基于物理學科核心素養的“楞次定律”創新教學設計

朱亞軍

[摘 ? 要]在新高考改革的背景下，中學物理教學必須與時俱進，教學設計和教學過程都要滲透物理核心素養的四個方面。文章以“楞次定律”教學設計和教學過程為例，探討創新性教學設計。在實際教學中，教師可以自制實驗器材，營造“鮮活、靈動、激趣、勵志”的教學氛圍，從而有效培養和提升學生的物理學科核心素養。

[關鍵詞]楞次定律;核心素養;創新;教學設計

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）26-0036-03

目前，在全方位推進高考內容改革，逐步推進如圖1所示的“一體·四層·四翼”高考評價體系的大背景下，中學物理教學必須緊緊圍繞物理學科核心素養進行教學設計。

物理學科核心素養是學生在接受物理教育的過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的關鍵能力和必備品格。主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。

“楞次定律”是判斷感應電流方向最重要的依據之一，不僅是“電磁感應”一章的重點，更是教學的難點，還是高考考查的熱點。“楞次定律”的教學內容涉及物質觀、運動觀、能量觀和相互作用觀等物理觀念。教學過程中教師應引導學生運用分析、推理和綜合等方法進行科學思維，解決課堂中生成的問題;帶領學生經歷在真實情景中提出問題，形成猜測和假設，利用科學方法獲取信息和處理信息，形成結論，以及對探究過程和結果進行交流、評估、反思的過程，培養學生誠信為本、求真務實的高尚品德和一絲不茍、實事求是的科學態度。

一、設計理念

設疑、研討、探究、合作、建構、應用。

二、教學目標

1.回顧感應電流產生的條件，理解楞次定律和右手定則，能運用楞次定律和右手定則判斷感應電流的方向。

2.經歷實驗、探究、分析、綜合的過程，得出感應電流的方向與引起感應電流的磁通量的變化之間的關系，提高自主學習和合作探究的能力。

3.保持對科學探究的熱情，培養勇于創新、樂于創新、善于創新的意識和能力，并逐步形成嚴謹踏實、實事求是的科學態度。

三、教學重點和難點

重點：理解和應用楞次定律。

難點：弄清以感應電流的磁場為“中介”確定感應電流方向的相關知識，理解楞次定律中“阻礙變化”的含義。

四、教學方法

啟發研討、探究建構教學。

五、教學器材

1個金屬框（15 cm×20 cm），1塊塑料板（30 cm×40 cm），2塊強磁鐵，相同規格的銅片2片（2 cm×2 cm），自制螺線管30個，條形磁鐵30條，發光二極管（焊接有2個不同顏色的鱷魚夾）60個，演示用螺線管1個，干電池和導線若干。

六、教學過程

1.溫故知新，引入課題

【教學用具】一個矩形金屬框，如圖2所示。

【教師活動】

[引導提問]上一節課，我們學習了第2節“探究感應電流的產生條件”，請問：在圖3所示的情形下，如何才能在矩形金屬框ABCD中產生感應電流？

【學生活動】

[交流、討論，提出方法]線圈水平向左、向右運動，線圈繞AB邊旋轉，線圈繞AD邊旋轉，線圈繞對角線AC旋轉，線圈移出黑板平面，改變電流I的大小和方向，等等。

【教師活動】

根據學生的表述，教師在黑板前移動圖2所示的矩形金屬框，引導學生分析矩形金屬框中磁通量是否變化，及如何變化。

[提出問題]如何判斷矩形金屬框中的電流方向？

引入課題——楞次定律。

2.設疑激趣，探究緣由

【教學用具】一塊矩形塑料板（30 cm × 40 cm），2塊強磁鐵，相同規格的銅片2片（2 cm × 2 cm），如圖4所示，其中銅片和塑料板的圖片未按同一比例縮小。

[教師演示]上課之前，將強磁鐵固定在塑料板背面的左側中部。演示時，將塑料板正面朝向學生，傾斜放置，傾角大于75°，在沒有強磁鐵一側的塑料板上部，從同一高度由靜止并排同時釋放銅片1、銅片2。觀察銅片1、銅片2的運動情況。

