基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)
——以“楞次定律”教學(xué)為例

云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院（650500）何景佳 徐曉梅

云南省劍川縣民族中學(xué)（671300）龍 云

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，按照學(xué)生思維發(fā)展水平將某一核心概念劃分層級(jí)，確認(rèn)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。實(shí)際教學(xué)中，將問(wèn)題引入學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，以問(wèn)題為學(xué)習(xí)任務(wù)的載體，以解決問(wèn)題為學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)力，可以有效幫助學(xué)生把握物理核心概念，形成物理觀念［1］。

一、學(xué)習(xí)進(jìn)階與問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題的概念時(shí)所遵循的連貫的典型的學(xué)習(xí)提升路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開(kāi)的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列［2］。

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)指在實(shí)際情境中產(chǎn)生問(wèn)題，以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索的求知欲，在教師的引導(dǎo)下通過(guò)探究、討論、辨析等方式解決問(wèn)題的教學(xué)。它要求教師創(chuàng)設(shè)貼合學(xué)生水平的情境，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生的課堂參與度［3］。

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)就是教師以問(wèn)題為核心組織的教學(xué)。通過(guò)問(wèn)題層層推進(jìn)，讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷深化思維，逐步達(dá)到學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生連貫地、不脫節(jié)地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

二、“楞次定律”問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)案例

以2019 年人教版選擇性必修第二冊(cè)第二章第一節(jié)“楞次定律”作為案例，設(shè)計(jì)有邏輯關(guān)聯(lián)且不斷遞進(jìn)的問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)方案。

（一）進(jìn)階分析

1.進(jìn)階起點(diǎn)分析

學(xué)生已有的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)：在進(jìn)行感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察了大量的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行觀察的過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)用來(lái)檢驗(yàn)感應(yīng)電流的電流表與以往的電流表不一樣，此電流表的指針有時(shí)候向左偏，有時(shí)候向右偏。學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的方向與操作有關(guān)。

2.進(jìn)階目標(biāo)分析

學(xué)生要達(dá)到的目標(biāo)：楞次定律體現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒，學(xué)生要學(xué)會(huì)從運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量轉(zhuǎn)化的角度分析，深入理解楞次定律［4］。

3.進(jìn)階層級(jí)預(yù)設(shè)

將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于物理教學(xué)，需要圍繞某一核心概念，構(gòu)建該概念學(xué)習(xí)的水平進(jìn)階層級(jí)，以追蹤學(xué)生在學(xué)習(xí)該概念的過(guò)程中的認(rèn)知發(fā)展情況，方便教師調(diào)控教學(xué)方式方法，進(jìn)而促使學(xué)生學(xué)好該概念。基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，將學(xué)習(xí)進(jìn)階分為“事實(shí)經(jīng)驗(yàn)”“映射”“關(guān)聯(lián)”“系統(tǒng)”和“整合”五個(gè)臺(tái)階［5］，相應(yīng)的描述見(jiàn)表1。

表1 科學(xué)概念的發(fā)展層級(jí)

學(xué)生的學(xué)習(xí)從直觀的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，經(jīng)歷知識(shí)、思維發(fā)展由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，完成對(duì)楞次定律概念的進(jìn)階理解。如表2 所示，該發(fā)展層級(jí)詳細(xì)地指出學(xué)生在楞次定律不同水平下的具體表現(xiàn)，讓教師清晰明了地知道這一節(jié)課不同時(shí)間段的教學(xué)目標(biāo)，以此來(lái)安排整堂課的教學(xué)內(nèi)容就使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有連貫性，這樣學(xué)生也會(huì)學(xué)得更好。

表2 楞次定律概念理解的發(fā)展層級(jí)

