基于“三教”理念的“楞次定律”教學設計

劉冰潔 支啟軍

(貴州師范大學物理與電子科學學院,貴州貴陽 550025)

1 問題提出

“楞次定律”內容位于人教版新教材選擇性必修2第2章第1節,是判定感應電流方向的一般規律.“楞次定律”是以磁場、電流的磁效應等知識為基礎,又為之后學習法拉第電磁感應定律、交變電流、電磁振蕩和電磁波奠定了基礎,具有承上啟下的作用.楞次定律是電磁感應規律的重要組成部分,它與法拉第電磁感應定律一樣也是本章的一個教學重點,是分析和處理電磁感應現象問題的兩個重要支柱之一.[1]本節課屬于規律探究課,規律探究的過程中,應該注重學生在探究過程中的體驗和思考,讓學生真正了解楞次定律的發現過程,從而獲得過程體驗和情感體驗,并通過表達促進遷移反思.因此本文提出“三教”的教學理念,運用“三教”理念進行教學設計,更多地關注學生的思考、體驗和表達.

2 “三教”理念融入物理教學中可行性分析

“三教”理念是指“教思考、教體驗、教表達”的教育理念,是基于創新型人才培養,在學科教學中教學生積極思考、自主體驗、善于表達,以此促進學生長見識、悟道理的一種教育理念.所謂“教思考”,主要是指教師在數學教學中幫助學生厘清數學知識的邏輯結構,找出解決問題的思維線索,引導學生在數學活動中領悟數學思想方法;所謂“教體驗”,是指教師引導學生在數學活動過程中獲得對知識學習、問題解決和科學研究的過程體驗和情感體驗,進一步獲得對數學思想方法的理解與把握;所謂“教表達”,既包括提高學生的口頭表達能力,也包括提高學生的書面表達能力,對于數學教學而言,主要是指培養學生用數學語言來討論數學、表述數學問題、表達數學結論的能力.[2]

在我國新提出的《義務教育物理課程標準》和《普通高中物理課程標準》中均對“教思考、教體驗、教表達”提出了相關的目標要求(表1).[3-5]

表1 “三教”理念在物理課程標準中的體現

因此,在物理教學中“教思考”就是在物理教學中創設物理教學情境,引導學生發現問題、思考問題、提出問題解決的方法,引導學生在物理學習活動中領悟物理學的思想方法.在物理教學中“教體驗”就是要引導學生運用科學思維方法建立物理概念、實施科學探究進行知識建構,獲得概念建立、問題解決、規律發現的過程體驗和情感體驗,知道物理概念建立的事實依據和科學思維方法,明確物理規律建立的事實依據和科學方法.在物理教學中“教表達”就是引導學生運用學習的知識解釋自然現象,對所學習的概念進行物理意義闡述,引導學生對探究過程中遇到的問題進行口頭或書面語言的表達,養成實驗報告書寫的習慣,培養學生的合作與表達能力.綜上所述,“三教”理念是對物理核心素養培養目標的高度凝練,適用于物理教學中,有助于教師的理念改變,幫助促進在物理教學中培養學生核心素養的落實.

3 “楞次定律”內容分析

楞次定律的知識層面核心問題是感應電流的方向與什么因素有關.本節課將圍繞這個問題進行科學探究,發現問題,得出結論,總結反思.而楞次定律的本質是能量守恒定律,進一步加強學生的“守恒思想”,培養學生的“能量觀”.此外,楞次定律與慣性有相似的特點,可以通過慣性來進一步對楞次定律的本質進行理解.因此,本節課的重點是探究感應電流的方向與什么因素有關,而本節課的難點是怎樣引入中間變量“感應磁場”.

3.1 從能量守恒的角度看“楞次定律”

能量守恒定律是自然界的基本定律,它的內容是能量既不會憑空產生也不會憑空消失,它只會從一個物體轉移到另一個物體,或者從一種形式轉化為另一種形式,而在轉化或轉移的過程中,能量總量保持不變.楞次定律的常見表述為感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化.從楞次定律的表述中可以看出,由于磁鐵的運動產生了感應電流,也就是產生了電能,為了維持原來磁通量的變化,就必須有動力的作用,這個作用需要克服感應電流的磁場的阻礙做功,將其他形式的能轉化為電能.

3.2 從“磁慣性”的角度看“楞次定律”

在“牛頓第一定律”的學習中,知道慣性是物體固有屬性,慣性會阻礙運動的變化.而感應磁場也是感應電流的固有屬性,由于感應磁場會阻礙引起感應電流的磁通量的變化,與慣性的概念相似.因此,通過類比的方式更好地讓學生理解阻礙的含義.

4 “三教”理念對“楞次定律”教學的啟示

4.1 從“教思考”的角度來看

(1)引導學生通過物理情境提出問題,學會從物理的角度發現新問題.

