物理規(guī)律之探究式教學

　　1　設計思想
　　本節(jié)課采用探究式規(guī)律教學的形式，按照“魔術(shù)引題一提出問題一實驗探究一規(guī)律總結(jié)一規(guī)律應用”的思路展開教學，從中嘗試運用控制變量、實驗歸納等科學方法，總結(jié)出歷史上物理學家曾經(jīng)得到的科學結(jié)論。主要的特色體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　(1)由魔術(shù)表演引題，揭密魔術(shù)結(jié)束，前后遙相呼應；新穎的演示實驗穿梭于課堂的各個環(huán)節(jié)，盡顯其能。
　　(2)采用半開放式的探究教學策略，給定實驗器材，引導學生合作進行實驗設計和操作，以及對實驗現(xiàn)象的分析、討論和總結(jié)。
　　(3)在對規(guī)律的總結(jié)過程中，留足時間讓學生思考，表達自己的想法，在民主、寬松的氛圍中實現(xiàn)“枯燥”規(guī)律的自然生成。
　　(4)充分利用學生的前認知，適時鋪設臺階，解決新課疑難。
　　2　教材分析
　　“楞次定律”是人民教育出版社2005年出版的《物理(選修3—2)》(普通高中課程標準實驗教材)第四章“電磁感應”中第三節(jié)的內(nèi)容，主要內(nèi)容包括：楞次定律的探究、理解和應用。
　　楞次定律是繼牛頓三大定律、動能定理、能量守恒定律之后的又一個重要規(guī)律，它是力學和電學的融合，是高中階段最為綜合、最為抽象的一個規(guī)律。從某種意義上來說，楞次定律可稱之為電磁學中的“慣性定律”或是電磁學中的“能量守恒定律”。
　　3　學情分析
　　對于高二的學生，雖然已經(jīng)具備一定的探究學習的能力，但楞次定律是對他們多方位、多層次的全新考驗。在面對電磁感應這一新課題中眾多的物理量以及它們千絲萬縷的聯(lián)系時，學生不免有些手足無措。首先，在面對多個物理量的復雜關(guān)系時，學生不知從何去何從，看不透現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)，需要在老師不留痕跡的引導下，撥開云霧見月明；其次，對“阻礙”的理解不深刻，只流于表面，需要在具體的情景和生動的實驗演示中加以理解和深化。
　　4　教學目標
　　(1)知識與技能：
　　①初步了解決定感應電流方向的因素；
　　②能區(qū)別原磁場與感應電流的磁場；
　　③理解楞次定律的內(nèi)容和操作步驟，能運用楞次定律判斷感應電流的方向。
　　(2)過程與方法：
　　①通過實驗探究，培養(yǎng)學生的分析問題和總結(jié)歸納的能力；
　　②通過讓學生嘗試利用所學知識說明和解釋生產(chǎn)、生活現(xiàn)象，發(fā)展學生邏輯說理和表達能力，以及創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。
　　(3)情感與價值觀：
　　學生在經(jīng)歷規(guī)律建立的過程中，體驗和學習科學思維方法，形成科學態(tài)度和科學精神，提高科學素養(yǎng)。
　　5　重點難點
　　①由實驗現(xiàn)象分析、歸納出感應電流的方向所遵循的規(guī)律
　　②楞次定律內(nèi)容的理解和應用
　　6　教學過程
　　魔術(shù)引入
　　通過跳環(huán)魔術(shù)的生動表演，奇特的現(xiàn)象有效地調(diào)動學生的學習興趣和探求新知識的欲望，自然地引入新課。
　　問題提出
　　回憶感應電流產(chǎn)生的條件，并給出一些實驗裝置(螺線管，條形磁鐵，靈敏電流計，若干導線)，和學生一起完成產(chǎn)生感應電流實驗裝置的組裝和測試，在測試中發(fā)現(xiàn)條形磁體的不同極在靠近和遠離螺線管時，靈敏電流計的指針時而左偏，時而右偏，自然地聚集到本課的核心問題：感應電流的方向由哪些因素決定?遵循什么規(guī)律?
　　實驗探究
　　(一)實驗猜想
　　猜想是解決問題的前奏，科學的猜想能為問題解決指明方向，在此，引導學生依據(jù)已有的知識以及剛才的實驗，進行有理有據(jù)地科學猜想是關(guān)鍵。
　　學生的猜想主要有以下幾個方面：與磁體的運動方向有關(guān)，與磁體的磁極有關(guān)，與螺線管線圈的繞制有關(guān)，與磁通量及變化有關(guān)……這些的猜想是不是都有價值，值得我們一一研究，需要審核和篩選，最終提煉出兩個主因素，即：與磁場方向有關(guān)，與磁通量的變化有關(guān)。
　　(二)實驗過程
　　(1)實驗準備
　　通過環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，引導學生理清實驗研究思路，解決實驗設計中的具體問題，即：實驗探究的方法、磁場和磁通量的變化如何控制、實驗中需要觀察和記錄的現(xiàn)象、靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)與電流流向的關(guān)系、實驗的具體操作、實驗電路的連接。
　　課堂實錄
　　師：當我們要研究一個量與其他量之間的關(guān)系時，一般選用什么樣的方法?