學(xué)生通過(guò)上節(jié)課實(shí)驗(yàn)探究出了感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，知道條形磁鐵沿不同方向插入或拔出對(duì)感應(yīng)電流的方向有影響，具有一定的經(jīng)驗(yàn)，為這節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。隨著實(shí)驗(yàn)探究的深入，就達(dá)到了“映射”層級(jí)，知道原磁場(chǎng)方向與磁通量的變化都會(huì)影響感應(yīng)電流的方向。接著通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將原磁場(chǎng)方向與磁通量的變化具體如何影響感應(yīng)電流的方向討論出來(lái)。在此結(jié)論的基礎(chǔ)上，將楞次定律用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)。接下來(lái)，就要拔高學(xué)生的思維，讓學(xué)生將楞次定律的本質(zhì)理解透徹，學(xué)生要學(xué)會(huì)從運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量轉(zhuǎn)化的角度分析，從能量守恒的角度理解楞次定律。最后就是根據(jù)楞次定律的概念理解發(fā)展層級(jí)，通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)幫助學(xué)生一級(jí)一級(jí)地進(jìn)階。

（二）進(jìn)階過(guò)程

1.舊知回顧：激發(fā)疑問(wèn)，幫助學(xué)生提取已有的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知，達(dá)到“經(jīng)驗(yàn)”層級(jí)。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題】如何判斷閉合電路中是否能產(chǎn)生感應(yīng)電流？

上節(jié)課學(xué)生已經(jīng)通過(guò)學(xué)習(xí)知道了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是閉合回路以及穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生變化。引導(dǎo)學(xué)生回憶將條形磁鐵插入或拔出線圈的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察了大量的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在觀察這些現(xiàn)象的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)用來(lái)檢驗(yàn)感應(yīng)電流的電流表的指針有時(shí)候向左偏，有時(shí)候向右偏。發(fā)現(xiàn)改變條形磁鐵的N 極和S 極，拔出、插入時(shí)對(duì)感應(yīng)電流的方向有影響。

2.實(shí)驗(yàn)探究：學(xué)生通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)操作理解概念，是從“經(jīng)驗(yàn)”到“映射”進(jìn)階的過(guò)程。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題】感應(yīng)電流方向與哪些因素有關(guān)？

通過(guò)上次探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件發(fā)現(xiàn)，線圈中磁通量的變化會(huì)引起感應(yīng)電流，由此可以引導(dǎo)學(xué)生猜想感應(yīng)電流的方向可能與磁通量的變化有關(guān)。為了檢驗(yàn)學(xué)生提出的猜想是否正確，引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材（線圈、條形磁鐵、靈敏電流計(jì)、導(dǎo)線），根據(jù)上節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)過(guò)后發(fā)現(xiàn)學(xué)生不容易將感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化建立直接聯(lián)系。這時(shí)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思考問(wèn)題的角度。學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁場(chǎng)息息相關(guān)，于是再次猜想感應(yīng)電流的方向與原磁場(chǎng)方向有關(guān)。

為了檢驗(yàn)以上猜想是否正確，教師設(shè)計(jì)下面3個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

問(wèn)題1.如何知道引起感應(yīng)電流的線圈中原磁場(chǎng)的方向與變化？

問(wèn)題2.如何知道感應(yīng)電流的方向？

問(wèn)題3.如何知道感應(yīng)電流激發(fā)的磁場(chǎng)方向？

學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)器材根據(jù)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在表3中記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表

從表3 可知磁通量發(fā)生了變化，感應(yīng)電流的方向也發(fā)生了變化，但是從表3 無(wú)法得到直接關(guān)系。原磁場(chǎng)的方向變化也影響感應(yīng)電流的方向，但是依舊無(wú)法得到任何結(jié)論。由表3 記錄的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，似乎都對(duì)感應(yīng)電流的方向有影響，就是沒(méi)辦法直接得到它們之間的關(guān)系。因此，教師必須帶領(lǐng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，才可以得到正確結(jié)論。

3.實(shí)驗(yàn)分析：教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析，實(shí)現(xiàn)概念理解從“映射”到“關(guān)聯(lián)”的進(jìn)階。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題】感應(yīng)電流方向究竟與原磁場(chǎng)方向和磁通量的變化有什么關(guān)系？

