探究規(guī)律建構(gòu)模型 促進學生思維進階

摘要：楞次定律的理解與應用是電磁感應部分重要的組成內(nèi)容。在楞次定律的教學中，如何真正融入核心素養(yǎng)的“內(nèi)核”，通過“問題鏈”+“實驗”這種探究式教學的方式是有效手段之一。在激發(fā)學生興趣的同時，不斷給學生創(chuàng)設“階梯”，以達到在完成教學目標的同時，使學生融入物理課堂，促進核心素養(yǎng)有效落地。

關鍵詞：高中物理；核心素養(yǎng)；問題鏈；楞次定律

新課程體系下，課堂教學要求由教師的“一言堂”轉(zhuǎn)化為以學生為主體，以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)為目標的多元化課堂。這就要求在教學的過程中不僅要讓學生理解和應用知識，還要在課堂有限的時間內(nèi)提高學生核心素養(yǎng)能力，同時在課后使學生核心素養(yǎng)能力得到持續(xù)提升。下面以哈爾濱市中實學校暴雷老師的公開課《楞次定律》為例，來具體進行分析。

一、教學設計

（一）教材分析

本節(jié)內(nèi)容選自人教版選擇性必修2第二章第一節(jié)。主要內(nèi)容為楞次定律及其應用，揭示了磁和電的內(nèi)在聯(lián)系。本節(jié)課在教材中起到承前啟后的作用，是學生今后學習法拉第電磁感應定律的基礎，同時也是電磁感應規(guī)律的重要組成部分，是分析和處理電磁感應現(xiàn)象問題的兩個重要支柱之一。

（二）核心素養(yǎng)導向的教學目標及評價方式

基于以上的特點及新課程體系的要求，參考《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）及核心素養(yǎng)，教師設計了教學目標（見表1）。

（三）學情分析及重難點分析

1.學情分析：本次授課的班級為哈爾濱市中實學校高中部2021級一班，學生總體基礎知識較弱，思維素養(yǎng)初步形成，探究性學習熱情高。但學生也存在基礎知識遺忘嚴重，學習“淺表化現(xiàn)象”。具體表現(xiàn)為：習慣于孤立地背知識、記方法，努力將知識儲存于大腦，很少主動將新舊知識、所學知識與生活實踐進行意義關聯(lián)[1]。同時學生對磁場后的新授課內(nèi)容感覺過于抽象，與生活現(xiàn)象無法結(jié)合，無法激發(fā)學習興趣，無法真正融入物理模型構(gòu)建的過程。只能簡單進行機械的記憶和反復處理習題達到“學會”的目地，這與核心素養(yǎng)的理念無法有效結(jié)合。基于以上特點，教師在進行教學設計過程中考慮到雖然學生已經(jīng)學習感應電流的條件及電磁感應現(xiàn)象、磁通量的相關知識，但在引入楞次定律之前，仍要通過探究式教學的方式，幫助學生回憶及理解感應電流的知識以達到溫故知新。

2.教學重點：探究實驗的設計與實驗結(jié)果的歸納總結(jié)，感應電流的方向與引起感應電流的磁通量變化之間的關系。

3.教學難點：教師對學生探究式學習的操控，楞次定律的理解，根據(jù)目標進行實驗設計與操作。

4.基于學情的探究式教學方式：針對于本節(jié)課，教師認為難點在于如何進行探究式學習楞次定律，而學生對于楞次定律中“感應電流引起的磁場”的模型構(gòu)建與引入是難點中的難點，需要教師充分發(fā)揮引導作用。基于以上的分析，教師利用實驗和“問題鏈”兩種方式來進行難點突破。

實驗：實驗分成演示實驗和學生實驗兩類。演示實驗的目的有兩個，一是通過演示激發(fā)學生的興趣；二是給問題鏈的提出創(chuàng)造出物理情境并切入需要引導的重點知識。而學生實驗是通過實驗的過程培養(yǎng)學生的科學探究的能力。

“問題鏈”：問題鏈是根據(jù)學生已有的認知水平，把需要學習的知識轉(zhuǎn)為一連串有主題的問題群[2]。問題的設置以培養(yǎng)學生的科學思維為第一要務，促進學生思維進階。對學生思維要求不斷上升，同時能感受到知識結(jié)構(gòu)的清晰、探究過程的嚴謹、思維過程的嚴密。

