指向核心素養的“電磁感應”教學設計

雷迎春

(寧波大學附屬學校，浙江 寧波 315033)

發展學生核心素養的重要性已經逐漸被廣大教育工作者認同并付諸教學實踐．培養學生核心素養旨在推進教育教學改革,如何將核心素養從一套理論框架或者育人目標體系,落實與推行到具體的教育和社會活動中去,進而真正實現其育人功能與價值,是教育領域面臨的重大問題．[1]

課程實施是將課程標準轉化為教師教學行為的過程．推進基于核心素養的課程實施,是保證融入核心素養后的課程標準落實到教師課堂教學行為的重要環節．怎樣讓核心素養的培養目標在具體的課堂教學落地生根,教師必須重視教學設計,在關注學生認知規律、設計教學環節、取舍教學內容、優化教學流程時關注學科核心素養的培養．下面就以“電磁感應”為例談筆者的一些實踐與思考．

新課引入.

用一根導線連接指示燈的兩個接線柱后,將它放置在電磁爐的發熱盤上,指示燈不發光．啟動電磁爐,指示燈發光．

師:在沒有啟動電磁爐時為什么指示燈不發光?

生1:因為沒有電源連接指示燈,指示燈中沒有電流通過．

師:為什么啟動電磁爐后指示燈發光了?

生2:指示燈發光,應該是指示燈中有電流通過．

師:為什么在啟動電磁爐后指示燈中就有電流通過呢?這就是我們今天要學習的內容“電磁感應”．

點評：在本課引入中,巧妙地利用學生的原有生活經驗和認知沖突激發學生探究新知的興趣,讓學生在一上課就產生驚奇、發出驚嘆、產生求知欲．“導入”是課堂教學的引子,它是教師為有效組織教學而精心設計的一個教學環節,巧妙的導入,不僅能明確提出本課的教學內容和要求,使新舊知識在不知不覺中自然過渡,還會使學生對新知識產生濃厚的興趣,有利于積極地進入新課學習,從而積極高效地達成教學目標．

經濟合作與發展組織“素養界定與遴選”項目中指出,核心素養著力解決的是提高學生面對復雜情境下的問題解決能力,使之能夠適應飛速發展的信息時代和復雜多變的未來社會．[2]真實生活中的問題情境往往復雜多元,教師教學中應注意把抽象問題與真實情境相結合,為學生創設能夠利用所學知識解決真實問題的機會．

新課學習.

環節1：電磁感應的發現.

師:18世紀末,伏打發明的電堆問世以后,科學家們就有了能產生穩定、持續電流的裝置,為電學研究打開了新局面．科學家們利用電堆提供的持續電流,研究得出了著名的直流電路電流定律——歐姆定律,并發現了電流的若干效應,使人們開始意識到電的應用可能有十分廣闊的前景,于是尋找大規模獲得持續電流的新途徑成為社會發展的迫切需要．1820年,奧斯特發現電流的磁效應,引起了當時科學界的轟動,原以為互不相干的電現象和磁現象竟然如此密切相關．許多科學家因而思考既然“電能生磁”,為什么“磁不能生電”呢?英國科學家法拉第經過10年堅持不懈的努力,終于在1831年通過實驗發現了電磁感應現象,并得出了電路中產生感應電流的條件．你能從電磁感應現象的發現過程得到什么啟示?科學家從“電能生磁”想到“磁是否能生電”用到了什么思維方法?

點評：教師通過電磁感應發現的歷史讓學生談啟示,不僅讓學生了解電磁感應現象的發現背景,更注重對材料的進一步挖掘讓學生了解這一過程的同時有所思考有所感悟,而這樣的思考與感悟也必將影響學生學習的毅力和恒心．教師還注重該過程中的思維方法的分析,物理學科核心素養的其中一個重要方面就是科學思維,而逆向思維也是科學思維的一個組成部分,這樣處理教學內容對在科學教學中優化提升學生的科學思維水平是有效的．

環節2：觀察靈敏電流表.

師:現在讓我們像法拉第那樣用實驗方法來探索“磁生電”的奧秘．但是有的時候產生的電流很小不足以使指示燈發光怎么辦?

生1:可以用電流表測電路中是否有電流．

師:但是產生的電流很小,不足以使普通電流表指針偏轉怎么辦?

生2:用更靈敏的電流計．

任務1：觀察靈敏電流計.