為了幫助學(xué)生厘清思路，解決上述問(wèn)題，教師設(shè)計(jì)下面兩個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析。

問(wèn)題1.觀察表3，思考感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向是否相同。

學(xué)生回答：不一定，有時(shí)相同，有時(shí)相反。

問(wèn)題2.觀察表3，思考并分析感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向在什么情況下同向，在什么情況下反向。

學(xué)生回答：與磁通量變化有關(guān)。當(dāng)磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同。

通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們發(fā)現(xiàn)，不是所有的結(jié)論只要實(shí)驗(yàn)就可以直接得到。在物理學(xué)習(xí)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，也是非常重要的。

4.概念定義：學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)定義概念，實(shí)現(xiàn)概念理解從“關(guān)聯(lián)”到“系統(tǒng)”的進(jìn)階。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題1】對(duì)上述結(jié)果分析進(jìn)行總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試提煉關(guān)系，并思考感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁通量的變化起什么作用。

通過(guò)前面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，就可以引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得到楞次定律：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

這里需要學(xué)生深入理解楞次定律中“阻礙”的意思。學(xué)生通過(guò)表3 和之前的總結(jié)發(fā)現(xiàn)：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)“老是”不想讓穿過(guò)線圈的磁通量繼續(xù)變化。當(dāng)磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，不利于穿過(guò)線圈的磁通量的增大；當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，不利于穿過(guò)線圈的磁通量的減小。這就是“阻礙”作用。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題2】用楞次定律可以判斷感應(yīng)電流的方向，除此之外還有其他更簡(jiǎn)便的方法嗎？

引導(dǎo)學(xué)生回憶之前所學(xué)的右手螺旋定則。在判斷直線電流的方向和它的磁感線方向時(shí)，就是利用右手螺旋定則。通過(guò)知識(shí)遷移提出，用手指來(lái)簡(jiǎn)單判斷感應(yīng)電流的方向，即右手定則。

5.概念整合：學(xué)生最后通過(guò)思維拔高學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)概念理解從“系統(tǒng)”到“整合”的進(jìn)階。

【驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題】如何從能量守恒角度解釋楞次定律？

楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)［4］。可以在課堂中播放視頻重現(xiàn)“落磁”實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)下面兩個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

問(wèn)題1.用這節(jié)課所學(xué)的楞次定律解釋下落的磁鐵為什么會(huì)減速。

問(wèn)題2.磁鐵在下落過(guò)程中減少的機(jī)械能去哪里了？

根據(jù)楞次定律可知，下落的磁鐵周圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，進(jìn)入螺線管中后，螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，排斥下落的磁鐵，這就是磁鐵下落會(huì)減速的原因。若要維持下落的磁鐵運(yùn)動(dòng)速度不變則需要有外力對(duì)磁鐵做功。根據(jù)能量守恒規(guī)律知道減少的機(jī)械能是不會(huì)憑空消失的，這些減少的機(jī)械能其實(shí)是轉(zhuǎn)化成了電能，就是產(chǎn)生了感應(yīng)電流。因此，楞次定律與能量轉(zhuǎn)換和能量守恒規(guī)律是相符合的。

三、總結(jié)

這是一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課，在猜想與假設(shè)階段，由教師提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，明確猜想和探究的方向，在總結(jié)定律階段更需要教師用有邏輯的、連貫的問(wèn)題厘清學(xué)生的思路。本節(jié)課充分發(fā)揮問(wèn)題的引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生一步一步地解決問(wèn)題，順利總結(jié)出楞次定律。根據(jù)上節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在這次探究過(guò)程中較為容易，難度也不是最大的，教師只需適當(dāng)?shù)靥釂?wèn)引導(dǎo)，讓學(xué)生小組合作、討論和動(dòng)手操作，就可以使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易做，且現(xiàn)象明顯。但是，學(xué)生在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、尋找規(guī)律、得出結(jié)論時(shí)，總結(jié)規(guī)律是困難的。因此，教師可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生有思考的方向，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。在此過(guò)程中教師設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)性問(wèn)題就顯得很重要。