二、教學片段

在本節(jié)課的教學過程中主要以兩部分來體現(xiàn)探究式教學過程，下面筆者對這兩部分內(nèi)容進行展開說明。

（一）探究式教學過程1

1.演示實驗1教學過程

采用演示實驗的方式來引入新課，用風扇的轉(zhuǎn)動，點亮二極管（見圖1），此處注意兩個二極管的正負極反接。為了使學生看清兩盞二極管交替閃亮，播放采用慢動作錄制視頻。

同時利用此真實情境抽象成物理模型（見圖2），演示實驗的目的是利用學生對未知事物的好奇激發(fā)學生的學習興趣，同時基于實際情境通過抽象概括的過程培養(yǎng)學生模型構(gòu)建的能力，以此培養(yǎng)學生的科學思維能力。

2.問題鏈1教學過程

通過引入環(huán)節(jié)，學生對感應電流的方向有一定感知。因為交替閃亮的原因是電流方向變化，但不夠具體和形象，此時引入探究式問題鏈1。

問題1：通過演示實驗及建立的理想化模型，請你思考一下感應電流產(chǎn)生的條件是什么？

問題2：通過演示實驗，你觀察到感應電流的方向有什么特點？

問題3：如何探究感應電流的方向？

問題4：你認為感應電流的方向與什么因素有關？

問題5：自主設計方案，探究感應電流的方向，并設計表格，找出需要測量的物理量（見表2）。

目的：通過觀察實驗現(xiàn)象，學生能夠建立基本感性思維。在此基礎上利用問題1引發(fā)學生思考回憶，引導學生對舊知識進行遷移與應用。問題2、3、4思維梯度逐步深入，激發(fā)學生對感應電流成因的深度思考，幫助學生構(gòu)建探究要素，最終通過討論、分析等過程建立實驗探究參數(shù)表格。

學生此處設計的表格只包含了“條形磁鐵纏上的磁場方向B、電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向、螺線管中電流的方向”這三個角度。學生無法自主意識到存在感應電流的磁場且感應電流的磁場與引起感應電流磁場方向具有一定關系這一教學難點。

（二）探究式教學過程2

1.演示實驗2教學過程

為了突破本節(jié)教學難點，進行演示實驗2（見圖3）。強磁和鋼球在同一鋁管中自由下落，強磁球下落緩慢，鋼球加速下落。通過阻礙相對運動的實驗，引發(fā)學生對于阻礙這種現(xiàn)象的思考與討論。

2.問題鏈2教學過程

提出問題鏈2，讓學生經(jīng)歷交流、評估等科學探究的過程，認識到感應電流有磁場，且與引起感應電流的磁場有一定關系，并探究實驗中缺失的參數(shù)。

問題6：為什么磁鐵在鋁管中下落會變慢，而鋼球做自由落體運動？

問題7：為什么磁鐵受到阻力而鋼球沒有，對比兩個小球的材質(zhì)，你對這個阻力的性質(zhì)有什么想法？

問題8：對于感應電流的方向你有什么新的想法？（無需判斷定性關系，只研究可能有關因素。）

問題9：在實驗中還有什么物理量是我們需要加入表格的？

目的：學生通過演示實驗2后，明顯觀察到強磁球受到阻力的作用。通過問題6與7引導學生進一步分析阻力的性質(zhì)及產(chǎn)生原因。而問題8與9幫助學生在清晰阻力的性質(zhì)后，進行思維進階提升，自主找到阻力背后所隱藏的物理量———感應電流產(chǎn)生的磁場。

通過問題鏈引出表格中缺失的物理量的探究即“感應電流產(chǎn)生的磁場的方向B’、穿過螺線管的磁通量的變化、B和B’在方向上的關系”這三個需要探究的參數(shù)（見表3）。進行實驗探究后給出框架，給學生提供交流、評估、反思等科學探究過程的抓手。通過討論總結(jié)出知識結(jié)構(gòu)框架，并最終總結(jié)出楞次定律的內(nèi)容。

三、課例評析

（一）課堂教學分析量化表

依據(jù)新課標及教材，結(jié)合本課特點，參考學情等，規(guī)劃教學評價量化表格如下所示（見表4）。

依據(jù)以上內(nèi)容和評價量化表格，分析本節(jié)課情況如下：

（二）總體評價

本節(jié)課體現(xiàn)新課程理念，注重物理觀念的滲透、科學思維的培養(yǎng)以及實驗探究的分析過程和學生操作過程。通過“探究式”教學的形式，成功找到所需探究的物理量。對于本節(jié)課的核心規(guī)律楞次定律的內(nèi)容，學生通過教師的引導自主進行歸納總結(jié)。課堂上注重對學生實驗操作能力和科學探究能力的培養(yǎng)，各環(huán)節(jié)的時間分配較為合理。