圖1 靈敏電流計

(1) 如圖1所示的靈敏電流計,在電路圖中常用符號G表示,觀察它的刻度盤上“0”刻度線的位置與一般電流表有什么不同．為什么要這樣設計?

(2) 用1節干電池作為電源,將電源、靈敏電流計、變阻箱和開關連成電路,電阻箱取值5000Ω．使電流從靈敏電流計右側接線柱流入電表,瞬時閉合開關,留意觀察靈敏電流計指針的偏轉方向．

(3) 改變電流流入靈敏電流計的方向,重復實驗,注意觀察它的指針的偏轉方向有什么不同．

學生實驗,發現規律并在班級匯報交流．

點評:教師讓學生在探究過程中了解靈敏電流計可以判斷微弱電流的有無,也可以通過指針的偏轉方向判斷微弱電流的方向．探究的過程不是簡單的問答與討論,而是一種對話．教學假如僅僅局限于教師主導的講解,是不可能形成真正的學科教學的．在知識的建構過程中最重要的是讓學習者從自身經驗到假設生成的過程．就要求學生在問題解決過程中,一方面思考運用怎樣的知識才有效,并且收集必要的信息,另一方面,面對復雜的問題情境展開扎扎實實的對話．

環節3：觀察按壓式手電筒的內部結構.

使用按壓式手電筒,無需更換電池,只需按壓按鈕就能發光．拆開它,觀察其內部結構．學生通過觀察發現按壓式手電筒內有:磁鐵、導線、金屬片等結構．

點評:通過這一環節的設計,可以初步了解研究電磁感應所需要的器材,否則學生不清楚為什么要用到磁鐵、線圈、靈敏電流計等等,教師通過對教學環節的重新設計,降低了學生的思維難度,使內容的呈現更符合學生的認知規律,有利于學生對教學內容的內化、建構．

圖2 電磁感應1

環節4：磁場產生電流的條件.

每組提供U形磁體、條形磁體、靈敏電流計、導線、銅質導線繞成的矩形線圈、螺線管等器材讓學生進行器材選擇,并交流選擇的理由．

部分小組選取U形磁體、靈敏電流計、導線、銅質導線繞成的矩形線圈作為實驗器材,串聯成閉合電路．

小組通過實驗得出以下規律，如表1.

表1 感應電流產生條件記錄表

續表

圖3 電磁感應2

部分小組選取條形磁體、靈敏電流計、導線、螺線管作為實驗器材,串聯成閉合電路．

小組通過實驗得出以下規律,如表2.

表2 感應電流產生條件記錄表

斷開開關,重復上述實驗發現,不管導線怎么運動,靈敏電流計的指針都不偏轉．

通過學生討論、教師點撥最終得出:閉合電路的部分導體在磁場中切割磁感線運動時,導體中會產生感應電流,這種現象叫做電磁感應現象．

點評：物理觀念是物理的學科核心素養之一,而學生建構物理觀念是一個十分復雜的認識過程．建構主義認為學生學習新的概念之前,頭腦中已經有大量的在日常生活基礎上形成的相關知識經驗,這些知識經驗稱之為前概念．學生的學習過程就是通過新舊經驗的相互作用來建構自己的知識的過程．[3]這種教學策略是建立在學生原有生活認知的基礎上,使得學生在教師的幫助下將原有的生活觀念向科學認識發展和拓寬．在學生掌握定量的物理規律之前,給學生提供機會建立對現象的定性直覺理解,教師在這個基礎上幫助學生搭建“支架”，這樣可以促進概念的轉變．

在此過程中,教師提供多種器材讓學生選擇,而在每種選擇的后面都包含學生的思考,有利于教師發現學生的思維水平和思考過程,同時為后面學習感應電流的方向與哪些因素有關做好鋪墊．

環節5：產生感應電流條件的討論.

