流,應該進行哪些操作和觀察.

④畫出實驗裝置的示意圖.

圖1

圖2

分組討論,交流實驗方案,嘗試實驗.

(投影)展示實驗裝置的示意圖;

生:首先通過滑動變阻器改變電磁鐵的磁場強弱,然后保持電磁鐵的磁場強弱不變進行實驗.

生:還可以通過開關的閉合與斷開來改變線圈中磁場的強弱.

教師投影實驗記錄的表格如下,要求學生對應表1中項目進行實驗和記錄.提醒學生通過變阻器改變磁場的強弱時,移動滑片要快.

表1

學生分組實驗,匯報實驗記錄,根據表格信息,小結結論.

生:螺線管線圈中的磁場發生變化時,也能產生感應電流.

師:閉合電路磁場不變,部分導體切割磁感線,回路面積變化,產生了感應電流;閉合電路的面積不變,磁場變化,閉合電路中也有電流產生.可見磁場是否變化也不是唯一條件,那么,產生感應電流的條件到底是什么呢?在磁場部分什么物理量既與磁場有關又與面積有關?

生:磁通量 Ф!它等于磁感應強度B和面積S的乘積.

生:產生感應電流的條件應該是閉合電路的磁通量發生變化!

師:對,不論用什么方法,只要穿過閉合電路的磁通量發生變化,閉合電路就有電流產生.你們通過實驗發現了非常了不起的規律!

板書:產生感應電流的條件:穿過閉合電路的磁通量發生變化.

……

以上教學片斷,為了突出探究感應電流的條件這一主題,不在設計表格上過多耗時,在沒有教材的背景之下,學生很難意識到必須快速移動滑片才能使指針明顯偏轉,這些都由教師直接給出,以此推動探究的進程.

在不依賴教材的前提下,根據探究需要設計方案,而不是從教材中讀取方案,學生自己謀劃出來的方案,存在著某些不足,通過教師對探究實驗的問題引導,巧妙設問,合理點撥,引領學生分析論證,借助學生間的交流,讓一籌莫展的同學受到啟發,發現不足,完善認知.學生的設計體現出思考的力量,迸發出智慧的光芒,真正體驗到通過探究獲得成功的快樂,在探究過程中學到物理學的研究方法.

(3)問題引領回歸,提升思維品質

在探究出感應電流的產生條件之后,設計如下問題,讓學生自主回歸教材,完善知識體系,反思探究成果.

①哪些情況可以產生感應電流?分別說明3個實驗中產生感應電流的原因.

②根據3個實驗現象,歸納產生感應電流的條件.

③對照教材,小結本節合作探究的具體收獲.

學生對問題③有如下小結:這是一堂自主、自我的課,教師沒有直接授予知識.在探究過程中,不讓我們看教材,對實驗方案的設計,以問題追問的形式出現,同學們互助合作,沒想到還真能設計出了第3個實驗電路,同時發現了變化磁場也能產生電流.本節課憑我們自己的雙手、大腦來形成知識,教師只是引導我們的思維,我想這是個好方法,我們能深刻掌握這些知識.

學生的小結一語道破天機,沒想到學生也能悟出教學設計的意圖.通過實驗方案的過程設計,借助合作學習,學生不知不覺地走進教材中的探究實驗,獲得科學的探究結論.這樣的教學流程,可能因探究而磕磕碰碰,在看似不流暢的教學活動中,學生學會科學的思維方法,掌握知識與技能,進而落實三維教學目標.

綜上所述,“弱化教材,強化探究”,構建真正意義上的物理探究教學——“弱”教材探究,能夠促使教師獨立地按照新課標的理念對物理教材進行深度開發,有效地組織學生進行探究活動,從而把教材與教學有機地統一起來,使教學成為課程開發、創生、構建的過程,引領師生共同走進真實而又鮮活的課程改革.

1 李寶銀.物理“弱”教材探究教學的研究.教學月刊(中學版)2010(4):3-6

2 王輝生.嘗試初中物理“弱教材教法”,實施真實探究.物理教學探討.2010(6):35-38