還原規律探究過程 發展科學思維能力

《 普通高中物理課程標準 》指出：“沒有探究，就沒有科學。科學探究過程是科學家群體從事科學活動的智力勞動過程。科學發展的歷史表明，每一個科學上的新發現，特別是具有重大意義的科學發現，都為后繼者提供寶貴的教益和啟迪。高中物理教學要給學生提供必要的科學探究機會，讓學生通過自己的思維、動手實驗、查閱文獻等，體驗探究過程的曲折和樂趣，汲取前輩科學家科學思維和研究方法的滋養，進而發展學生‘抽象與概括、分析與綜合、推理與判斷’等基本的科學思維能力。”

“楞次定律”的探究過程蘊含著“抽象與概括、分析與綜合、推理與判斷”等最基本的科學思維方法，是一節很有探究價值的教學內容。在教學中，擺正教學理念、明確教學目標，接下來，就應該思考“怎么教”，即教學策略。筆者結合自己兩次“楞次定律”的教學實踐，闡述“還原規律探究過程”的教學策略對于發展學生科學思維能力的必要性，以促進高中物理規律教學的創新。

一、“楞次定律”的第一次教學實踐

1.設計思路

“楞次定律”是高中物理選修3-2第一章的教學重點，更是本章的教學難點。為了能夠讓絕大多數學生達成課堂教學目標，同時也為了降低教師駕馭課堂的難度，筆者設計了這樣的教學流程：教師演示實驗操作→學生觀察并記錄結果→學生在教師的引導下分析、歸納→得出“楞次定律”。

2.過程簡述

教師演示表1中預先設定好的四種實驗操作，要求學生仔細觀察現象，并把結果填入表1中。依據表1中的實驗記錄，教師引導學生分析并歸納出“楞次定律”。

3.教學反思

按照上述的流程進行教學，過程一定是順暢的，結論的得出也是“水到渠成”的。表面上，學生在課堂上也經歷了實驗探究，學習的氛圍也是熱鬧的，但事實上，學生的思維是冷卻的。這是因為，教師完全掌控著學生學習的每一個步驟和環節，學生所有的學習活動都是“照單抓藥”，被動地完成教師精心安排的學習任務，并沒有經歷真正的自主探究。從新課程的三維目標來看，這一次教學實踐僅僅達成了“知識與技能”的目標，即學生只是知道了“楞次定律”的內容。其實，“楞次定律”的發現過程蘊含著豐富的科學思維方法，對此，在本次教學過程中，學生是缺少體驗與領悟的。因而，絕大多數學生對于“楞次定律”的學習就會產生以下兩個思維障礙。

思維障礙1：學生不明白教師為什么要選定表1中的四種操作來進行實驗？

思維障礙2：學生會想，確定感應電流I感的方向是我們的實驗目的，為什么要引入“感應電流的磁場B′”這個“中介”？學生還會問，教師為什么會想到用“感應電流的磁場B′”這個“中介”來描述感應電流I感的方向與原磁通量變化ΔΦ0的關系？

二、“楞次定律”的第二次教學實踐

1.設計思路

本節課需要重點解決的問題是：如何從根本上解決學生可能產生的兩個思維障礙？針對第一次教學實踐，筆者對“楞次定律”的教學進行了改進。第一，將“演示實驗”改為“分組實驗”；第二，采用了“還原實驗探究‘楞次定律’的過程，讓實驗探究與科學思維齊頭并進”的教學策略。所謂“還原規律探究過程”是指把科學家進行科學探索的一些基本的科學思維方法轉移到課堂教學中來，讓學生在課堂上經歷與科學家發現規律相類似的科學探究過程。在教師的引導下，通過與同學合作，自己發現問題，自己設計探究方案并解決問題，領悟規律發現過程中的“大智慧”，從而開啟自己那扇思維之門，進而發展自己的科學思維能力。

2.教學過程

為了判斷感應電流I感的方向，教師事先要指導學生弄清線圈導線的繞向，及電流的方向、指針擺動的方向與電流計的紅、黑接線柱的關系。

教師：演示條形磁鐵插入、拔出螺線管產生感應電流的實驗，引導學生觀察現象的同時提出問題：感應電流I感的方向與哪些因素有關？

經過動手實驗、交流討論，學生能夠發現，原磁場B0的方向和原磁通量變化ΔΦ0決定了感應電流I感的方向。

教師：我們應該用什么方法研究感應電流I感的方向與原磁場B0的方向和原磁通量變化ΔΦ0之間的關系呢？

學生：控制變量法。

教師：要求學生說明控制變量的具體做法。

經過交流討論，學生能夠發現，原磁場B0的方向與原磁通量變化ΔΦ0存在4種組合情況（學生自然就不會產生思維障礙1）。

教師：要求學生設計探究感應電流I感方向的實驗現象記錄表格。

學生：設計的表格如表2所示（學生不會想到還要記錄感應電流的磁場B′的方向），并按照表格進行實驗、觀察和記錄。

教師：要求學生根據實驗記錄分析感應電流I感的方向、原磁場B0的方向和原磁通量變化ΔΦ0三者之間的關系。

學生：經過交流討論后發現，雖然感應電流I感直接是由原磁通量變化ΔΦ0而產生的，但無法找到兩者之間的某種確定的對應關系（怎么回事呢？學生的思維得到了有效激發）。

教師：因勢利導，引入“中介”——“感應電流的磁場B′”。演示圖1所示的“鋁環實驗”并引導學生思考：鋁環遠離磁體說明兩者之間的作用力表現為斥力，鋁環靠近磁體說明兩者之間的作用力表現為引力，請分析產生斥力與引力的原因。

學生：鋁環中的感應電流產生的磁場會與條形磁體產生相互作用的斥力和引力。可以根據磁極間相互作用的規律（同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引）判斷出感應電流磁場的方向，然后再根據安培定則判斷出感應電流的方向。

教師：現在我們發現了一個既與原磁通量變化ΔΦ0有關又與感應電流I感有關的“中介”，它就是“感應電流的磁場B′”，我們可以利用這個“中介”聯系并確定感應電流I感與原磁通量變化ΔΦ0的關系。（學生自然就不會產生思維障礙2）

學生：在實驗表格2中增加了“感應電流的磁場B′的方向”這一行，根據自己的分析得出“楞次定律”。

3.教學反思

第二次教學實踐讓學生完全參與到探究“楞次定律”中來，采用類似真正的科學探究的方式，還原了“楞次定律”的發現過程，強調知識的自主建構、強調思維品質的豐富與優化、強調科學素養的培植。在學生無法找到感應電流I感與原磁通量變化ΔΦ0之間的某種確定的對應關系的時候，教師并沒有把“感應電流的磁場B′”這個“中介”生硬地“強加”給學生，而是利用“鋁環實驗”自然引入。這樣做，既符合學生的認知規律，又能滿足學生邏輯思維的要求。“鋁環實驗”不但操作簡便，而且原理通俗易懂，更重要的是，學生對于“力和運動”的知識駕輕就熟，這些優勢為學生能夠順利得出“楞次定律”給予了很大的推動作用。

課堂就像旅行，當我們沿著不同的路徑到達某游覽目的地時，路線不同，收獲也不同。在中學物理教學中，探究性課堂教學一直是基礎教育課程改革的主線，如何讓探究性教學在物理課堂教學中得到科學、高效的應用是物理教學永恒的研究課題。

（作者單位：揚州中學教育集團樹人學校，江蘇 揚州，225001）