基于核心素養的高中物理課堂教學設計
——以《楞次定律》為例

基于核心素養的高中物理課堂教學設計
——以《楞次定律》為例

□何文明
（杭州市富陽區教育局教研室，浙江杭州 311400）

基于核心素養的高中物理課堂，要求我們在教學設計中，關注“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”和“科學態度與責任”四要素.要在高中物理課堂上培養學生的核心素養，必須對教學內容進行核心素養指標下的分析；在此基礎上，根據物理核心素養的相關素養表現與素養內涵，確定具體的可操作性的教學目標，并設計好基于物理核心素養的教學過程，使學生核心素養的培養落到實處.

高中物理；核心素養；教學設計；楞次定律

物理核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成適應學生未來發展所需要的必備能力與關鍵品格，它是關于學生知識、技能、情感、態度、價值觀等多方面要求的綜合體.基于核心素養的物理課堂教學，要求我們在教學設計中，關注“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”和“科學態度與責任”四個維度.每個維度都有其特定的素養形式與素養內涵，本文以《楞次定律》為課例，談談基于核心素養的高中物理課堂教學的設計與思考.

一、基于物理核心素養的教學內容分析

《楞次定律》是一節典型的學習難度較大的物理規律探究課，一是涉及的因素多，有磁場方向、磁通量的大小、磁通量的變化、線圈繞向、電表指針偏轉、電流方向等.雖然學生已經對這些物理量有了基本的了解，但在同一實驗中涉及那么多的物理因素，學生感到難以理清頭緒.二是規律比較隱蔽，難以通過一般的概括獲得規律，要求有很強的分析、推理和概括能力.“楞次定律”因其內容的復雜和表述的間接使規律顯得更加抽象.前面學習的“電場”和“磁場”描述的場都是“靜態場”，大小和方向是恒定的，而“楞次定律”所涉及的是變化的磁場與感應電流的磁場之間的相互關系，是一種“動態場”，學生理解難度增大.

針對課題《楞次定律》的特點，基于物理核心素養，我們對教學內容進行分析，列出了核心素養所對應的教學內容（見表1）.

表1

二、基于物理核心素養的教學目標確立

教學目標是通過一定的教學程序后學生所獲得的素養或能力的狀態的描述，是指教學活動實施的方向和預期達成的結果.

我們認為核心素養不能替代教學目標，核心素養是學生必備的品格和關鍵能力，是人的最終發展目標，而教學目標是指某一具體的教學活動預期達到的結果（學生心理與行為的變化），是一個特定過程的最終狀態.因此，要形成核心素養這個“狀態”，離不開每一節課的教學的“小目標”.為此我們根據物理核心素養的素養形式與素養內涵，列出了本課的教學目標（見表2）.

表2

三、基于物理核心素養的教學過程

在基于物理核心素養的教學內容分析和教學目標確定的基礎上，設計基于學生物理核心素養的培養的教學過程.

（一）基于真實情境 提出研究的物理問題

通過演示實驗創設問題情境，可以調動學生學習興趣，激發學生的求知欲，并提出需要深入探究的物理問題.我們從學生原有的認識入手，條形磁鐵穿過閉合線圈產生感應電流，設計演示實驗，如圖1所示，條形磁鐵穿過線圈，用微電流傳感器檢測線圈中的電流如圖2所示，學生能分析觀察到的物理現象，提出可探究的物理問題——感應電流的方向的變化與哪些因素有關？這樣引入的目的是培養學生發現問題和提出問題的能力.

圖1

圖2

（二）參與方案制定 經歷實驗探究過程

我們立足教材，并對教材進行延伸和深挖.以問題為導向，通過一組活動，從科學猜想到設計實驗，再進行實驗研究，在課堂上讓學生經歷探究的全過程，真切感受到科學探究的樂趣，提升對科學本質的認識，提高實驗探究的能力，逐步發展豐富物理核心素養.

活動1（科學猜想與設計實驗）

在對圖2所示的現象分析基礎上，進行科學猜想——感應電流的方向與磁場的磁通量的變化有關.

制定“探究感應電流方向與磁通量變化的關系”的實驗方案，要有產生感應電流的實驗裝置（如圖3所示），變量的控制（磁鐵的極性和運動方向、線圈的繞向），感應電流方向的測定（電流表），設計記錄的表格，如表3.

圖3

表3

活動2（初步探索）分組實驗，判斷電流流向和電流計指針偏轉方向之間的關系.

學生設計實驗方案，如圖4所示，通過實驗，判斷出電流從正接線柱流入，指針向右偏；從負接線柱流入，指針向左偏.通過親身參與探究活動，獲得感性認識，并能得到自主探索、合作交流的能力.

圖4

活動3（深入探究）磁鐵的N極和S極插入線圈或拔出線圈，觀察指針的偏轉情況，得出線圈中感應電流的流向及磁通量變化的關系.

（三）分析實驗數據 主動得出實驗結論

教師事先設計了表格形式的學案（表4），表格第四、第五行沒有涉及任何物理量，這給學生留足了探究的空間.通過小組討論，研究發現“感應電流方向”與“磁通量變化”之間并沒有直接關系.教師引導是否還有其他因素的影響呢？在學案表格中加入一行——原磁場的方向.再經過小組交流，仍然找不到規律.因為磁場方向是豎直方向，而感應電流方向是水平螺旋方向，啟發學生明白安培定則就是讓這兩個方向的物理量發生關系的，從而教師再引導學生引出“中介量”——感應電流的磁場方向，引導學生，在表格中增加原磁場方向和感應電流磁場方向兩個因素.逐步完成表格，再通過交流討論，歸納總結得出：當線圈內磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場方向相反；當線圈內磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同.在教師的引導下，得出“增反減同”，進一步概括得到“阻礙”兩字.

表4

學生從而主動得到楞次定律：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化.

規律比較隱蔽，其抽象性概括性很強，學生很難獨立對其歸納和總結.教師鼓勵學生進行小組討論，給足時間和空間，在充分的交流和表達過程中，碰撞出智慧的火花，發展核心素養.

（四）進行實踐檢驗 納入自身知識結構

如圖5所示，有兩個輕質鋁環A（閉合）和B（斷開），某同學手持磁鐵的任意極靠近A，A會怎么運動？遠離A時，A怎么運動？

圖5

用實驗證明，楞次定律是正確的.

進一步分析：用磁鐵靠近輕質鋁環A時，在鋁環中產生了感應電流，獲得了電能.在這一過程中，鋁環與磁鐵有相互作用的電磁力，所以，此同學對磁鐵和鋁環這個系統做功，符合能量守恒的普遍規律.倡導學生要節約能源，促進可持續發展的責任感.

（五）解決實際問題 提升科學思維能力

回歸課前引入的演示實驗，根據楞次定律解釋為什么條形磁鐵穿過閉合線圈，電流方向會發生改變？

讓學生解決真實的物理問題，從中認識物理學的價值和與生活、社會、科技的聯系，明白物理規律可以預測事物的結果或現象.

（六）總結學習內容 欣賞楞次定律

鼓勵學生進行總結反思，本節課的研究內容、研究方法和研究結論，在此基礎上欣賞楞次定律的簡潔之美，楞次定律所蘊含的深刻的哲學道理，體會科學研究的樂趣和應有的態度.

基于物理核心素養的教學設計，是在研究物理核心素養的素養形式與素養內涵的基礎上，確定其教學目標，有助于教師抓住“物理核心素養”主題，真正從物理知識本位轉向關注完整的人、關注人的素養而進行的教學，有助于教師建構基于大教育觀下的有效物理教學，把對學生核心素養的培養落到實處.