探讨“知识线”与“方法线”同时展开的教学模式<br/>——“楞次定律”课堂回顾与评价反思

探讨“知识线”与“方法线”同时展开的教学模式
——“楞次定律”课堂回顾与评价反思

2014-06-28何海卫

物理通报 2014年5期

何海卫

(浙江省象山中学浙江宁波 315700)

1 问题提出

前苏联著名教育家、心理学家赞科夫曾说：“无论学校的教学大纲编得多么完善,学生毕业后必然会遇到他们不熟悉的科学上的新发现和新技术．那时候,他们将不得不独立、迅速地弄懂这些东西并掌握它．”要弄懂新知识、新发现,掌握新技术，如果没有一套行之有效的科学方法是很难办到的．所以，在物理教学中不仅要教给学生基本的科学文化知识，更重要的是要教给学生恰当的科学方法．

“双线并行”教育模式是浙江省物理某特级教师在其“高中物理科学方法教育的研究与实验”课题研究中提出的一种高效教育模式，它是指在物理教学过程中，以教材中的知识发展过程和伴随知识的发展过程所蕴涵的科学方法为基础，将知识的发展过程及其所运用的科学方法整理出线索，使“知识线”和“方法线”在师生互动的教学过程中同时展开、并行前进的一种教育模式[1]．

笔者在“楞次定律”这堂课中尝试应用这种教育模式，从学生的反应和听课教师的评价看，效果还不错.以下是对课堂重要环节切片式的回顾与反思．

2 课例及评价

2．1 现象导入设疑引思

板书：提出问题

实验：教师出示一截铝管和一块半径比铝管略小的圆柱形铝块，让铝块穿过竖直放置的铝管，另一同学同时在铝管下端去抓铝块；(同学抓物失败)

教师将铝块换成同样形状和大小的磁铁块，让磁铁块也穿过竖直放置的铝管，同时在铝管下端抓磁铁，缓慢下落的磁铁轻易被教师抓住．(学生惊奇)

师：你认为磁铁为什么比铝块下落得慢？

生：不是磁铁对铝管的吸引，也不应该是磁铁和铝管的摩擦阻力，因为它们几乎没什么接触．

师：刚才这位同学虽然没能直接回答原因，却用排除法为我们的分析缩小了范围，你们还有别的什么想法吗？

生：我觉得结合上一节课的学习，磁铁穿过铝管时，由于存在磁场和金属圆管，可能发生了电磁感应现象，是感应电流使磁铁下落得慢．

师：该同学的分析有道理，那么感应电流是如何使磁铁下落变慢了呢？带着这个问题我们学习今天的内容：“探究感应电流的方向．”

反思评价：著名的教育家于漪说:“在课堂教学中，要培养激发学生的兴趣，首先要抓住导入的环节，一开课就能把学生牢牢地吸住．课的开始好比提琴家上弦，歌唱家定调，第一个音定准了，就为演奏或歌唱奠定了基础．上课也是如此，第一锤应敲在学生心灵上，像磁石一样把学生牢牢地吸引住．”20世纪70年代美国教育家C·特耐等人提出导入功能为：引起注意、激起动机、构建教学目标、明确学习任务以及建立联系．他们认为，在新的教学内容开始时，吸引学生的注意是很重要的；求知欲是学习动机中最现实、最活跃的成分；导入要构建的学习目标，使学生进入良好的心理准备状态，全神贯注地、有意义地开展学习．

笔者在本课导入时利用最简单、最直观也是学生最熟悉的实验装置，直击学生的传统认知，通过对比强烈的两次实验，让学生似“雾里看花”，对实验的原理好像知道与电磁感应有关，但却又不知道具体原因，成功抓住学生的注意力，激起了学生的求知欲；在引导学生作初步思考的时候又自然地导入了要达到的学习目标——探究感应电流的方向，为本节课的高效探究打下基础．

2．2 大胆猜想小心设计

板书：猜想与假设、实验方案设计

师：同学们回顾一下有哪些方法可以产生感应电流？

生：①闭合电路部分导线切割磁感线[图1(a)].

②磁铁插入或拔出闭合线圈[图1(b)].

③线圈A内电流变化使线圈B中感应出电流[图1(c)].