發現銅片1、銅片2的運動情況相同，都做加速運動，幾乎同時到達塑料板的底端。

改變銅片1、銅片2釋放的位置，將銅片1置于有強磁鐵一側的塑料板上部，銅片2置于沒有強磁鐵一側的塑料板上部，仍然從某一高度由靜止并排同時釋放銅片1、銅片2。發現銅片1慢于銅片2到達塑料板的底端。更換銅片1和銅片2釋放的位置，重做實驗，發現銅片2慢于銅片1到達塑料板的底端。

【學生活動】

[分析、討論]雖然銅片1和銅片2完全相同，但兩銅片釋放的水平位置相距較遠時，運動的情況不同，其中一種路徑中的銅片明顯受到了阻礙作用。

[學生猜測]塑料板的背面兩側有差異。

【教師活動】

[展示、提出問題]將塑料板的背面朝向學生，發現運動中銅片受到阻礙一側的塑料板中部有磁鐵。說明銅片經過磁鐵附近的過程中受到了阻礙。

銅片在運動過程中為什么會受到阻礙作用呢？學完本節內容，即可明白其中的緣由。

【設計創新】

在許多資料和教學設計中，都是讓磁鐵分別從塑料管和銅管中下落，觀察磁鐵下落的快慢，發現磁鐵在塑料管中運動的時間比較短，在銅管中運動的時間比較長，這也能說明磁鐵在銅管中受到了阻礙作用，但并不夠直觀。

在本創新教學設計中，讓學生真真切切地看到銅片在運動過程中確實受到了阻礙作用，好像有一只無形的手阻礙著銅片的運動。

3.分組實驗，探究規律

【教學用具】發光二極管（焊接有2個不同顏色的鱷魚夾）60個，自制螺線管30個，條形磁鐵30條，演示用螺線管1個，干電池和導線若干，如圖5所示。

環節1：回顧二極管的單向導電性。

【學生活動】

根據圖6所示的電路圖，連接實物圖。先后閉合開關S，調節滑動變阻器接入電路的阻值，發現二極管1正向連接，能發光;二極管2反向連接，不發光。

【教師活動】

[演示實驗]實驗器材如圖7所示。把條形磁鐵的N極快速插入接有兩個二極管的螺線管中，發現二極管a發光;迅速拔出條形磁鐵的N極，看到二極管b發光。

把條形磁鐵的S極快速插入接有兩個二極管的螺線管中，發現二極管b發光;迅速拔出條形磁鐵的S極，看到二極管a發光。

這是為什么呢？

【學生活動】

[學生思考、討論]條形磁鐵迅速插入或拔出的過程中，不同的二極管分別發光，說明此過程中螺線管相當于電源，且螺線管中的電流方向與條形磁鐵的極性及運動方向有關。

環節2：探究螺線管中產生的電流方向與條形磁鐵的極性及運動方向的關系。

【學生活動】

根據圖8所示的實物圖，借助兩個發光二極管，利用自制的螺線管和條形磁鐵探究條形磁鐵N極迅速插入、拔出線圈過程中感應電流的方向，完成下列表格中的填空。

[N極 插入 拔出 原磁場方向 向下 向下 穿過回路磁通量的變化 增加 減少 感應電流方向（俯視） 感應電流磁場方向 ]

根據圖9所示的實物圖，借助兩個發光二極管，利用自制的螺線管和條形磁鐵探究條形磁鐵S極插入、拔出線圈過程中感應電流的方向，完成下列表格中的填空。

[S極 插入 拔出 原磁場方向 向上 向上 穿過回路磁通量的變化 增加 減少 感應電流方向（俯視） 感應電流磁場方向 ]

環節3：對上述實驗得到的結論進行綜合分析，完成下列表格。

【學生活動】

[學生思考、討論]

