重视知识建构 促进深度学习①——以“磁场对电流的作用 电动机”教学为例

(江苏省太仓市良辅中学，江苏 苏州 215400)

“磁场对电流的作用 电动机”是苏科版物理九年级下册第十六章第三节的内容，由“观察磁场对通电直导线的作用”“观察磁场对通电线圈的作用”和“能够使线圈持续转动的换向器”三部分内容组成。从知识角度看，三部分内容紧密联系，从学生认知方面考虑，内容由浅入深、循序渐进、逐步到位。

在“能够使线圈持续转动的换向器”的教学中，由于涉及的问题具有综合性、真实性、复杂性，对学生的科学思维能力提出了很高的要求，学生要具备构建模型的意识和能力，需要能够根据解决问题过程中碰到的新情况及时调整策略，对于实验结果的分析讨论，要具有质疑意识，以发现问题背后本质性的东西。在实际的教学中，有老师的教学设计比较草率，表面化、教条化地处理这部分内容，既没有照顾到学生已有的知识结构，去发现学生已有的知识与新知识间的联系，也没有关注学生学习中的知识构建，教师往往从自己的经验出发设计教学，加上课堂上没有设计学生亲身体验的活动，缺少理论与实践的结合,结果使学生感到问题的出现非常突兀，课堂枯燥乏味。

现代认知心理学认为：学习并非是学习者对知识的被动接纳，而是在自己已有知识经验基础上的主动建构。[1]就是说，学生的学习是一个不断建构的过程，只有学生主动建构，不断调整自身的认知结构，学生的学习才能获得成功。所以，在教学过程中特别要重视学生“已有知识经验”，使学生学习的过程真正变为学习者主动建构的过程。

1 重视学生体验，在体验中发现问题

学生的体验是一个非常重要的环节，夸美纽斯在《大教学论》中写道:“一切知识都是从感官开始的。”[2]这种论述反映了教学过程中学生认识规律的一个重要方面：直观体验可以使抽象的知识具体化、形象化，有助于学生感性知识的形成。由于体验过程使学生身临其境，展示了鲜明具体的形象，一方面使学生从形象的感知达到抽象的理性的顿悟，另一方面也激发学生的学习情绪和兴趣，使学习活动成为学生主动的、自觉的活动。同时，体验式教学创建了一种互动的交往形式，教学过程既是师生信息的交流过程，也是师生情感的交流过程。

本节课在体验环节设计了两个体验活动。

体验活动1：观察磁场对通电直导体的作用。

如图1所示，闭合开关，原来静止在磁场中的导体发生运动。保持磁场方向不变，改变电流方向，磁场中导体运动方向也发生了改变。保持电流方向不变，改变磁场方向，磁场中导体运动方向也发生了改变。

图1

图2

根据实验现象，归纳得出：(1) 通电导体在磁场中受到力的作用而运动；(2) 通电导体受到的磁场力方向与磁感线方向和电流方向有关。

通过上述的体验活动，学生不仅知道了通电导体与磁场存在着相互作用，也为整节课的探究作了必要的理论准备。

体验活动2：观察磁场对通电线圈的作用。

如图2所示，在通电瞬间，线框将如何运动？

线圈在磁场中的运动较为复杂，学生的描述遇到了困难，经过仔细观察后发现：线圈从如图2位置开始，先逆时针转过一定角度，接着转速减小，再反向转动。这样来回扭动，最后停止在平衡位置。

那么，为什么通电线圈在磁场中不能连续转动？要使线圈连续转动，有什么方法？

由于学生亲历了实验过程，对新知识接受有了必要的心理准备，同时在体验的过程中发现了问题，为问题的探究作了充分的准备。

2 细化探究过程，在探究中实现意义建构

问题探究1：为什么线圈只是来回扭动而不是连续转动？

该问题的讨论是探究过程中的关键，它既是所学新知识在解决实际问题中的应用，也是进一步探究的基础，起到了承上启下的作用。由于问题较复杂，课堂上采取小组合作学习的形式。对讨论过程中模糊的认识和普遍存在的问题，通过课堂交流环节解决。