图1

师：我们在上述3种装置中选择哪一个来探究感应电流的方向比较好？为什么？

学生通过讨论可能会形成以下意见:

(1)觉得图1(a)方案较好，因为该装置结构比较清楚．

(2)选择图1(b)方案，因为原理清晰．

(3)排除图1(c)方案，觉得对于探究来讲结构过于复杂．

师：选择用来做科学探究的实验装置至少要满足以下两点：简单易操作，具有典型性．上述图1(c)装置不够简单，图1(a)装置简单但不具典型性，所以我们今天选择图1(b)装置来进行今天的实验探究．

请大家结合这一装置并自己用桌上的器材动手实验后猜想：感应电流的方向可能与哪些因素有关？

学生通过实验进行观察，进行各种推论：

(1)可能与产生感应电流的磁场有关；

(2)可能与产生感应电流的磁场的变化有关；

(3)可能与产生感应电流的磁通量有关；

(4)可能与产生感应电流的磁通量的变化有关，因为感应电流的产生是由于磁通量的变化．

反思评价：猜想是对学生物理知识和分析推理能力的综合考查，是对探究方向进行合理和正确的预见，要按照科学方法，运用物理知识和规律进行合理的猜想．很多时候我们为了完成科学探究的一般程序，不加任何引导就让学生进行猜想，这样往往会让猜想成为“无源之水”“无本之木”，学生活动看似很活跃，其实这种天马行空的、没有目的的猜想只是为了猜想而猜想．笔者认为真正有效率、有科学价值的猜想应该建立在一定的事实基础和知识基础之上．

本环节先从教材上一节内容中产生感应电流的3种方式入手，引导学生对科学探究方案与装置选择，确定以图1(b)装置为探究依据后再结合实验装置和小实验进行猜想．这样的猜想更具针对性，也使得课堂更高效．同时，引导学生对实验装置进行分析筛选的过程，实际上是培养学生科学探究重要思想——从简单入手，从典型出发——的过程，对三维目标中“方法”目标的达成起到很好的促进作用．

2．3 实验探究理论佐证

板书：实验探究

师：为了检验大家猜想的正确性，请各小组利用手中的实验器材(线圈，条形磁铁，灵敏电流计，导线)设计实验方案，画出实验原理图进行实验探究．

(1)查明螺线管线圈的绕行方向．

(2)明确电流计指针的偏转方向与电流方向的关系.

教师演示说明灵敏电流计指针偏转方向与电流流向有关．请学生用一节旧电池与滑动变阻器串联后与灵敏电流计相连，观察电流分别从图2中a端、b端流入电流计时指针的偏转方向，确定所用电流计的电流方向与指针偏转方向的关系．同时提醒学生不同的电流计电流方向与指针的偏转方向关系不一定相同．

图2

师：实验中我们要进行哪些实验操作，又要记录哪些实验现象，下面请大家设计记录实验步骤和现象的表格[2,3]．

教师根据巡查的情况，挑几个具有典型代表性的方案让学生上台介绍说明，并利用实物投影仪显示．最后根据教师和同学们的建议，修订完善一个简单易做的实验方案和相应的记录表，如表1所示.

表1 探究感应电流方向实验现象记录表

反思评价：实验方案的确定和实验操作过程是探究性活动中最重要的中间环节，好的实验方案能让实验现象更明显，更方便后面环节的操作．而合理的实验操作才能较为准确地得到实验现象，也使得实验规律的总结成为可能．

在学生进行实验之前，及时引导学生去判断电流表的偏转方向与电流流向的关系是涉及到实验能否顺利进行的首要问题，更是实验探究严谨性的体现．在引导过程中笔者提醒学生使用旧电池、滑动变阻器来保障电表的安全．尽管这并不是实验的重心所在，但严谨的科学态度也是我们探究课堂应该传递给学生的重要信息．在实验操作之前让学生根据实验方案讨论设计实验记录表格是学生对实验方案的再梳理，在本环节的最后笔者再设计一步：让学生自行设计实验记录表格，将本课的探究性体现在细微处．

2．4 归纳结论冲破“阻碍”

板书：归纳总结

师：现在，各个小组都完成了实验，哪个小组愿意将结果展示出来？我们一起来分析．(挑选一组完成情况较好的小组投影展示)这个小组完成得真好！大家是不是都是这样的结果？……好，你们的表现真不错！有没有哪个小组总结出了几个量之间简单的关系，从而得到了感应电流的方向所满足的规律呢？

生：没有，好像没办法总结出关系．

师：根据实验结果寻找结论和规律的方法往往决定着能否得出正确的结论，那么我们处理实验结果的方法有哪些？

生：图像法．

师：图像法一般适合有具体实验数据的实验结果处理．本次实验我们记录的是实验现象，这类问题怎么寻找规律呢？

生：控制变量法．

师：怎么分析？

生：比如，在磁通量都增加的情况下比较磁场方向和感应电流方向之间的关系．

师：下面请同学们尝试用控制变量法来寻找它们三者之间的关系．

学生思考、讨论.