創設合適的物理情境,引導學生根據情境提出新的問題,并根據之前的知識提出合理的猜測.教師演示“產生感應電流的條件”的實驗,幫助學生回顧之前學習過的感應電流產生的條件的相關知識.通過改變磁通量的變化,學生可以發現兩個過程中電流計的指針偏轉方向不同,從而引入本節課要探究的內容:感應電流的方向與什么因素有關.

(2)引導學生思考解決問題的方法,提高學生解決問題的能力.

對“感應電流的方向與什么因素有關”的問題進行思考,提出實驗設計的方案.對學生設計的實驗進行評價,進一步體會到控制變量法的思想.并讓學生進行實驗操作,讓學生發現問題,并引導學生解決問題.

(3)引導學生思考實驗數據,提高處理信息的能力.

在實驗中可以直觀得到的實驗現象是感應電流的方向、磁場的方向、磁極的運動方向,引導學生對實驗的數據進行分析,可以發現看不出3者之間明確的關系,因此需要引導學生思考并發現引入一個中間變量感應磁場,可以發現感應磁場與原磁場的方向和磁通量的變化方向有明確的關系,進一步讓學生體會到感應磁場的作用.

(4)引導學生思考“楞次定律”的本質,促進知識的結構化.

提問學生需要思考的幾個問題:是誰在阻礙?阻礙什么?如何阻礙?能否阻止?為什么不能阻止?學生能回答出是感應電流產生的磁場在阻礙,阻礙產生感應電流的磁通量的變化,增反減同的方式阻礙,不能阻止,因為要產生感應電流,阻止時磁通量不再變化,感應電流就不能產生.通過這些問題,學生對于楞次定律的知識進一步理解和結構化,知道楞次定律的本質是能量守恒.

4.2 從“教體驗”的角度來看

(1)引導學生體驗規律發現的過程,獲得過程體驗和情感體驗.

規律發現的過程就是科學家經歷的探究過程,重構科學家的發現過程,有助于學生獲得過程體驗和發現規律的情感體驗,進一步促進學生對物理學習的積極性.

在本節課程中,通過讓學生自己進行實驗設計,進行實驗,讓學生體會控制變量法的使用以及知道靈敏電流計的偏轉方向與電流方向的關系,體驗實驗得到結論的過程,對靈敏電流計與電流方向的關系有深刻的認識.再通過設計的實驗進行實驗探究,記錄數據,分析數據的結果,發現問題.最后,通過楞次演示儀的演示實驗,引入中間變量感應磁場,從而發現感應磁場的方向阻礙磁通量的變化,并通過感應磁場可以判斷感應電流的方向,體驗規律發現的艱辛快樂.

(2)引導學生體驗規律的應用過程,加深對規律的遷移運用.

通過書上的習題讓學生先感受楞次定律使用的過程,再引導學生進行總結:先確定原磁場的方向,再判斷磁通量是增加還是減小,根據楞次定律得出感應磁場的方向,通過右手定則判斷感應電流的方向,并寫出結構圖(如圖1所示),最后與學生同做一道題遷移反思.

圖1 “楞次定律”運用流程圖

4.3 從“教表達”的角度來看

(1)引導學生“說物理”,培養學生的表達能力.

讓學生以口頭或作圖的方式根據控制變量法表達該實驗設計方案,促進學生表達能力提升.表達的同時,學生對實驗方案進行反思.引導學生根據自己的思考回答出關于楞次定律的本質問題,對于楞次定律的認識更進一步,幫助學生對自己的認識進行反思.將阻礙一詞與慣性聯系起來思考,幫助學生理解“阻礙”,同時也與之前的知識聯系,形成結構.

(2)引導學生“寫物理”,促進學生的遷移反思.

根據教學內容,讓學生對楞次定律的使用過程進行總結并表達,加深印象以及促進思維的發展.根據課后的例題1,讓學生嘗試自己做出線圈中感應電流的方向,經歷遷移運用的過程,并讓學生寫出楞次定律的運用流程,解析例題2.

5 “楞次定律”一節的教學設計

根據以上的分析,基于“三教”理念對“楞次定律”一節的內容進行設計,表2列出完整的主要環節的教學設計.“三教”理念并不是單獨存在于某一個環節中,一般是每個環節中并存,但是一些環節有一定的側重點.

表2 “楞次定律”教學設計

續表

6 結語

教育學家杜威曾經說過:“如果我們仍用昨天的教育來培養今天的兒童,那么我們就是在剝奪他們的明天”.新時代的到來使得教師應該使用新的教育理念來適應新的教育.“三教”理念使得教師在進行教學設計的同時,更多地關注到學科知識的本質,關注學生的思考、體驗和表達;更好地促進以學生為主體的課堂的達成,促進學生核心素養的培養.