在科學探究環(huán)節(jié)，演示實驗完成度較高，學生興趣高，并且有意愿去參與進物理情境中，主動進行科學探究環(huán)節(jié)。在分組實驗中體現(xiàn)合作、交流等培養(yǎng)學生團隊意識的過程，為后續(xù)培養(yǎng)學生科學態(tài)度與責任打下堅實的基礎。

師生互動環(huán)節(jié)，在學生思考討論過程不夠清晰的情況下，教師設置的問題鏈能快速正確地引導學生思路。學生經(jīng)過合作交流后所回答的問題很好地體現(xiàn)了科學探究的完整過程。

對于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿課堂，學生分組實驗使學生經(jīng)歷完整的科學探究過程，在設計實驗探究內(nèi)容的環(huán)節(jié)中，不是一蹴而就地給出學生探究內(nèi)容，而是根據(jù)學生現(xiàn)有的知識水平，巧妙地利用“演示實驗”加“問題鏈”的形式幫助學生從感應電流方向到感應電流產(chǎn)生的磁場過渡，符合學生認知習慣，培養(yǎng)學生科學探究能力和科學思維的精神。

（三）課堂不足與改進建議

1.設問不具有開放性

新課標要求課堂以學生為主體，但本節(jié)課的“主體”仍然不夠突出。具體體現(xiàn)在問題鏈的設置存在部分問題。在本節(jié)問題鏈設置中雖然可以對學生的思維進行正確引導，但過于束縛學生思維，沒有開放性問題，使學生思維受固。例如“問題7：為什么磁鐵受到阻力而鋼球沒有，對比兩個小球的材質(zhì)，你對這個阻力的性質(zhì)有什么想法？”此問題的設問具有一定指向性，學生直接聯(lián)想的是磁性問題，缺少思維深度思考。建議把問題設問為“為什么磁鐵受到阻力而鋼球沒有，你有怎樣的想法”，讓學生自主進行討論，使問題具有開放性，突出學生作為學習的主體這一思想，效果可能會更好。

對于分組實驗中學生使用靈敏電流計的方法教師沒有進行介紹，只是簡單介紹了靈敏電流計可以觀察電流方向，沒有進行分析與討論，錯過了培養(yǎng)學生對于靈敏電流計原理及轉(zhuǎn)動方向跟電流關系的分析。同時在學生分組實驗操作的時候也出現(xiàn)了問題，教師在進行個別指導時，基本每一組都需要強調(diào)方向問題，錯失了培養(yǎng)學生科學思維和科學態(tài)度的機會。

2.課后核心素養(yǎng)的提升能力不足

對于學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，需要在課堂中以及課后進行長期的培養(yǎng)。課堂中對于科學探究和科學思維的培養(yǎng)有一定體現(xiàn)，但作業(yè)并沒有進行針對核心素養(yǎng)培養(yǎng)的具體設置。建議在作業(yè)中加入思考性作業(yè)“你對楞次定律中‘阻礙’一詞有何理解？是否能根據(jù)本節(jié)課的演示實驗及學生實驗舉出一些實例或者創(chuàng)新實驗來分析或驗證這種‘阻礙’的作用？”學生可以利用課后的網(wǎng)絡資源進行分析，甚至可以自己找出一些生活中的物品進行一些創(chuàng)新性實驗，形成科學探索的內(nèi)在動力，在反復嘗試中磨練學生的意志，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度，升華本節(jié)課的主旨。

楞次定律是整個電磁感應這一章節(jié)的重點知識，本節(jié)課以科學探究與科學思維為導向，沒有傳統(tǒng)課堂中直接給出探究方案，進行學生分組實驗，把課堂重點放在學生實驗之中。本課注重探究規(guī)律的過程，引導學生構(gòu)建模型，以達到促進學生思維進階的目標。在探究方法和探究形式確定的情況下，學生再進行分組實驗。當然課堂中仍存在著一定的不足，需要在今后的教學中逐步完善，讓學生以真實生活為背景，通過不同的教學手段及方法提升學生的核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1] 鄧志文.基于深度學習的高中物理教學活動重構(gòu)的課例研究：以“磁場對電流的作用左手定則”教學為例[J].物理通報，2022（7）.

[2] 谷海躍 陳新華.促進高中物理深度學習的“問題鏈”策略研究：以“電表的改裝”教學為例[J].物理教學，2020（11）.

編輯/趙卓然