行走于教材内外的教学设计研究——“弱”教材探究感应电流的产生条件

王辉生

(海安县教育局教研室,江苏海安 226600)

1 “弱”教材探究的背景

在高中物理新课程教学过程中,科学探究是重要的学习内容,又是重要的学习方法,期望学生经历与科学家进行探究时的相似过程,体验科学探究的乐趣,学到科学探究的方法,领悟科学探究的精髓.为此,教材安排了一些探究学习的内容.

例如,人教版高中物理选修 3-2第4章第2节“探究感应电流的产生条件”中,教材再现了初中学过的闭合回路部分导体切割磁感线运动实验,在“实验观察”栏目中提供了“向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中抽出”和“模仿法拉第的实验”两个探究方案,学生根据教材中的方案进行探究活动,探究的进程顺利了,但设计实验方案的能力没有获得充分提高.有了“分析论证”和“归纳结论”两个栏目的内容,学生在探究学习时,往往不是根据实验数据和现象,分析总结结论,而是直接从教材中寻找结论,也就失去了分析、论证能力的训练.这些引导和暗示的内容,能引领学生的探究学习有序进行,使学生学会科学研究的基本方法.但教材中过多暗示性帮助,制约了学生科学探究能力的提升,很容易让探究学习流于形式.

2 “弱”教材探究的界定

“弱”教材探究,要求学生在教师的引领下,实施探究学习时,先不使用教材,探究出结论后再回归教材,总结提升.“弱”教材探究就是要变“教教材”为“用教材教”,以“弱化教材”来“强化探究”,要求教师在使用、处理教材时,从探究教学的需要出发,对教材深度开发,设置符合学生心理和认知水平的问题情景,使学生带着种种疑问走进课堂,在解释疑问的过程中,产生新的问题,通过合作探究,激发创新思维,体验探究方法,完成知识建构.

3 “弱”教材探究的策略

“弱”教材探究,需要“弱化教材”对教学进程的暗示和引领作用,为了达到高质高效,应实施如下教学策略.

(1)创设问题情境,引发自主探究

创设问题情境就是在教学内容与学生求知心理之间形成“思维差”,将学生引入与物理问题有关的情境之中,这些情境是教师有意让学生观察的现象、进行的实验、阅读的资料以及生活的体验等等,由此造成悬念,引发探究欲望.

新课教学引入片断:

师:同学们,在初中已学过电磁感应现象的初步知识,请思考在什么条件下能实现“磁生电”?

生:闭合电路中,部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生电流.

师:很好.我们回顾演示初中的实验.(实验用到一个蹄形磁铁,它的中间是匀强磁场,将导体棒、导线、小量程电流表、开关构成一个回路,分别将导体棒在蹄形磁铁中向里、向外、向上、向下运动.)

生:当导体棒里外运动时,切割磁感线,有电流产生;导体棒上下平动时,不切割磁感线,没有电流产生.

师:一定要导体棒运动吗?磁铁运动行不行?(教师将蹄形磁铁相对导体棒运动,电流表指针发生偏转.)

……

这样的教学引入,要求学生课前回忆初中“电磁感应”的相关内容,但不能让学生预习教材关于感应电流产生条件的具体内容,课上演示初中实验,要求学生思考磁铁运动能否产生电流,通过实验演示,引发探究产生感应电流的本质原因.

(2)设计教学过程,体验探究方法

美国著名心理学家布鲁纳曾说:掌握一般概念和原理是通向普遍迁移的大道.因此,在设计教学过程时,应把基本概念和规律的教学放在首位.坚持用教材教,适当整合教材,把新的概念、规律与认知结构中原有的概念、规律相联系并纳入其中,使概念和规律的呈现方式更贴近学生的认知规律.同时使新概念、规律与原有的概念、规律进一步融合,进而深刻认识概念、规律的本质特征.

新课教学过程片断:

师:用条形磁铁和螺线管来代替蹄形磁铁和导体棒,能否产生感应电流?大家讨论一下,如何操作?

学生分组讨论,教师组织学生到讲台前展示实验.

生:将螺线管和电流表组成一个闭合回路(图1),把条形磁铁插入螺线管,观察到电流表指针发生偏转.

生:如图1,条形磁铁不动,螺线管上下运动,产生电流.

生:如图1,条形磁铁静止在螺线管中时,没有电流产生.

师:很好,请大家根据几个小组展示的现象,归纳结论.

