基于核心素養的高中物理教學設計探討
——以“楞次定律”為例

張國泉

(南京師范大學附屬中學，江蘇 南京 210003)

物理學科的核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”四個方面。如果我們的課堂是填鴨式的，僅有教師的講授，缺失學習者的主動參與和建構，很難真正將上述核心素養的培養落到實處。因為一步到位直接給出結論的教學，無法使學生深入理解所學的知識，也談不上真正掌握。這樣的教學更是有悖于科學的本質，因為科學講究證據，避免偏見。若長此以往，將使學生對科學形成錯誤的認知，認為科學發展總是一帆風順的，甚至會以偏概全，不利于核心素養的培養。著名數學家波利亞說：“在教一個科學的分支(或一個理論、一個概念)時，我們應該讓孩子重蹈人類思想發展中的那最關鍵的步子。”因此作為教師最該做的不是急于將知識直接交給學生，而是要回溯到它產生時的原始狀態，引導學生去經歷知識的發生過程，即以學科知識為載體，以學習者為中心，開展合作交流、問題討論等學習活動。當知識成為學生探究與實踐對象的時候，其學習過程必將是核心素養發展的過程?；谝陨系恼J識，筆者針對“楞次定律”的教學，設計了如圖1所示的流程，具體可分為6個環節，現闡述每一個環節的設計意圖以及具體操作，與同行交流。

圖1

1 觀察現象，科學猜想

楊振寧先生說：“絕大部分物理學是從現象中來的，現象是物理學的根源?！币虼藙撛O相關情境，使學生觀察后有所關注、有所聯想，從而發現、提出物理問題。筆者先進行實驗演示，用磁鐵的不同磁極插入或拔出左側線圈(圖2)，并設計了以下問題。

圖2

問題1：你觀察到了那些現象？這些現象說明了什么？

設計意圖：使學生通過觀察發現：實驗中不僅產生了感應電流，而且不同操作引起的二極管發光情況不同，也就是說產生的感應電流方向不同，引出課題：探究感應電流方向的規律。

問題2：感應電流的方向可能與哪些因素有關？

設計意圖：引導學生明了探究活動的方向和內容，科學發現中最活躍的因素是直覺、猜想與假設。猜想是形成假設的前期準備，假設起著指向作用，只有做出科學的假設，才能確立探究活動的方向和內容。

問題3：哪些因素可歸納為一個的因素？

設計意圖：針對學生提出的不同猜想，進一步確定探究的方向，即影響感應電流方向的兩個可能因素：磁場的方向和磁通量的變化。

2 設疑集思，設計實驗

科學需要證據，這就要求學生能設計和實施實驗探究方案，在實驗中采集數據，進而獲得證據。而采集、記錄數據的方式應盡可能簡單明了，有利于學生更好地基于證據找尋規律，筆者設計了以下問題。

問題4：實驗中二極管的發光情況說明感應電流的方向有所不同，請設計一個實驗，幫助我們更直觀記錄感應電流的方向。

設計意圖：引導學生進一步思考，改進實驗方案，引導學生借助電流計的指針偏向直觀地展示感應電流的方向(圖3)。

圖3

問題5：如何記錄感應電流的方向？

設計意圖：引導學生借助干電池的正負極，運用試觸的辦法來確定感應電流的方向與靈敏電流計指針偏轉方向的關系。

問題6：應該記錄哪些信息？如何記錄？

設計意圖：引導學生針對方案操作和實驗目的，明確應該記錄的信息，并用表格的方式呈現(表1)。

表1

3 分組實驗，探索研究

學科知識只是培養學生的核心素養的載體，而學科活動才是培養學生的核心素養的渠道。因此，要轉變學習方式，倡導深度學習與協作學習。每4人組成一個小組，協同合作，完成實驗，并提出以下問題。