生：我感觉表格中感应电流方向与磁通量的变化无直接关系．

师：磁通量的变化和磁场的方向是描述磁场的物理量，与感应电流的方向不是同一类物理量，不易比较．怎么办？

生：要“搭个桥”吧，先变成同一类物理量，怎么变还没想好．

师：下面请大家讨论如何先把这3个物理量变成同一类型的物理量．

学生讨论后.

生：可以先分析感应电流的磁场方向．

师：很好，请大家在表2里再加一栏“感应电流的磁场方向”，分别判断出各个方向，再进一步总结．为了便于区分，我们把表2里原来的“磁场方向”变成“原磁场方向”[4]．

表2 探究感应电流方向实验现象记录表

学生补充完成表格内容后，注意到感应电流产生磁场的方向与原磁场的方向有一定关联．

师：感应电流产生磁场的方向是否始终与原磁场的方向相同或相反？

生：不一定．有时相同，有时相反．

师：在什么情况下，B感与B原同向？在什么情况下，B感与B原反向？

生：当Φ原增大时，B感与B原相反；当Φ原减小时；B感与B原相同．

师：非常到位的总结，我们是否可以更进一步精简表述．感应电流的磁场对原磁场产生的磁通量的变化起到一个什么作用？

生：阻碍作用，感应电流的磁场总是在阻碍原磁场产生的磁通量的变化．

师：早在1834年俄国物理学家海因里希·楞次通过大量的实验就总结出了感应电流方向的规律楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．

通过刚才我们自己的总结过程发现，“阻碍”一词用得及其精妙．

思考：谁阻碍？阻碍谁？怎么阻碍？阻碍是阻止吗？

生：感应电流磁场阻碍原磁场磁通量的变化，原磁通量增加时，感应电流磁场就与原磁场方向相反，原磁通量减少时，感应电流磁场就与原磁场方向相同．阻碍只是使其变化减慢，不是阻止．

反思评价:根据实验现象总结归纳出感应电流的方向所遵从的规律是本节课的重点也是难点．而在归纳的过程中如何引出“感应电流的磁场方向”这一中间“桥梁”更是突破难点的关键所在．

本环节笔者在操作过程中始终坚持体现物理探究课堂的“方法”渗透，当学生面对表格所记录的现象“一筹莫展”的时候，适时引导学生去思考物理实验结果处理的一般方法，让学生顺利走到“控制变量法”这条路上，当学生陷入“山重水复疑无路”的感觉困境，笔者巧妙“引路”——将“感应电流”转为“感应电流的磁场”，从而让“电”和“磁”统一．让人有“柳暗花明又一村”的感觉，“楞次定律”的主要思想的出现也就“顺理成章”了．对“楞次定律”中“阻碍”二字的理解，设计了4个层层递进的小问题以减缓学生的思维坡度．这3处设计，不仅有效克服了本节课的难点，还较好地培养了学生科学探究的思维品质．

2．5 应用规律释疑问题

板书：应用与验证

师(再次出示课前小实验)：请结合楞次定律分析为什么磁铁比铝块下落得慢？

生：磁铁通过铝管时，导致穿过铝管的磁通量发生变化，从而产生感应电流，感应电流的磁场要阻碍原磁场的变化，导致磁铁受到一定阻力，因而磁铁比铝块下落得慢．

最后教师结合课堂板书设计对课堂内容进行小结如图3所示.

图3 对本节课堂内容小结的板书

反思评价:孔子云：“学而不思则罔，思而不学则殆”表明了学习与思考之间的辩证关系．课堂小结是课堂教学环节中的重要一环，一方面借助对课前小实验的科学分析对本节所学内容进行梳理、归纳、总结和应用．另一方面，利用课堂板书理清知识脉络，构建知识框架结构，进行学法指导，是深化、升华情感态度与价值观的过程．

3 课后反思

本节课是高中物理中最具代表性的规律探究课，其难度在于要将学生对感应电流的认识“从有方向提升到方向如何”这一高度，即依据上节内容基础通过实验现象总结归纳提炼出“楞次定律”，其主要的“知识线”是探究“楞次定律”的主要内容，在这一过程中体现了众多的物理思想和方法，如方案选择中的简单性、典型性原则，归纳楞次定律时体现的控制变量法等等．然而，笔者认为本课最重要的“方法线”应该如图4所示.

本节课在推进时，“知识线”与“方法线”相互依

存、互为促进，“双线并行”，学生不仅顺利冲出“阻碍”得到规律，更于无声中习得科学探究的方法，使得三维目标悄然达成．