遵循學生認知特點 多方面引導學生進行深度探究*
——以探究“感應電流方向”新授課為例

王 波 金朝娣

(北京市陳經綸中學 北京 100020)

1 引言

在高中物理學習過程，學生普遍感覺物理學習難度大，難點多．原因是高中物理課本中許多概念和規律對于學生來說是抽象的，而且涉及的知識面較廣．受應試教育影響，教師升學壓力大，教師大多是單純地照本宣科灌輸式的教學，或者就是簡單的教師演示，學生觀察被動接受．這種方式的教學學生參與度不夠，不能很好地激發學生的學習動力，更不能很好地落實物理核心素養．

2 指向核心素養的物理規律教學實踐創新

2.1 基于核心素養培養的規律教學環節

基于核心素養的規律教學環節如圖1所示.

圖1 規律教學環節圖示

2.2 實施策略和過程性的核心素養培養目標

物理規律教學的實施過程如表1所示.

表1 物理規律教學的實施過程

許多物理概念和規律都是通過實驗再現物理現象，通過觀察、比較、分析等過程從感性到理性認知歸納得出的．所以通過深度探究，不斷地發現問題、解決問題，不僅能最大限度地培養學生科學思維，也能夠培養學生認識物理規律，挖掘物理本質．針對以往傳統教學模式的不足，及新課標對培養學生核心素養的要求，筆者對物理規律的教學做以下改進．

2.3 創新點和解決的問題

在教學過程中通過情境設置引發學生思考，生成問題．通過觀察分析實驗現象總結規律，利用規律判斷情境時發生沖突，引發學生產生質疑，促使學生能夠進一步深入探究，尋找科學本質．在教學環節設置上環環緊扣，通過問題串形式不斷地引導學生進行科學探究，以學生的思維拓展為中心，充分發揮學生的主體作用．學生經歷科學探究過程，學會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力．

3 案例呈現

筆者以“探究感應電流方向”新授課為例，改變以往的教學模式，嘗試利用最簡單的儀器始終圍繞“阻礙”的效果進行探究，以設置問題和解決問題為紐帶，逐步完成本節課的探究過程，最終得出規律本質．具體5個環節如下.

環節一：引入——創設問題情境

設置問題情境：如圖2所示，導體棒MN在水平面上向右切割磁感線，判斷感應電流方向和安培力的方向.

圖2 判斷導體棒切割磁感線過程感應電流和安培力方向

表2 環節一的問題設置及素養目標

實施策略：讓學生回顧判斷感應電流方向的特殊方法即右手定則，利用情境判斷安培力方向，請學生到前面來，用左右手展示出每種情況下棒的運動方向和安培力的方向，最好每種情況一名學生，讓學生們能夠一目了然左右手的拇指方向總是相反的．

創新點：本環節筆者將教學順序進行了調整，從學生認知發展出發，將法拉第電磁感應定律的學習內容安排在楞次定律的前面．學生在學習楞次定律時，已經學習了磁通量的變化、磁通量的變化率，對磁通量概念的理解比較深入，有利于本節課的學習．并且將右手定則判斷感應電流的方法也安排在楞次定律之前，學生通過左右手定則的使用，發現問題，讓學生初步認識感應電流的“阻礙”效果．

環節二：觀察——由現象生成問題

如何來描述感應電流的阻礙作用呢？教師提供實驗儀器，學生進行探究，如圖3所示.

圖3 演示感應電流的阻礙作用

表3 環節二的問題設置及素養目標

實施策略：該實驗操作簡單，效果明顯，所以不需要教師更多的指導．學生分小組進行討論，在分析力的作用效果時學生能夠觀察出，當磁鐵靠近時，二者之間是斥力，遠離時二者之間的力是引力．這時教師要求學生用精練的語言描述現象，同時總結力的作用效果，經過學生的討論交流得出二者之間現象是“來拒去留”，從力的作用效果上看總是在阻礙相對運動，通過這番總結歸納，用精練形象的語言來描述更能讓學生體會到阻礙的效果，同時也鍛煉了學生的語言表達能力和分析總結能力．

創新點：在教科版和人教版教材中都直接從通電螺線管中電流開始探究，這樣涉及線圈繞向、磁場方向、電流表指針偏轉方向與電流流向等關系的梳理，學生在梳理這些關系時中間環節造成的干擾過多．而本節課只借助鋁環和條形磁鐵這簡單的實驗儀器，從觀察鋁環受力這一直觀現象展開探究，過程中一直圍繞著感應電流的作用“阻礙”這一效果進行分析歸納．