問題7：小組成員協同操作并記錄，討論實驗結果背后有何規律？

設計意圖：通過分組實驗，使得學生在探究過程中，主動與他人合作，協同完成任務并交流分享，準確表述、評估和反思實驗過程和結果(表2)。

表2

問題8：請各小組派代表跟大家分享，你們組有什么發現？對小組代表的發言，其他組的同學可以提問。

設計意圖：為學生提供充分表達的機會，鼓勵學生準確而富有邏輯地進行表達，評估結果對實驗現象的解釋，并引起他人的討論與思考，通過交流確定感應電流的特點，并初步得出結論。

4 綜合分析，得出結論

在實驗結果的基礎上進行思考、分析，發現事物間的聯系和規律，對實驗現象進行必要的解釋，合理地說明事物聯系、變化的原因，問題設計如下。

問題9：我們猜想的因素之一為原磁場的方向，現在我們得到了感應電流的方向(順時針或逆時針方向)，能否找到一個“中介”來進行研究？

設計意圖：在處理實驗信息時，要讓學生依據事實、運用邏輯方法確立物理量之間的關系，從而發展學生基于已知、依據證據、運用推理、大膽創新進行科學論證和解釋的能力，引導學生聯想到可以借助感應電流產生的磁場來進一步研究(圖4)。

圖4

問題10：當磁通量增加時B感與B原反向，當磁通量減少時B感與B原同向?？煞襁M一步歸納、描述規律？

設計意圖：科學思維是對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，包括分析綜合、推理論證等。要求學生能通過科學推理，形成規律性認識。

問題11：剛才這一認識是否具有普遍性呢？如何才能把它作為一條定律確定下來？

設計意圖：科學態度與責任是物理學科核心素養的重要方面，要求學生在認識科學本質等的基礎上，養成科學態度和社會責任。物理研究的成果具有相對持久性、普適性，同時也可能具有局限性，最終確定感應電流方向判斷的規律——楞次定律(圖5)。

圖5

5 深入討論，揭示本質

物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念具有關聯性，因此從不同角度分析研究，建立各個物理觀念間的聯系，有助于進一步認識物理規律的本質，問題設計如下。

問題12：畫出感應電流的產生的磁場方向，結合條形磁鐵的運動，你有什么發現？

設計意圖：引導學生從動力學角度分析出感應電流的磁場總是在阻礙條形磁鐵與線圈間的相對運動(圖6)，從而引發學生從能量角度進行進一步分析。

圖6

問題13：條形磁鐵總是在克服感應電流的磁場力做功，意味著能量在發生怎樣的轉化？

設計意圖：引導學生進一步認識楞次定律的本質，即產生感應電流的過程是實現能量的轉化的過程，從而形成更為深刻、準確的物理觀念。

6 實踐應用，總結方法

學生自主建構的知識具有很強的遷移應用的活力，通過問題的分析、解決，加深學生對所獲取知識的理解，進而培養學生的高階思維能力，設計的問題如下。

問題14：請判斷圖7中ab棒中的電流方向，感應電流的受到的安培力會使得ab棒速度如何變化？

圖7

設計意圖：讓學生利用楞次定律判斷感應電流方向，并進一步體會楞次定律的本質，即能量的轉化，在此基礎上總結出右手定則。

問題15：觀察如圖8所示的實驗，你能否運用今天所學的楞次定律解釋小磁鐵在鋁管中下落得較慢的現象？

圖8

設計意圖：通過與學生預設相沖突的實驗，讓學生進一步認識楞次定律中“阻礙”的涵義。

7 結語

“楞次定律”是高中物理的重要內容，上述針對這節內容的教學設計一言以蔽之：以實驗為載體、問題為核心，促進學生思維的螺旋式上升，提升他們的核心素養。著名物理學家、教育家陳佳洱先生指出：“物理學不只是圖表和數據，它能帶給你很多更珍貴的東西：理性的思維方式、人生的哲學和人生的道路?！被谖锢砗诵乃仞B的教學設計，是在研究課程標準和教材的基礎上，確定教學目標以及教學流程，這樣的教學設計將有助于教師從知識本位轉向核心素養的培養，關注物理學的文化取向，實現物理課程的育人價值，把對學生核心素養的培養落到實處。