問題驅動導學，提升科學思維 拉第電磁感應定律一輪復習導學案”為例

吳興寶

【摘要】物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學探究、科學思維、科學態(tài)度與責任.其中科學思維，也叫科學邏輯，即形成并運用于科學認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系.《課程標準》中的“科學思維”素養(yǎng)，主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等四個要素.本文以“法拉第電磁感應定律一輪復習導學案”為例，以問題驅動導學，提升學生科學思維.

【關鍵詞】導學案；科學思維；高中物理

筆者于2021年9月對2022屆高三學生進行了高中物理電磁學學習情況問卷調查及數(shù)據(jù)采集.通過問卷星發(fā)放問卷238份，調查發(fā)現(xiàn)僅僅36%的學生對當前電磁學成績滿意，66.81%學生認為電磁學難學，86.13%的同學希望老師整合教材和教輔資源，以導學案和專題訓練的方式形成適合我校學生學習的校本教輔資源，以提高教學成效.2022年9月對已畢業(yè)的同一批學生進行高中物理電磁學學習情況問卷調查及數(shù)據(jù)采集.回收有效問卷229份，調查發(fā)現(xiàn)73.36%的學生對電磁學成績滿意，對比提高了37.36%，54%的學生認為電磁學難學，對比降低了12.81%，94%的學生認為電磁學學習了有了進步，82.53%的學生認為電磁學的進步得益于老師補充的校本教輔資源，78%的學生對物理有了興趣，對比提高了近10個百分點.

導學案作為一種教學輔助資源，是教師為引導學生進行主動學習而編制的有學習目標、學習內(nèi)容、學習流程的學習活動方案，是指引學生自主、高效學習的路線圖，用于引導學生自主學習、主動參與、合作探究、優(yōu)化發(fā)展，具有“導讀、導思、導做”的功能.但實際過程中，物理導學案的應用效果卻差強人意，其主要原因在于導學案的設計不合理，很多時候只是知識點、習題的簡單堆積，缺乏問題導向，問題設置不合理、不明確、不具體，沒有梯度.筆者以“法拉第電磁感應定律一輪復習導學案”為例，通過問題串的設計，引導學生深入思考，活躍思維，提高建模能力，提升科學思維.

1 導學案背景

之前學生已經(jīng)學習了電磁感應現(xiàn)象和楞次定律，學生會判斷感應電流的產(chǎn)生，能判斷感應電流的方向，本節(jié)課復習內(nèi)容為法拉第電磁感應定律，其實質就是解決感應電動勢的求解問題，為后續(xù)學習法拉第電磁感應定律的綜合應用做鋪墊.本節(jié)課公式比較多，涉及很多的物理量，傳統(tǒng)教學中，教師通常先給學生羅列公式，然后通過習題加以鞏固，這樣的課堂學生往往能記住公式，但是不明白公式中各個物理量在具體物理情境中的確切含義，在實際使用過程中不能靈活應用，導致出錯.本案例旨在解決突破這一現(xiàn)實問題，突破的方法：情境導入、問題驅動、構建物理模型.讓學生積極參與課堂，快速提升教學效果.

2 導學案呈現(xiàn)

2.1 問題驅動

感應電動勢包含兩種模型，一是感生電動勢模型；二是動生電動勢模型.

情境 如圖1，導體棒ab放在行金屬導軌上并接觸良好，導軌寬為Ｌ，ab棒與檢流計構成一閉合回路，回路面積為S，導軌區(qū)域有一勻強磁場，磁感應強度為B.

問題1：在什么情況下，導體棒中有感應電流產(chǎn)生？

問題2：怎樣計算感應電動勢的大小？

問題3：若磁通量變化如圖2所示，怎樣求OA段的感應電動勢？O到D過程電動勢怎樣變化？

學生小組討論交流 交流成果，鼓勵不同觀點之間的辯論.

教師點評總結 法拉第電磁感應定律的表達式.

問題4：如圖3中B不變的部分不要，因為問題4中B變化的，如果閉合回路面積不變，磁場變化，感應電動勢怎么求？

問題5：如圖4，公式中的面積S指大圓面積還是小圓面積？

問題6：如果磁場不變，閉合回路面積變化，感應電動勢又怎么求？

設計意圖 充分理解法拉第電磁感應定律及各物理量在實際情境中的確切含義.

問題7：如圖5，如果導體棒向右運動，感應電動勢又怎么求？

學生小組討論交流 交流成果，鼓勵不同觀點之間的辯論.

教師總結 法拉第電磁感應定律三個變形式，兩種電磁感應模型：感生電動勢模型和動生電動勢模型.

設計意圖 讓學生充分理解法拉第電磁感應定律三個變形式各物理量在實際情境中的確切含義，建立兩種電磁感應模型.

2.2 知識建構

（1）法拉第電磁感應定律內(nèi)容：電路中感應電動勢的大小，與穿過這一電路的磁通量變化率成正比.

（2）法拉第電磁感應定律表達式：E=nΔΦΔt（n表示線圈的匝數(shù)）.

（3）法拉第電磁感應定律理解：

a.感應電動勢的大小取決于穿過回路的磁通量的變化率ΔΦΔt，而與Φ、ΔΦ的大小沒有必然關系，與電路的電阻R無關；感應電流的大小與E和回路總電阻R有關.

b.用公式E=nΔΦΔt所求的感應電動勢為整個閉合電路的感應電動勢，而不是回路中某部分導線兩端的電動勢.

c.公式E=nΔΦΔt只表示感應電動勢的大小，不涉及其正負，計算時ΔΦ應取絕對值，至于感應電流的方向，可以用楞次定律去判定.

d.運用E=nΔΦΔt求解的三種思路：磁感應強度B不變，垂直于磁場的回路面積S發(fā)生變化，則E=nBΔSΔt;垂直于磁場的回路面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化，則E=nBΔSΔt；磁感應強度B、垂直于磁場的回路面積S均發(fā)生變化，則

E=nΦ2－Φ1Δt.

e.導體棒垂直切割時，Δt時間內(nèi)閉合電路的磁通量的變化量ΔΦ=BΔS=BLvΔt，由法拉第電磁感應定律，E=ΔΦΔt，得E=BLv.不垂直切割時，將導線運動速度v分解為垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ，只有v1切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，故E=BLv1=BLsinθ.