[磁極運動情形 N極插入 S極插入 N極拔出 S極拔出 磁通量的變化 增加 減少 原磁場的方向 向下 向上 向下 向上 感應電流I感的方向（俯視） 逆時針 順時針 順時針 逆時針 感應電流磁場方向 向上 向下 向下 向上 相互作用力 相斥 相吸 結 論 阻礙相對運動，阻礙原磁通量的變化。 ]

環節4：對上述表格中的結論進行歸納。

【學生活動】

[學生總結]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原磁通量的變化——楞次定律。

【教師活動】

[引導思考]對楞次定律中的“阻礙”如何理解：

（1）誰起阻礙作用？（2）阻礙什么？（3）如何阻礙？（4）阻礙效果怎樣？

【學生活動】

[學生總結]（1）感應電流的磁場起阻礙作用;（2）阻礙引起感應電流的磁通量的變化;（3）阻礙方式為“增反減同”“來拒去留”;（4）阻礙不是相反，阻礙不是阻止，阻礙使磁通量的變化變慢。

楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現象中的反映。

4.學以致用，解決問題

[例題1]請學生分析教材中的例題1（過程略）。

[例題2]試分析本課演示實驗中銅片經過強磁鐵時受到阻礙作用的原因。

【學生活動】

[學生分析]可用“來拒去留”來解釋，當銅片接近強磁鐵時，銅片中的磁通量增大，感應電流產生的磁場與原磁場方向相反，安培力阻礙銅片接近;當銅片離開強磁鐵時，銅片中的磁通量減少，感應電流產生的磁場與原磁場方向相同，安培力阻礙銅片離開，故銅片經過強磁鐵時會受到阻礙作用。

[例題3]如圖10所示，在通入恒定電流I的長直導線附近有一個矩形線圈ABCD，線圈與導線始終在同一個平面內。線圈在導線的一側左、右平移時，其中產生了A→B→C→D→A方向的電流。請判斷：線圈在向哪個方向移動？

分析：通電長直導線在矩形線圈ABCD處的磁場方向垂直線圈平面向里，而感應電流產生的磁場方向垂直于線圈平面向外，兩者方向相反，說明線圈移動時，磁通量在增加，因此，線框向左移。

【學生活動】

總結應用楞次定律判定感應電流方向的思路，如圖11所示。

思考：如圖12所示，閉合回路的一部分導體AB水平向右做切割磁感線運動時，怎樣判斷感應電流的方向？

【學生活動】

根據楞次定律可判斷出導體AB中的電流方向為從A→B。

仔細觀察磁場方向、導體運動方向和感應電流方向三者之間的關系，發現這三個方向兩兩相互垂直，由此可見，可用右手四手指所指的方向來記憶導線切割磁感線時產生的感應電流方向：伸開右手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從掌心進入，拇指指向導體運動的方向，四指所指的方向就是感應電流的方向——右手定則。

[例題4]應用右手定則分析教材中的例題2（過程略）。

5.本課小結，提煉升華

【學生活動】

楞次定律的本質：能量轉化和守恒。

阻礙變化的形式：增反減同、來拒去留等。

完成教材“問題與練習”中的其他題目。

6.教學反思，日臻完美

課堂教學是培養和提升學生核心素養的主陣地。本節課教學設計的思路是：創設情境→激發興趣→發現問題→提出問題→實驗探究→總結規律→理解定律→應用定律。通過演示實驗，探究實驗及分析、交流、討論和歸納，引導學生經歷科學探究的過程，逐步理解、掌握楞次定律的內容，同時培養學生的學習興趣，鍛煉學生的操作能力、合作交流能力和分析綜合能力，提高學生的學科素養和發散思維能力，培養學生的科學態度和科學精神。

本節課的教學內容和學生活動比較多，教師預設明顯多于課堂生成，導致學生的主體性被部分弱化。

物理學科核心素養是物理教學的靈魂，親歷物理規律的發現過程是培養學生能力的關鍵。離開了物理學科核心素養和探究過程，物理教學就成了無源之水、無本之木，學生素養的培養也就成了鏡中花、水中月。

（責任編輯 易志毅）