重視知識建構 促進深度學習①
——以“磁場對電流的作用 電動機”教學為例

(江蘇省太倉市良輔中學，江蘇 蘇州 215400)

“磁場對電流的作用 電動機”是蘇科版物理九年級下冊第十六章第三節的內容，由“觀察磁場對通電直導線的作用”“觀察磁場對通電線圈的作用”和“能夠使線圈持續轉動的換向器”三部分內容組成。從知識角度看，三部分內容緊密聯系，從學生認知方面考慮，內容由淺入深、循序漸進、逐步到位。

在“能夠使線圈持續轉動的換向器”的教學中，由于涉及的問題具有綜合性、真實性、復雜性，對學生的科學思維能力提出了很高的要求，學生要具備構建模型的意識和能力，需要能夠根據解決問題過程中碰到的新情況及時調整策略，對于實驗結果的分析討論，要具有質疑意識，以發現問題背后本質性的東西。在實際的教學中，有老師的教學設計比較草率，表面化、教條化地處理這部分內容，既沒有照顧到學生已有的知識結構，去發現學生已有的知識與新知識間的聯系，也沒有關注學生學習中的知識構建，教師往往從自己的經驗出發設計教學，加上課堂上沒有設計學生親身體驗的活動，缺少理論與實踐的結合,結果使學生感到問題的出現非常突兀，課堂枯燥乏味。

現代認知心理學認為：學習并非是學習者對知識的被動接納，而是在自己已有知識經驗基礎上的主動建構。[1]就是說，學生的學習是一個不斷建構的過程，只有學生主動建構，不斷調整自身的認知結構，學生的學習才能獲得成功。所以，在教學過程中特別要重視學生“已有知識經驗”，使學生學習的過程真正變為學習者主動建構的過程。

1 重視學生體驗，在體驗中發現問題

學生的體驗是一個非常重要的環節，夸美紐斯在《大教學論》中寫道:“一切知識都是從感官開始的。”[2]這種論述反映了教學過程中學生認識規律的一個重要方面：直觀體驗可以使抽象的知識具體化、形象化，有助于學生感性知識的形成。由于體驗過程使學生身臨其境，展示了鮮明具體的形象，一方面使學生從形象的感知達到抽象的理性的頓悟，另一方面也激發學生的學習情緒和興趣，使學習活動成為學生主動的、自覺的活動。同時，體驗式教學創建了一種互動的交往形式，教學過程既是師生信息的交流過程，也是師生情感的交流過程。

本節課在體驗環節設計了兩個體驗活動。

體驗活動1：觀察磁場對通電直導體的作用。

如圖1所示，閉合開關，原來靜止在磁場中的導體發生運動。保持磁場方向不變，改變電流方向，磁場中導體運動方向也發生了改變。保持電流方向不變，改變磁場方向，磁場中導體運動方向也發生了改變。

圖1

圖2

根據實驗現象，歸納得出：(1) 通電導體在磁場中受到力的作用而運動；(2) 通電導體受到的磁場力方向與磁感線方向和電流方向有關。

通過上述的體驗活動，學生不僅知道了通電導體與磁場存在著相互作用，也為整節課的探究作了必要的理論準備。

體驗活動2：觀察磁場對通電線圈的作用。

如圖2所示，在通電瞬間，線框將如何運動？

線圈在磁場中的運動較為復雜，學生的描述遇到了困難，經過仔細觀察后發現：線圈從如圖2位置開始，先逆時針轉過一定角度，接著轉速減小，再反向轉動。這樣來回扭動，最后停止在平衡位置。

那么，為什么通電線圈在磁場中不能連續轉動？要使線圈連續轉動，有什么方法？

由于學生親歷了實驗過程，對新知識接受有了必要的心理準備，同時在體驗的過程中發現了問題，為問題的探究作了充分的準備。

2 細化探究過程，在探究中實現意義建構

問題探究1：為什么線圈只是來回扭動而不是連續轉動？

該問題的討論是探究過程中的關鍵，它既是所學新知識在解決實際問題中的應用，也是進一步探究的基礎，起到了承上啟下的作用。由于問題較復雜，課堂上采取小組合作學習的形式。對討論過程中模糊的認識和普遍存在的問題，通過課堂交流環節解決。

