高中物理教學中學科核心素養的培養

在高中物理教學中，培養學生的學科核心素養是現代教育教學的一個重要目標。“楞次定律”作為電磁學中重要的學習內容，不僅在知識層面，還在培養學生的物理觀念、科學思維和科學探究等方面都具有獨特的價值。新課程改革強調學生在真實情境中進行科學探究，以激發其內在學習動機，逐步提升其學習知識和處理問題的能力。

一、內容及教法

本案例以人教版高中物理選擇性必修二第二章中的“楞次定律”作為教學內容。“楞次定律”是電磁感應這一章的重要內容，學生已通過學習必修三了解了產生感應電流的條件。在此基礎上，我們進一步探究電磁感應的問題。

教學中，教師通過引出問題、實驗探究和歸納分析等多種教學方式，讓學生深入理解楞次定律的內容及其物理意義。

二、學情分析

在高中物理學習中，學生通常會在對電磁學知識的理解上存在一定的困難。學習“楞次定律”這一內容時，雖然大部分學生已經學習了一些電磁感應方面的基礎知識，知道感應電流產生的條件，即當閉合回路的磁通量發生變化時會產生感應電流，但是，由于楞次定律涉及電流方向與磁通量變化之間的反抗關系，概念較為抽象，所以，許多學生在理解感應電流方向的判斷時容易產生困惑，特別是在面對不同的運動情況或復雜的磁場變化時，學生往往缺乏系統的思維分析能力。此外，學生在實驗操作方面的能力參差不齊，部分學生對實驗中的物理現象僅停留在表面觀察上，缺乏深入分析和歸納總結的能力。同時，學生對知識的應用能力也有所不足，難以將楞次定律與生活中的實際物理現象進行有效的聯系。部分學生在探究過程中表現出較強的動手能力，但在總結和反思實驗結果時邏輯思維能力較弱，難以得出完整的結論。因此，教師在教學中不僅需要通過實驗操作加強學生的感性認識，還需要通過問題引導學生深入思考和歸納，提高他們的邏輯推理和科學思維能力。

三、教學目標

1.學生能夠準確描述楞次定律的內容，理解其物理含義，并掌握電磁感應現象中感應電流方向的判斷法則。通過課堂講解和實驗演示，學生能夠將理論知識與實際現象相結合，準確運用楞次定律分析感應電流的方向變化，理解磁通量變化與感應電流方向的關系，從而牢固掌握電磁學中的這一重要定律。

2.通過學習楞次定律，學生能夠從運動與相互作用及能量的角度深入理解物理現象。楞次定律不僅幫助學生認識到電磁感應中的能量轉化過程，還引導他們將這一物理概念應用到生活中，如發電機的工作原理，從而培養他們形成更全面的物理觀念。

3.在實驗探究中，學生通過觀察、分析、推理和歸納，形成科學思維，具有邏輯性和嚴密性。學生通過實驗操作驗證楞次定律，逐步掌握歸納、推理的科學方法，提升他們對物理現象的探究能力，體驗物理學科的嚴謹與美妙。