教師在學生得出電磁感應現象后讓學生提取概念中的關鍵詞:“閉合電路”、“部分導體”、“切割磁感線”,并讓學生分析產生電磁感應現象為什么必須要這幾個條件?由于初中不講磁通量,所以為什么要是部分導體,教師不做深入分析．為什么要是閉合電路?學生對電路中有電流的兩個條件:閉合電路和導體兩端有電壓已有認識．如何判斷導體有沒有切割磁感線,教師用右手一根手指代表導線,左手張開的手掌靠掌心一端表示北極,指尖表示南極,手指的指向便是磁感線的方向,將右手一根手指插入左手指縫中,根據手指的運動判斷有沒有切割．教師說明電磁感應的實質就是機械能轉化為電能的過程．

點評：本環節教師通過學生討論使學生進一步理解電磁感應現象產生的條件,對于“部分導體”初中階段讓學生理解有比較大的困難,所以教師進行了弱化處理,留待后續學習繼續探討．而對“閉合電路”則利用已學知識的遷移,對“切割磁感線”的判斷教師提出了操作判斷的方法,簡單易學便于學生應用．教師將是否切割磁感線的判斷轉化為學生的操作技巧,有利于學生的習得．

環節6：影響感應電流方向的因素.

通過剛才的實驗發現靈敏電流計的指針在左右擺動,說明感應電流是有方向的,讓學生猜想感應電流的方向跟哪些因素有關,每小組提供實驗器材:U形磁體、靈敏電流計、導線、銅質導線繞成的矩形線圈、鐵架臺等,學生通過實驗得出以下規律，如表3.

表3 影響感應電流方向的實驗記錄表

通過學生討論、教師點撥、歸納總結得出感應電流的方向跟導體運動方向和磁感線方向有關．

點評：本環節教師先讓學生猜想影響感應電流方向的因素,然后通過實驗進行驗證得出結論,讓學生經歷科學探究的相關步驟,在教學中注重物理學科核心素養的養成,逐步培養學生的科學探究能力．

應用遷移：演示將磁性小球從鋁管中下落,學生發現磁性小球下落速度非常慢,讓學生對這一現象進行解釋,學生容易得出是由于電磁感應,部分機械能轉化為了電能,所以磁性小球下落比較慢．能不能通過實驗證明鋁管中確實有電流呢?學生通過討論可以用導線在鋁管上接上發光二極管,當磁性小球通過鋁管下落時,二極管發光．

課后思考：感應電流的大小和哪些因素有關?你能設計實驗進行證明嗎?

整節課的教學流程，如圖4.

圖4 教學流程圖

學習的主體終究是學生,學科核心素養的培養要求教學從“教師中心”轉向“學習者中心”．思考力的培育同知識的習得存在不可分割的關系．沒有知識,思維就不能展開．思考與表達的活動必然伴隨某種知識的習得與理解．反之,知識倘若沒有聯接新知識與舊知識的思考,也不可能獲得．[4]

學習與鞏固的有效方法,需要把握以下幾個著力點.

(1) 尋求學習情境的真實性．重要的是設定具有綜合性,又有思維挑戰性且學生樂于探究的問題．我們需要的是從生活經驗等創設教學情境,這種問題對于學生而言必須具有現實性,使得他們能夠體會到知識在生活中的應用,并主動用科學知識解決實際生活中的問題．

(2) 把探究過程還給學生．科學探究是物理學科核心素養非常重要的一個方面,在教學設計過程中教師要根據教學目標設計難度適中并富有挑戰性的探究活動,讓學生在探究活動中提升觀察能力、理解科學規律、提高探究能力．

(3) 創造課堂中的思維文化．在傳統的課堂中決定真理的權限在于教師和教科書,其本質是由教師傳遞現成的知識給學生而已．在核心素養培養的導向下,教學應該是學生在教師的引導下,學生同教材對話、與同伴交流及自我反思,展開知識的協同探究與建構的過程．這樣,學生是作為知識的探討者、研究者、建構者,而教師是支持他們展開對話的引導者、促進者．

在倡導學科核心素養指導下教學的今天,教學中要做到目標盡可能讓學生明確;知識盡可能讓學生發現;問題盡可能讓學生先提;方法盡可能讓學生領悟;疑難盡可能讓學生探究;得失盡可能讓學生評價．科學教育是培養學生對科學真諦的崇高信仰和對科學之謎的無限遐想;科學教學的關鍵是在教學過程中使學生常懷好奇之心、常備探究之意和常感感悟之樂;科學教學的目的是不僅要讓學生掌握豐富的理論知識,更重要的是要培養他們敢于探索、勇于創新的精神,不僅僅要把學生培養成為新現象、新問題、新規律的發現者,更重要的是培養學生成為一個敢于嘗試,勇于挑戰失敗的實踐者和樂于思考、善于總結的探究者．