（4）等效電源

切割磁感線的導線等效為一個電源，其電流方向由負極流向正極，可由右手定則判斷導線的電流方向.

（5）導線切割磁感線過程的能量轉化

a.導線切割磁感線產(chǎn)生的電能是通過其他外力克服安培力做功轉化而來的，克服安培力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生.

b.電能又通過電流做功轉化為其他形式的能，整個過程遵守能量守恒定律.

3 導學案反思

3.1 創(chuàng)設問題情境、誘發(fā)認知沖突、提升科學思維

問題是啟動思維的大門.良好的問題情境，能極大地激發(fā)學生的思維活動.教師要根據(jù)教學目標和學生實際，創(chuàng)設問題情境，讓學生產(chǎn)生認知沖突，達到一種“心求通而未通，口欲言而未能”的境界，激發(fā)學生對知識產(chǎn)生濃厚的探究熱情，讓學生思維高度活躍，引領學生積極主動地參與到探究活動中，從而順利渡過最近發(fā)展區(qū).每節(jié)課教師可以用課本中“問題探討”入手，讓學生進行思維熱身，調動學生學習的熱情.學生根據(jù)自己已有的知識進行分析、討論、探究.在整個過程中，學生的學習活動變成了解決問題的過程，學生的主動性被發(fā)揮，學生興趣高，思維活躍，學習效果必定好.

3.2 設計問題串、問題驅動導學、提升科學思維

所謂問題串，就是指圍繞一定的教學目標，按照一定的教學思路而精心設計的一組問題.這些問題有一定的邏輯性，前一個問題是后一個問題的前提，后一個問題是前一個問題的繼續(xù)或結論.它們前后銜接，逐步深化，每一個問題成為學生思維的一個臺階，使學生上了一個臺階后還有再上一個臺階的沖動，推動了教學的進程.每一個問題的解決既是揭示真理途中的路標，又是學生在問題解答后的珍貴紀念品.在這種過程中，學生思維步步深入，異常活躍.

3.3 問題驅動建構、自主體驗生成、提升科學思維

所謂“自主建構”，是指在教學活動中學生主動參與學習活動，積極有效地建構知識.學習是學習者基于自己的知識經(jīng)驗，主動對新信息加工處理，進行有意義的知識建構過程.本節(jié)課，教師根據(jù)法拉第電磁感應定律，引導學生推導不同形式下的法拉第電磁感應定律的表達式，理清知識的來龍去脈，體驗知識的生成，師生共同參與推導過程，調動學生積極參與的興趣，培養(yǎng)了學生的科學思維能力及表達能力.

3.4 創(chuàng)設“頭腦風暴”、引導激發(fā)討論、提升科學思維

對同一問題，不同的學生從不同的角度來看，有不同的見解和觀點，往往是“仁者見仁，智者見智”.教師應根據(jù)教學內(nèi)容，創(chuàng)設相關的情境，引發(fā)學生對某一問題展開討論、探究.在討論和爭辯中，小組內(nèi)成員相互啟發(fā)、相互幫助，小組間不同觀點有力碰撞，能極大限度地提高學生的興趣，活躍學生的思維.

在整個過程中，教師要精心設計問題，注重問題的針對性，在學生討論出現(xiàn)困難時，感到“山重水復疑無路”時，還要積極引導和鼓勵：你能不能換一個角度？能不能變換條件？你還有沒有新的想法……教師的激勵會讓學生豁然開朗，讓學生的思維和討論進入“柳暗花明又一村”的狀態(tài)，收獲成功和喜悅.討論和辯論讓每一個學生成為學習的主人，讓課堂成為展示自我的平臺.考慮班級學生個體差異，實際操作過程需因材施教，適當調整策略.只有思維活躍的課堂才是有效的課堂.教師要想方設法活躍學生的思維，提高建模能力，提升學生科學思維素養(yǎng)，凸顯關鍵能力，塑造必備品格，落實立德樹人的根本任務，為學生的終身發(fā)展奠基.

4 結語

法拉第電磁感應定律是高中物理中電磁感應的重要內(nèi)容，涉及面廣、綜合性強，是高考的重要考查內(nèi)容.學生普遍存在難理解、抽象、易混淆、易錯等困擾.現(xiàn)有教材和教輔以知識內(nèi)容為載體，輔以一定的例題和習題，但未能呈現(xiàn)知識的生成過程、模型的建構過程、思維的啟發(fā)過程、習題的難度遞進過程、知識的內(nèi)在聯(lián)系，無法滿足不同層次學生的個性化學習需求.教師自編的導學案作為一種校本教輔資源，是現(xiàn)有教材教輔的有效補充，是提升課堂教學質量的有效途徑，是培育物理學科核心素養(yǎng)的有效方式，是校本教研的重要載體.

【本文為河源市2020年中小學（幼兒園）教學研究課題《高中物理電磁學校本教輔資源開發(fā)與實踐研究》（hy20075）研究成果.廣東省中小學“百千萬人才培養(yǎng)工程”專項科研項目《積極心理學視域下高中團輔式主題班會模式構建與實踐研究》（BQW2021MBG006）研究成果】

參考文獻：

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