　　生：控制變量法。
　　師：那么，我們?nèi)绾慰刂拼磐康淖兓痛艌龅姆较?磁場的方向如何控制?這里的磁場由誰來提供?
　　生：磁體!
　　師：其實除了磁體能夠產(chǎn)生磁場外，在初中的時候我們也學過，還有誰也是能夠產(chǎn)生磁場的?(為后面感應電流產(chǎn)生感應磁場作鋪墊)
　　生：電流!
　　師：但是這里我們用磁體產(chǎn)生的磁場相對比較方便。我們?nèi)绾慰刂拼磐康淖兓?
　　生：磁體向下運動，靠近磁體；磁體向上運動，遠離磁體。
　　師：也就是說，我們在實驗中需要進行這些操作：讓條形磁鐵的N極靠近和遠離磁體，讓條形磁鐵的S極靠近和遠離磁體，一共是四組操作。那么，在每一次操作過程中，我們需要觀察和記錄什么呢?
　　生：感應電流的方向、磁通量的變化、磁場的方向。
　　師：感應電流的方向由誰在幫我們檢測?
　　生：靈敏電流計。
　　師：那么，當靈敏電流計的指針，左偏時，通過螺線管中的電流是從上往下流，還是從下往上流呢?看來我們需要先來檢測一下靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)和電流流向的關(guān)系，怎么檢測呢?如果有一個已知方向的電流，讓它流過靈敏電流計，再看看指針是怎么偏轉(zhuǎn)的就可以了‘。誰能提供已知方向的電流呢?
　　生：電源!
　　師：現(xiàn)在，我就來檢測一下，我把靈敏電流計直接接在一節(jié)干電池上，能直接接嗎?
　　生：不能!
　　師：需要一個保護電阻。我已經(jīng)在這個表筆里面串聯(lián)了一個電阻，大家看，它的體積很小，但容量卻是很大的，有三千歐，所以，我們可以大膽地接上去。現(xiàn)在，我把電源的正極接在靈敏電流計的右接線柱上，電流就從右接線柱流進，大家觀察指針的偏轉(zhuǎn)情況——
　　生：右偏。
　　師：把電源兩極換一下，電流從左接線柱流入，指針是?
　　生：左偏的。
　　師：我們來小結(jié)一下，當通過靈敏電流計的電流從左流進(左進)時，指針就左偏，當從右邊流進時(右進)，指針就右偏。簡單地說就是左進左偏，右進右偏。根據(jù)這樣的規(guī)律，大家看這一電路中，當靈敏電流計的指針是左偏時，流過螺線管的電流是從上往下，還是從下往上?
　　生：從下往上。
　　師：那如果是俯視著看，是逆時針還是順時針?
　　生：逆時針。
　　師：那么，當指針是右偏時，靈敏電流計中的電流就是?
　　生：順時針。
　　師：好!接下來我們一起來連接電路，為了待會兒大家檢測電流方向的方便以及我們研究的統(tǒng)一性，請大家都按這個電路圖來進行連接。
　　(2)實驗操作
　　教師在巡視、指導學生探究活動的過程中，留心觀察學生活動的特別之處，巧妙、自然地引入感應電流表產(chǎn)生感應磁場的話題。
　　(三)實驗歸納
　　(1)尋找感應電流方向與磁場方向、磁通量變化之間的關(guān)系
　　表格中記錄的實驗現(xiàn)象是多變的、復雜的，從中尋找感應電流的方向與兩因素之間的關(guān)系，是對學生的巨大挑戰(zhàn)，基本上無法獨立完成。因此，需要大家通過討論，群策群力，并且在教師適當?shù)囊龑轮鸩降乇平鼘嶒灲Y(jié)論。
　　經(jīng)過反復比較、分析、討論，我們發(fā)現(xiàn)，當感應電流方向都為逆時針時：磁通量可以增加，也可以減小；磁場方向可以向下，也可以向上。當感應電流方向都為順時針時：磁通量可以增加，也可以減小；磁場方向可以向上，也可以向下。說明感應電流的方向與磁場方向以及磁通量的變化之間并沒有明確的關(guān)系。
　　(2)引入中介——感應磁場
　　當在尋找感應電流方向與磁場方向、磁通量變化的關(guān)系無果的情況下，學生深感“山窮水盡疑無路”，急需尋找一條新的出路一尋找感應磁場方向與兩因素的關(guān)系；而這條路怎樣出現(xiàn)在學生面前也是本節(jié)課一直以來有待突破的地方。這里，首先肯定感應電流方向與兩因素有關(guān)系，然后探討這個關(guān)系為什么這么難找的原因，從而對癥下藥；最后在學生前認知的基礎上，逐步引導，自然而巧妙地引出感應磁場這一中介，終于見到“柳岸花明又一村”。
　　課堂實錄
　　師：實驗事實真實地告訴我們，感應電流的方向與磁場的方向、磁通量的、變化之間是一定有關(guān)系的，只是我們還沒能找到而已，為什么這么難找呢?大家一起來看，感應電流方向要么順時針，要么逆時針，總是在水平面上的；磁場方向要么向上，要么向下，總是在豎直方面上的，方向在兩個不平面的兩個物理量的關(guān)系相對要難找一點，那么，我們能不能把它們轉(zhuǎn)化為同一方向上的呢?比如，把感應電流的方向轉(zhuǎn)化為豎直方向上的某個相關(guān)量，有沒有這樣的物理量，它的方向是在豎直方向上的，又與感應電流方向有關(guān)?