四、教學過程

（一）引入新課，發現問題

教師：同學們，還記得我們學過的電磁感應現象中，閉合回路產生感應電流的條件是什么嗎？

學生：閉合回路的磁通量發生變化。

教師：沒錯。我們先來看一個簡單的實驗。當我把磁鐵靠近線圈時，線圈中的電流表會有什么變化？

（教師演示將磁鐵靠近線圈，電流表指針發生偏轉）

學生B：電流表的指針動了。

教師：對，這是因為磁鐵N極靠近線圈上端時，線圈磁通量發生了變化，在線圈中產生了感應電流。現在，大家猜一猜，如果我將磁鐵遠離線圈，電流表的指針會怎樣變化？

學生C：應該會朝相反方向動吧。

教師：很好，讓我們來試試。（教師演示磁鐵N極遠離線圈上端，電流表指針朝相反方向偏轉）

學生D：嗯，確實是朝相反方向動。

教師：線圈中感應電流的方向變化有什么規律嗎？我們通過實驗探究一下吧。

（二）實驗探究，分析問題

教師：剛才我們只是演示了兩種情況，同學們總結一下是否有規律性。此外，磁鐵還可以怎樣運動？線圈中有感應電流嗎？

學生：磁鐵S極靠近或遠離線圈上端。

教師：同學們真棒！我們把這四種情況分別進行實驗，請同學們在表1中記錄實驗現象。（接著教師演示，學生操作記錄）

教師：有什么規律嗎？（學生搖頭）看不出來吧，因為我們記錄的這兩項實驗直接顯示不出來。還有什么物理量需要我們記錄分析呢？

學生：磁通量的變化、磁鐵磁場的方向……

教師：大家說得真好！為什么要記錄它們呢？

學生E：因為磁通量的變化是閉合回路產生感應電流的條件，研究感應電流的方向離不開研究引起感應電流的原因——磁通量的變化。

教師：那記錄磁鐵磁場的方向有沒有道理呢？

學生：有。線圈的橫截面積不變，其磁通量的變化體現在磁鐵的磁場變化上。

教師：有理有據，為你們點贊！接下來我們還有一個難題：感應電流的方向和磁通量的變化難以建立直接的聯系，怎么辦？請同學們思考并交流討論。

（預留時間，學生討論）

學生：我們可以記錄感應電流的磁場方向，因為電也生磁嘛！

教師：說得太好了！電生磁，磁生電，我們就從磁場這個中間量入手！感應電流的磁場方向怎么判定呢？

學生：安培定則。

教師：對。一起來練習一下吧。完成后，請大家把這些更有效的探究項目加入表1，記錄再分析！

（教師提供的原表格僅填充了前兩項。磁通量的變化、原磁場的方向、感應電流的磁場方向及原磁場和感應電流二者的方向關系等是在教師引導下，學生經過科學思維后才填充的。）

（三）推理歸納，提升認識

教師：通過剛才的實驗探討、觀察分析，同學們發現了什么規律？

學生F：穿過線圈的磁通量增大時，感應電流的磁場與原磁場的方向相反；而該磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同。

教師：F同學很棒，總結得好！再想想，我們能不能總結得更精練些？

學生G：老師，這已經很簡短了。

教師：從影響線圈磁通量變化的角度考慮一下！磁通量增加時，感應電流的磁場方向怎么影響磁通量的變化？磁通量減少時又怎樣影響？

學生H：感應電流的磁場總是阻礙原磁通量的變化。

教師：哇，太棒了，物理學家的歸納總結！（老師開玩笑地說）

教師板書：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

（四）深化理解，學以致用

教師：同學們，楞次定律中關鍵詞“阻礙”怎么理解呢？我們一起來探究吧。請問：

①誰在阻礙？②阻礙什么？③如何阻礙？④能否阻止？⑤為何阻礙？

請同學們先自主思考再小組交流！

第1小組的學生：感應電流的磁場在阻礙，阻礙的是“引起感應電流的磁通量的變化”，不是阻礙原磁場或原磁通量。

教師：這兩點說得很到位，為小組1點贊！其他小組有補充嗎？

第3小組的學生：如何阻礙的，簡要來說就是剛才實驗中的“增反減同”。

第4小組的學生：我們認為不能阻止。阻礙僅僅是使原磁通量增加或減少變慢了，但原磁通量仍在增加或減少。

教師：你們理解得很正確！阻礙不是增反，減同嘛。這也不是阻止，因為阻止了也就沒有變化了。原磁通量是在阻礙中變化的，若是阻止，就沒有變化了，也就沒有感應出的這種“阻礙”了！那為何阻礙呢？哪個小組有答案了？

第6小組的學生：因為阻礙才實現了轉化吧。（同學們聽后，再次討論交流）

教師：回答得很棒！阻礙的作用就是把其他形式的能量轉化為感應電流所在回路的電能，沒有這種阻礙，實現不了能量的轉化，如豎直上拋。物體在上升的過程中，重力的“阻礙”實現了動能轉化為重力勢能，所以，（教師板書）楞次定律和能量守恒定律是統一的。

（五）作業布置，鞏固拓展

為了鞏固今天所學的楞次定律，并進一步開闊學生的視野，我給學生布置了幾項作業，讓他們可以根據自己的興趣和時間，選擇完成其中一項或多項。

作業一：完成課本上關于楞次定律的練習題，特別是涉及感應電流方向判斷的題目。通過這些練習，學生可以鞏固課堂上學到的理論知識，確保能夠準確應用楞次定律進行電流方向的判斷。

作業二：查找生活中應用楞次定律的實例，并寫一篇短文介紹其原理和應用過程。例如，可以探討發電機和電動機的工作原理、電磁制動器的使用等。通過這項作業，學生可以看到楞次定律在實際生活中的廣泛應用，增強對物理知識的興趣和理解。

作業三：設計一個簡單的實驗，通過家庭常見材料（如線圈、磁鐵、導線等）演示楞次定律，記錄實驗現象并撰寫實驗報告，說明實驗過程和結果。通過動手實踐，學生能夠更深刻地理解楞次定律的實際應用和操作方法。

我希望通過這些作業，讓學生進一步鞏固課堂所學，拓展思路，形成科學探究的能力。我告訴學生，如果在完成作業的過程中有任何問題或困難，可以隨時向我提問，我將在下節課進行分析和解答。期待大家的精彩表現和創新思維！