通过学生讨论，结合模型分析可以发现，线圈运动是由其受力情况所决定的。

如图3所示，线圈刚通电时，线框左右两边受到的磁场力分别向上、向下，所以在磁场力作用下，线圈加速转动。

图3

图4

如图4所示：线圈转过90°时，线框上下两边受到的磁场力仍分别向上、向下，但此时磁场力对转动作用产生的力矩为零，由于惯性线圈继续转动。

如图5所示，线圈转动角度超过90°时，线框左右两边受到的磁场力分别向下、向上，所以在磁场力作用下，线圈先减速转动，再反向转动。

图5

图6

如图6所示，线圈经过几次来回扭动后，停在了平衡位置。

显然，线圈不能连续转动的关键，在于线框左右两边受到的磁场力不能提供持续的动力。问题的关键找到了，如何来解决这个问题呢？这就引出了问题2的探究。

问题探究2：若要使线圈连续转动，有什么方法？

对于问题2的探究是整堂课的核心，是学生应用所学知识、创造性解决问题的过程。由于问题具有开放性，在解决问题的过程中，要求学生能从多角度、多层次、多结构去思考，去寻找答案，充分体现了培养学生核心素养的要求。

使线圈连续转动的关键是在线圈转过平衡位置时，改变力的方向，而改变力的方向最合理的方法是改变电流方向，据此设计出方案。

课堂上通过小组合作探究和教师的积极引导，最终各个小组提出了自己方案。

方案一：双电源变向法

双电源变向法是学生设计中提出最多的方案，如图7所示，利用两组电源、一个单刀双掷开关，交替地供电，实现改变电流方向的目的。有学生提出，利用两组电源设计上不够简洁。

图7

图8

方案二：单电源变向法

单电源变向法是上一种方案的改进版，如图8所示，利用一组电源和两个单刀双掷开关，交替地供电，以实现改变电流方向的目的。

方案三：间隙通电法

如图9所示，线圈在转过平衡位置时，切断电源，由于惯性，线圈继续转动。通过间隙通电可为线圈转动提供动力。

图9

由于细化了探究过程，学生在探究过程中的创造性得到了充分的发挥，在探究过程中实现了知识建构。

问题是探究式教学的核心与载体，学生的探究活动是围绕问题展开的。教师必须根据教学目的和内容，精心考量，提出难度适中的问题，在富有开放性的问题情境中进行探究，这是探究活动成功的关键。

3 培养批判精神，在反思中追求创新

通过学生的自主探究，从理论上解决了使线圈持续转动的问题，在实际操作中又会遇到什么问题呢？

接着，让学生按照自己设计的方案，连成实际的电路上台展示。

学生马上发现了新的问题：(1) 开关由人工操作，理论上好像没有问题，但实际操作时发现，要使电路中电流的变向与线圈的转动步调完全吻合，几乎是不可能的，如果线圈高速转动，要予以实现更是天方夜谭；(2) 由于线圈与电源的连线是固定的，所以没转几圈，导线就缠在一起了，线圈不可能持续转动。

这是在实际研究过程中发现的问题，要解决这些问题，需要创造性的发散性思维。创造性思维具有新颖性，贵在创新，在思路的选择上、思考的技巧上、思维的结果上，具有独到之处。

图10

换向器的发明就是从理论到实践的一次很好的体验。在老师的启发下，学生终于发现了如图10的换向器，解决了大家提出的问题。有学生指出，换向器的实质是两个组合在一起的一个单刀双掷开关，这种理解入木三分。

4 结语

在教学中，教师必须从学习目标出发，激活学生头脑中已有的知识，在此基础上，教师要及时引导学生进入新知识的学习。在传授新知识时，教师不能照本宣科，而要将学习的内容、任务整合成易于被学生所理解的有组织的知识，把这些知识与学生生活实际紧密结合，并根据具体情况选择恰当的教学方法，以适当的方式呈现、讲授给学生。

教学设计应适时地“修剪”、重组教材的内容、方法，以适合学生吸收。从这种意义上讲，教学设计的过程是对教材再次开发的过程。只有重视知识建构，促进深度学习，才可以更好地达到教学的目标。