“學為中心”的物理教學設計探討
——以“楞次定律”為例

陳燕琴

(浙江省回浦中學,浙江 臺州 317000)

“學為中心”是現代教育理念下為順應新時代的育人要求、促進學生核心素養培養的重要途徑和措施。它注重以學生及其學習為中心,倡導教學要以學生的情感、需求及其自主、能動的行為方式為中心。[1]與“教為中心”的本質區別在于“學為中心”的著力點是有效培養學生的學習能力。“學為中心”這一教育理念的形成和確立,為教育工作者指明了努力方向。筆者以“楞次定律”為例,重點討論根據教學目標設計有效教學策略,為學生創設能動的學習條件,開展“學為中心”的課堂教學。

1 目標內容、核心素養構成要素及學業水平的設計

采用“學為中心”教學方式時需要教師課前掌握學生的認知水平與知識經驗,分析學生思維特點與思維障礙,并在課程目標的指導下分析教學內容,確定教學目標。

學生在學習“楞次定律”前已經掌握了電路、磁場及感應電流的產生條件等相關基礎知識,具備了基本的觀察分析能力、實驗動手能力及物理規律總結能力,為楞次定律的學習提供了一定的知識經驗與能力基礎。但學生思維品質不高,綜合分析解決問題的能力不強,而楞次定律涉及的物理因素較多,關系較為復雜。為此,在分析學生學情與教學內容的基礎上,提出主要學習內容和學習目標、核心素養構成要素及學業水平,具體如表1所示。

表1

2 學習內容組織

教學目標的順利實現,需要教師結合學生實際,將學習內容有機整合,設計出適合學生思維規律的教學流程,為學生自主、能動的學習活動創設條件,實現“以學為本”。

在“楞次定律”教學中,以學生在物理規律探究中經常要經歷的猜想、實驗、概括總結、理論推導等過程為活動主線，設計出教學流程(圖1)。教學活動以學生自主、能動的學習為主,凸顯學生的主體地位,體現“以學為本”的要求。

圖1

3 學習情境創設

利用外顯的教學活動，化抽象為形象、化模糊為具體,引導學生主動體驗、激發興趣,為學生自主學習活動的開展創設情境條件。

在“楞次定律”教學中,引導學生建構阻礙模型、認識“阻礙本質即為能量守恒”歸納出感應電流方向的規律，深入挖掘“阻礙”的深層涵義,為此設置了如下學習情境。

磁鐵在閉合線圈中上下振動過程中由于受到阻礙作用而振動逐漸減弱；二極管交替發光,但亮度隨著磁鐵振動的減弱而逐漸變暗(圖2)。

圖2

提問:磁鐵運動為什么越來越慢？燈為什么越來越暗?感應電流的磁場為什么總是阻礙磁通量的變化?若促進磁通量的變化會有什么結果?

學生在體驗直觀的實驗現象的基礎上,討論得出“阻礙”的本質即為“能量守恒”。

用實驗創設情境，利用直接的感官體驗將“阻礙”形象化、具體化,進而降低學生思維難度,激發求知欲望。利用有導向功能的問題情境,引導學生結合既有知識和學習經驗展開思考和討論,主動建構“阻礙”模型,理解“阻礙”本質。

4 學習問題設置

由于學生的綜合解決問題的能力相對較弱,在較為復雜的探究活動中極易出現思維混亂，不利于學生獨立、自主、連貫的探究活動的順利開展。教師可根據學生的認知水平、思維習慣,將學習內容重新整合，設計層層深入的問題串,為學生的獨立探究活動的開展提供線索,既能引導學生順利開展“以學為本”的探究活動,又能做到“少教多學”，為學生留出足夠的探究時間和思維空間。在引導學生認識感應電流的磁場的“紐帶”作用時,利用傳感器(圖3)顯示出磁鐵插入或拔出線圈過程中二者存在相互作用的現象,設計如下問題串:

圖3

(1) 磁鐵和線圈為什么能夠產生相互作用?

(2) 磁鐵插入、拔出線圈時線圈周圍存在什么物質?

(3) 線圈周圍的磁場是從哪里來的?

(4) 感應電流的磁場能將感應電流的方向與磁通量的變化及磁場方向聯系起來嗎?它們又有著怎樣的聯系呢?

學生以教師提出的系列問題為線索,通過分析、討論、交流實現自主建構。在整個學習過程中,學生的自主探究占據主要時間,而教師只在交流匯報環節提供必要的導引和評價,實現“以學為本”“少教多學”。

5 學生活動設計

學生的學習不是教師將知識簡單地傳授給學生的過程,而是學生能動、獨立的建構過程。[2]“學為中心”的物理教學注重以學生為中心,倡導教學要以學生的情感、需求及其自主、能動的行為方式為中心。教師應立足于學生的認知水平、知識經驗及教學內容,為學生設計形式多樣的學習活動,如實驗探究、小組討論等深度學習活動,讓學生親身經歷觀察、探究、分析、推理、總結等系列思維過程,實現思維品質的不斷提升。筆者在“探究感應電流方向規律”的環節,為學生設計了系列活動。