五、教學成效

（一）學科核心素養的提升

在“楞次定律”的教學過程中，教師通過運用實驗探究的教學方式，使學生不僅掌握了楞次定律的基本理論，還在知識運用的過程中逐步提升了其物理學科核心素養。而且，在教師的引導下，學生通過實驗操作和現象觀察，深刻理解了感應電流方向與磁通量變化的關系，促進了其物理觀念的形成。總之，在探究活動中，學生能夠將抽象的物理規律應用于具體的實驗現象，從而通過實踐加深對理論的理解。這種以實驗為基礎的教學設計，使學生在掌握物理知識的同時，形成了從現象中歸納總結物理規律的能力，這也是物理核心素養中的一個關鍵環節。此外，在課堂的互動環節中，教師運用問題導向模式，通過實際問題引導學生的探究思維，讓學生能夠更加主動地進行知識構建，提升他們的學科核心素養。

（二）科學探究能力的培養

科學探究能力是物理學科核心素養的重要組成部分。在“楞次定律”的教學過程中，教師設置了多個實驗步驟，通過逐步引導學生親自動手進行實驗，觀察磁鐵和線圈之間的相對運動，記錄了感應電流方向的變化。學生通過實驗操作和現象觀察，經歷了科學探究的全過程。在這一過程中，學生不僅學會了操作實驗器材，更在觀察現象、歸納總結規律的過程中逐漸形成了嚴謹的科學探究態度。這種通過實驗和實踐構建知識的教學模式，不僅增強了學生的動手能力，還幫助他們提高了提出問題、解決問題的能力。通過實驗，學生能夠歸納、推理、總結出楞次定律中的本質規律，并將這些規律與日常生活中的物理現象相聯系，進一步深化對楞次定律的理解。這種以實踐為導向的教學方法，使學生的科學探究能力得到了明顯的提升，也將使他們在未來的物理學習和生活應用中變得更加自信和主動。

（三）創新思維和應用能力的增強

本次“楞次定律”的教學設計，注重通過實際問題和實驗操作來培養學生的創新思維和應用能力。楞次定律本身涉及電磁感應的抽象原理，而通過實驗讓學生親身體驗感應電流的產生過程，幫助他們將理論知識與實際操作相結合，增強他們對物理知識的應用能力。

在教學過程中，教師引導學生思考生活中的電磁現象，如發電機的工作原理、電動機的應用等，幫助學生將課堂所學的理論知識應用于實際生活中。這不僅激發了學生對物理學習的興趣，還培養了他們將物理知識運用于解決實際問題的能力。此外，教學中的分組合作實驗和課后設計實驗作業，也鼓勵學生在動手實踐中探索新的實驗設計思路，進一步提升了他們的創新思維能力。通過這樣的教學設計，學生不僅掌握了楞次定律的基本原理，還獲得了將其靈活運用到實際問題中的能力，為未來的物理學習打下了堅實的基礎。

六、教學反思

從學生的反饋來看，實驗的直觀性和趣味性極大地提高了他們的學習興趣和參與度。課堂一開始，教師通過引入簡單的實驗，快速吸引了學生的注意力，讓他們直觀地感受到磁通量變化引起的感應電流。這種直觀感受為后續的理論講解奠定了基礎。如在解釋楞次定律時，教師通過互動的形式，逐步引導學生理解感應電流方向與磁通量變化的關系。這不僅幫助學生加深了理解，也培養了他們的思考和表達能力。

在本次“楞次定律”的教學過程中，我深刻體會到學科核心素養培養的重要性。通過精心設計問題、實驗和互動環節，學生不僅在理論上理解了楞次定律的原理，還通過動手實踐深化了對這一物理現象的認識。如在探究實驗環節，學生通過動手操作，觀察并記錄實驗現象，進一步驗證了楞次定律的理論。這個過程不僅提高了學生的動手能力，還培養了他們的科學探究精神和嚴謹的實驗態度。

當然，教學過程中也存在一些不足之處。如部分學生在理解楞次定律的反抗性原理時仍然存在一定的困惑。雖然通過實驗演示能夠直觀地看到現象，但在抽象思維的培養上仍需進行更多的引導和練習。在今后的教學中，我將增加更多的實例分析，幫助學生更好地掌握這一抽象概念。

另外，實驗環節的時間分配也需要更合理一些。有些學生在實驗操作上花費了過多的時間，導致后續的討論時間不夠充分。為此，我考慮在今后的教學中采用小組合作的形式，讓學生在分工合作中高效地完成實驗，同時保留足夠的時間進行結果討論和反思總結。

總體來講，這次楞次定律的教學達到了預期的效果，學生不僅掌握了知識，還提高了動手能力，提升了科學思維。在今后的教學中，我將繼續探索和改進教學方法，以期在培養學生科學素養方面取得更好的成果。

（作者單位：南京市中華中學）

編輯：蔚慧敏