環節三：問題引導——探究規律

你能借助規律判斷出感應電流的方向嗎？教師提出問題，引導學生在觀察的基礎上繼續進行分析歸納．

表4 環節三的問題設置及素養目標

實施策略：小組展開實驗探究，觀察現象和討論結論時，提醒學生設計表格，做好記錄．這樣可以使學生的思路更加清晰、目標更加明確，提高課堂效率．通過相對運動判斷感應電流的“等效磁鐵”的磁極，再用右手螺旋定則可以判斷出鋁環內感應電流的方向．學生能夠得出磁鐵與鋁環之間的相互作用是通過磁場作用的，而鋁環周圍的磁場是自身的感應電流產生的，但是學生想不到尋找磁鐵的磁場方向(原磁場)和感應電流的磁場(感應磁場)方向的關系．還需要教師的繼續引導，讓學生將剛才的4種情況記錄在表格中，分別畫出4種情況下原磁場和感應磁場的方向，通過記錄總結歸納得出感應電流的磁場和原磁場之間的關系是“近反離同”．在這環節中學生要小組討論、分析、總結．教師給以適當的點撥和引導．讓學生充分地進行探究和討論，使學生能真正理解誰是原磁場，誰是感應磁場，為下一步探究做好鋪墊．

創新點：通過層層提問引導學生完成探究，從磁極之間的相互作用直接判斷鋁環中感應電流的方向，方法直觀易理解，學生容易接受．學生能在親自探究過程得出結論，使學生獲得成功的喜悅感，激發學生學習熱情．同時使學生懂得物理研究的基本方法——觀察與實驗，有利于培養學生的實驗意識和實驗技能．

環節四：設置認知沖突——進行深度探究

請學生們應用剛剛得出的結論“近反離同”判斷，如圖4所示情景中感應電流的方向．

圖4 “近反離同”的應用演示

表5 環節四的問題設置及素養目標

實施策略：本環節學習難度較大，從運動的表象轉向磁通量的角度分析現象，學生很難想到，需要教師的逐步引導．引導學生從感應電流產生本質原因出發進行分析，尋找判斷感應電流方向的通法．組織學生重新回顧剛才的條形磁鐵靠近鋁環的實驗，尋找靠近和遠離時引起鋁環內什么變化了？它是如何變化的？其實相對運動是表象，本質是磁通量的變化ΔΦ．讓學生繼續補充剛才的記錄表格，4種運動情況鋁環內磁通量的變化記錄下來．通過表格尋找規律，從阻礙的效果思考，鋁環的遠離和靠近其真正的原因是在阻礙什么呢？

學生在教師的引導下，最后得出結論：感應電流的磁場總是在阻礙引起感應電流的磁通量的變化．那么在新的情境中當閉合開關時，磁通量Φ增加，原磁場B原與感應電流磁場B感相反，斷開開關時Φ減少，原磁場B原與感應電流的B感相同，既 “增反減同”．最后給學生們展示偉大科學家楞次用非常精練的語言總結出楞次定律的內容．

創新點：應用規律發現問題的局限性，學生帶著質疑再進一步探究，從本質規律出發尋找判斷感應電流的通法．讓學生體會科學探究的嚴謹，同時也感受到科學家在科學探究過程的艱辛．在教師的步步引導下從感知到抽象，逐步提高學生的思維能力，讓學生的思維達到較強的綜合思維能力．也培養了學生在實驗過程發現物理規律，總結物理規律的能力．

環節五：思維拓展——挖掘本質

教師演示：鋁環懸掛在鐵架臺上，讓鋁環擺動起來，觀察擺動情況．這時將磁鐵靠近擺動的鋁環，如圖5所示.

圖5 判斷鋁環中的感應電流

表6 環節五的問題設置及素養目標

實施策略：教師在演示鋁環擺動時，讓鋁環擺動的時間長些，然后再次讓鋁環擺動起來，將磁鐵靠近，發現兩種情況擺動時間的不同．教師可以引導學生利用剛剛得到的結論判斷鋁環中感應電流的方向，讓學生熟練應用楞次定律判斷感應電流的方法．再分析能量的轉化情況，讓學生理解阻礙是電磁感應現象中能量守恒的必然結果，因為有了阻礙才能實現能量轉化．

創新點：設計鋁環擺動實驗，讓學生能非常直觀地再次感受阻礙的作用．讓學生從現象中分析能量的轉化，從能量的轉化想到做功，自然地將楞次定律的本質展現在學生面前．為電磁感應中能量的問題做好鋪墊，將思考延伸到課下．

4 結論與展望

在教學過程中尊重學生認知特點，從學生的角度創設情境，激發學生的學習欲望，按學生的邏輯思維設計過程，能使學生深刻掌握學習內容．在此基礎上，設置認知沖突，引導學生進行深度探究，在問題解決的過程中，學生思維得到拓展，關鍵能力得到提升．所以讓學生經歷體會、思維碰撞、深度拓展，這樣才能真正實現深度教學．