　　生：磁場!
　　師：誰產(chǎn)生的磁場?
　　生：感應電流產(chǎn)生的磁場。
　　師：好!初中時我們學過電流能夠產(chǎn)生磁場，感應電流也不例外，我們把感應電流產(chǎn)生的磁場叫作感應磁場，原來條形磁鐵產(chǎn)生的磁場叫作原磁場。感應磁場的方向可以用什么定則判斷?
　　生：右手螺旋定則。
　　師：根據(jù)右手螺旋定則，彎曲的四指指向電流方向，大拇指的方向就是磁場的方向，可以看到，感應磁場的方向是豎直方向的，而且與感應電流方向有關(guān)，看來，我們可以引入感應磁場這個物理量，以此作為中介來幫助我們找到感應電流方向與磁通量變化以及磁場方向間的關(guān)系。現(xiàn)在，我們的任務就是來尋找感應磁場與磁通量變化以及磁場方向的關(guān)系，我們還是從實驗現(xiàn)象中去進行總結(jié)。
　　(3)尋找感應磁場方向與磁場方向、磁通量變化之間的關(guān)系
　　有了第一次分析表格的經(jīng)歷，再從表格所呈現(xiàn)的現(xiàn)象中分析總結(jié)感應磁場方向與兩因素的關(guān)系就相對容易了，學生能夠獨立找到以下關(guān)系：當磁通量增加時，感應磁場與原磁場方向是相反的當磁通量減少時，感應磁場與原磁場方向是相同的。簡單地說就是“增反減同”。
　　(四)理論演繹——楞次定律
　　“增反減同”是對實驗表象的初淺歸納，我們需要挖掘其更深層的本質(zhì)，從而形成一個科學的物理規(guī)律，為此，在這里設置了以下對話環(huán)節(jié)。
　　師：當磁通量增量時，感應磁場卻與原磁場是相反的，那么感應磁場對磁通量的增加有什么影響嗎?
　　生：阻礙!
　　師：當磁通量減少時，感應磁場卻與原磁場是相同的，那么感應磁場對磁通量的增加有什么影響嗎?
　　生：阻礙!
　　看來感應磁場是一個“叛逆”的磁場，它總是在阻礙磁通量的增加和減少，也就是說阻礙磁通量的變化。其實這個規(guī)律早在1853年，俄國的物理學家楞次就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，我們來看一下他的具體闡述：感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，這就是楞次定律。
　　楞次定律的本質(zhì)是“阻礙”，對阻礙的準確理解很關(guān)鍵，通過三個串連的問題使學生明確：阻礙的對象是磁通量的變化，阻礙的方式是“增則反，減則同”，阻礙的效果是“延緩”了磁通量的變化。
　　規(guī)律應用
　　規(guī)律的應用是對規(guī)律理解的細化、活化和深化，在此，分三步走。
　　第一步：通過一個典型例題的示范，初步形成感應電流方向判斷的一般步驟，從而細化對規(guī)律的具體操作。
　　第二步：在解決實際問題中活化對規(guī)律的理解。首先，通過對魔術(shù)的揭密，尋找到魔力的來源，初步體驗電磁感應中的相互作用；然后，演示一個實驗——在一輛鋁制的小車上面固定一個鋁環(huán)，置于水平軌道上，讓超強磁體靠近和遠離鋁環(huán)，小車將被驅(qū)動。讓學生在具體生動的情境中，不斷地體會電磁感應中的相互作用力，以及這種力在生產(chǎn)生活中的應用，比如磁懸浮列車。
　　第三步：通過分析學生實驗中磁體與產(chǎn)生感應電流的螺線管間的相互作用，歸納總結(jié)出這種相互作用力的特點——“近斥遠吸”，體會“近斥遠吸”的本質(zhì)仍然是“阻礙”磁通量的變化，從而深化對規(guī)律的理解。
　　(欄目編輯　羅琬