生:无论磁铁动还是线圈动,当它们相对运动时,有电流产生;相对静止时,没有电流产生.

师:这里面是否还隐藏着更本质的东西呢?在图1实验中,磁铁靠近和远离线圈时线圈周围的磁场发生了变化,而磁铁静止在线圈中时线圈周围的磁场不变,磁场变化是否是产生感应电流的条件?请设计实验进行探究.

(投影)引导设计的思考题:

①用已学过的什么器材替代图1中条形磁铁,可以使线圈中的磁场强弱发生变化?

②使用这个器材,可以通过哪几种方法,改变线圈中磁场的强弱?

③为了论证线圈中磁场的强弱改变时,可能产生感应电流,应该进行哪些操作和观察.

④画出实验装置的示意图.

图1

图2

分组讨论,交流实验方案,尝试实验.

(投影)展示实验装置的示意图;

生:首先通过滑动变阻器改变电磁铁的磁场强弱,然后保持电磁铁的磁场强弱不变进行实验.

生:还可以通过开关的闭合与断开来改变线圈中磁场的强弱.

教师投影实验记录的表格如下,要求学生对应表1中项目进行实验和记录.提醒学生通过变阻器改变磁场的强弱时,移动滑片要快.

表1

学生分组实验,汇报实验记录,根据表格信息,小结结论.

生:螺线管线圈中的磁场发生变化时,也能产生感应电流.

师:闭合电路磁场不变,部分导体切割磁感线,回路面积变化,产生了感应电流;闭合电路的面积不变,磁场变化,闭合电路中也有电流产生.可见磁场是否变化也不是唯一条件,那么,产生感应电流的条件到底是什么呢?在磁场部分什么物理量既与磁场有关又与面积有关?

生:磁通量 Ф!它等于磁感应强度B和面积S的乘积.

生:产生感应电流的条件应该是闭合电路的磁通量发生变化!

师:对,不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路就有电流产生.你们通过实验发现了非常了不起的规律!

板书:产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化.

……

以上教学片断,为了突出探究感应电流的条件这一主题,不在设计表格上过多耗时,在没有教材的背景之下,学生很难意识到必须快速移动滑片才能使指针明显偏转,这些都由教师直接给出,以此推动探究的进程.

在不依赖教材的前提下,根据探究需要设计方案,而不是从教材中读取方案,学生自己谋划出来的方案,存在着某些不足,通过教师对探究实验的问题引导,巧妙设问,合理点拨,引领学生分析论证,借助学生间的交流,让一筹莫展的同学受到启发,发现不足,完善认知.学生的设计体现出思考的力量,迸发出智慧的光芒,真正体验到通过探究获得成功的快乐,在探究过程中学到物理学的研究方法.

(3)问题引领回归,提升思维品质

在探究出感应电流的产生条件之后,设计如下问题,让学生自主回归教材,完善知识体系,反思探究成果.

①哪些情况可以产生感应电流?分别说明3个实验中产生感应电流的原因.

②根据3个实验现象,归纳产生感应电流的条件.

③对照教材,小结本节合作探究的具体收获.

学生对问题③有如下小结:这是一堂自主、自我的课,教师没有直接授予知识.在探究过程中,不让我们看教材,对实验方案的设计,以问题追问的形式出现,同学们互助合作,没想到还真能设计出了第3个实验电路,同时发现了变化磁场也能产生电流.本节课凭我们自己的双手、大脑来形成知识,教师只是引导我们的思维,我想这是个好方法,我们能深刻掌握这些知识.

学生的小结一语道破天机,没想到学生也能悟出教学设计的意图.通过实验方案的过程设计,借助合作学习,学生不知不觉地走进教材中的探究实验,获得科学的探究结论.这样的教学流程,可能因探究而磕磕碰碰,在看似不流畅的教学活动中,学生学会科学的思维方法,掌握知识与技能,进而落实三维教学目标.

综上所述,“弱化教材,强化探究”,构建真正意义上的物理探究教学——“弱”教材探究,能够促使教师独立地按照新课标的理念对物理教材进行深度开发,有效地组织学生进行探究活动,从而把教材与教学有机地统一起来,使教学成为课程开发、创生、构建的过程,引领师生共同走进真实而又鲜活的课程改革.

1 李宝银.物理“弱”教材探究教学的研究.教学月刊(中学版)2010(4):3-6

2 王辉生.尝试初中物理“弱教材教法”,实施真实探究.物理教学探讨.2010(6):35-38