(1) 學生觀察電磁感應現象實驗,小組討論并猜想感應電流方向的影響因素：磁極、磁體運動方向。

(2) 學生小組合作,利用磁鐵、線圈、發光二極管等實驗器材設計實驗(圖4),定性探究影響感應電流方向的因素。

圖4

(3) 分析學生根據實驗現象觀察,完成實驗現象記錄。并展開分組討論,嘗試從磁極與磁體運動方向角度分析、歸納感應電流方向的規律。

(4) 把握學生結合感應電流的產生條件,透過現象看本質,嘗試從磁場方向與磁通量變化角度分析、歸納感應電流方向的規律。

(5) 學生在尋找“磁”和“電”直接關聯而屢屢受挫的基礎上,嘗試轉換視角,尋找“磁”和“電”的間接關聯,即尋找既與“磁”有關又與“電”有關的起紐帶作用的關聯物理量。

(6) 學生通過觀察磁鐵與線圈間存在的相互作用的演示實驗(圖3),感知感應電流的磁場的存在,受啟發后嘗試以感應電流的磁場作為“磁”和“電”聯系的紐帶,歸納出感應電流方向的規律。

整個活動流程如圖5所示。

圖5

人類在探究未知領域時,思維和行動傾向于直奔主題,利用直觀的現象直接尋找規律,在遭遇挫敗時才會轉換視角、調節思路、尋求突破。在該環節的學生活動設計中,學生經歷了由現象到本質,由直接到間接的探究過程,思維過程循序漸進、層層深入,符合學生的認知規律。學生在探究過程中體驗了“山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村”的意境，不僅能讓學生親身經歷規律探究的過程,習得科學思維方法,提升科學探究能力,更能讓學生在突破層層障礙的過程中養成認真嚴謹、實事求是、持之以恒的科學態度。整個教學環節以學生主動的觀察、討論、思考、歸納等思維活動為主要內容,學生始終處于課堂的中心地位。我們作為教學情境的創設者,探究過程的組織者與合作者,僅在學生陷入困境時提供思維上和方法上的引導,體現了“以學為本”“少教多學”“以學定教”的特征。

6 搭設思維支架,提供學習幫助

物理課堂教學中常存在三種思維活動,即物理學家的思維活動、教師的思維活動和學生的思維活動。[2]三種思維活動在高度、廣度、深度上的差異易使學生的思維路徑出現斷層而形成思維障礙。因此教師需要課前分析學生的知識經驗、認知水平及思維障礙,為學生的學習提供幫助,力求引導學生突破思維障礙,順利實現教學目標。

在“探究感應電流方向”的規律時,學生在活動中嘗試從“磁場方向與磁通量變化”角度分析、歸納感應電流方向的規律而再次受挫時，如何轉換視角尋找“電”與“磁”的間接關聯，從而引入感應電流的磁場？學生在此處極易出現思維斷層,存有較大的思維障礙,需要教師搭設思維支架,提供學習幫助。

6.1 由“尋找直接關聯”向“尋找間接關聯”的思維引導

引導1:利用“磁通量變化”與“原磁場方向”的聯系，依然沒能找出感應電流方向的規律,是不是思考的方向出現了問題?

“感應電流”是關于電流的,“磁通量的變化”及“磁場方向”是關于磁的,這是兩種不同的物理量,不同的物理量間的聯系比較難找,能否找到一個物理量將“電”和“磁”聯系起來呢?

6.2 呈現實驗現象,讓學生感知“感應電流的磁場”

教師提示:在磁鐵與線圈的相對運動中,我們是否忽略了某些關鍵信息?

演示實驗:將閉合線圈放置在力傳感器上(圖3),觀察磁鐵插入、拔出線圈過程中力傳感器示數的變化情況。

引導2:磁鐵和線圈為什么能夠產生相互作用?說明磁鐵插入、拔出線圈時線圈周圍存在什么物質?線圈周圍的磁場是從哪里來的?感應電流的磁場能將感應電流的方向與磁通量的變化、磁場方向聯系起來嗎?它們又有著怎樣的聯系呢?

通過問題引導、實驗現象呈現等方式,啟發學生轉換視角、另辟蹊徑,嘗試利用感應電流的磁場尋找“電”和“磁”的間接關聯,從而幫助學生消除障礙,跨越思維斷層,使自主探究活動得以順利進行,更好地實現“以學為本”。

“學為中心”的物理教學強調要將課堂的主動權還給學生,讓學生在能動、自主的學習活動中實現知識建構和能力提升,突出“以學為本”。但學生學習活動的開展往往受限于既有的知識經驗和能力水平,學生極易受困于各種復雜的物理關系、學習障礙而使能動、自主的學習活動無法順利開展。因此,教師需要課前認真研究教學內容和學生學情,制定有效的教學目標,運用適合的教學策略,為學生的主動學習活動創設條件,有效培養學生的核心素養。因此,教師課內的“少教”是以課前的“多備”為前提,用“以學定教”“少教多學”促成“以學為本”。