通過學生討論，結合模型分析可以發現，線圈運動是由其受力情況所決定的。

如圖3所示，線圈剛通電時，線框左右兩邊受到的磁場力分別向上、向下，所以在磁場力作用下，線圈加速轉動。

圖3

圖4

如圖4所示：線圈轉過90°時，線框上下兩邊受到的磁場力仍分別向上、向下，但此時磁場力對轉動作用產生的力矩為零，由于慣性線圈繼續轉動。

如圖5所示，線圈轉動角度超過90°時，線框左右兩邊受到的磁場力分別向下、向上，所以在磁場力作用下，線圈先減速轉動，再反向轉動。

圖5

圖6

如圖6所示，線圈經過幾次來回扭動后，停在了平衡位置。

顯然，線圈不能連續轉動的關鍵，在于線框左右兩邊受到的磁場力不能提供持續的動力。問題的關鍵找到了，如何來解決這個問題呢？這就引出了問題2的探究。

問題探究2：若要使線圈連續轉動，有什么方法？

對于問題2的探究是整堂課的核心，是學生應用所學知識、創造性解決問題的過程。由于問題具有開放性，在解決問題的過程中，要求學生能從多角度、多層次、多結構去思考，去尋找答案，充分體現了培養學生核心素養的要求。

使線圈連續轉動的關鍵是在線圈轉過平衡位置時，改變力的方向，而改變力的方向最合理的方法是改變電流方向，據此設計出方案。

課堂上通過小組合作探究和教師的積極引導，最終各個小組提出了自己方案。

方案一：雙電源變向法

雙電源變向法是學生設計中提出最多的方案，如圖7所示，利用兩組電源、一個單刀雙擲開關，交替地供電，實現改變電流方向的目的。有學生提出，利用兩組電源設計上不夠簡潔。

圖7

圖8

方案二：單電源變向法

單電源變向法是上一種方案的改進版，如圖8所示，利用一組電源和兩個單刀雙擲開關，交替地供電，以實現改變電流方向的目的。

方案三：間隙通電法

如圖9所示，線圈在轉過平衡位置時，切斷電源，由于慣性，線圈繼續轉動。通過間隙通電可為線圈轉動提供動力。

圖9

由于細化了探究過程，學生在探究過程中的創造性得到了充分的發揮，在探究過程中實現了知識建構。

問題是探究式教學的核心與載體，學生的探究活動是圍繞問題展開的。教師必須根據教學目的和內容，精心考量，提出難度適中的問題，在富有開放性的問題情境中進行探究，這是探究活動成功的關鍵。

3 培養批判精神，在反思中追求創新

通過學生的自主探究，從理論上解決了使線圈持續轉動的問題，在實際操作中又會遇到什么問題呢？

接著，讓學生按照自己設計的方案，連成實際的電路上臺展示。

學生馬上發現了新的問題：(1) 開關由人工操作，理論上好像沒有問題，但實際操作時發現，要使電路中電流的變向與線圈的轉動步調完全吻合，幾乎是不可能的，如果線圈高速轉動，要予以實現更是天方夜譚；(2) 由于線圈與電源的連線是固定的，所以沒轉幾圈，導線就纏在一起了，線圈不可能持續轉動。

這是在實際研究過程中發現的問題，要解決這些問題，需要創造性的發散性思維。創造性思維具有新穎性，貴在創新，在思路的選擇上、思考的技巧上、思維的結果上，具有獨到之處。

圖10

換向器的發明就是從理論到實踐的一次很好的體驗。在老師的啟發下，學生終于發現了如圖10的換向器，解決了大家提出的問題。有學生指出，換向器的實質是兩個組合在一起的一個單刀雙擲開關，這種理解入木三分。

4 結語

在教學中，教師必須從學習目標出發，激活學生頭腦中已有的知識，在此基礎上，教師要及時引導學生進入新知識的學習。在傳授新知識時，教師不能照本宣科，而要將學習的內容、任務整合成易于被學生所理解的有組織的知識，把這些知識與學生生活實際緊密結合，并根據具體情況選擇恰當的教學方法，以適當的方式呈現、講授給學生。

教學設計應適時地“修剪”、重組教材的內容、方法，以適合學生吸收。從這種意義上講，教學設計的過程是對教材再次開發的過程。只有重視知識建構，促進深度學習，才可以更好地達到教學的目標。