基于行为视角的物理课堂直觉结构模式构建策略——以“探究感应电流的产生条件”教学设计为例

郭振京

(江苏省新沂市第一中学，江苏 新沂 221400)

直接结构的行为模式是通过教学行为的预设、引导及合理架控,使学生在直接思维训练的同时通过分析综合与结构转换建构新经验,形成物理学科独有的认知结构的学习模式．[1]而在模式实施过程中,教师有效的行为引导,对学生的探究过程与思维运演方向起到关键的作用.本文通过“探究感应电流产生的条件”一节教学设计为例,对教学行为视角下物理教学直觉结构模式的构建过程进行展述,例析直觉结行为模式的建构策略．

1 模式拆解与行为预设

(1) 总的设计思想是:直觉结构的行为操作模式(图1).[2]

图1

(2) 教师课堂行为预设把握点: 激发兴趣、全员参与、体验过程、互动生成．

(3) 教材重难点与学情分析.

本课的重点是探寻感应电流的产生条件．但认知要求需从初中的直接切割经验跃迁到磁通量的变化,跨度较大．因此,教学难点是如何分解学生认知的跨度;如何进行有效的课堂行为调控与引导．基于此,进行了如下行为预设:由旧经验“切割”入手,设计多组递进式探究实验,在学生合作互动过程中,融入有效的行为引导,逐步转变认知结构,继而归纳形成新的认知经验．这样编排符合学生的认知规律．

(4) 教学设计流程图，如图2所示.

2 直觉结构模式的具体行为导向策略展述(教学过程)

2.1 行为导入——创情境,由直觉经验建构自然态场

演示:让甲乙两名学生分别拿一本书(甲拿的书中暗藏一只强磁铁),穿过一与灵敏电流计相连的“发电门”(用100匝漆包线绕制)如图3所示.

图3

师:想法很好,那我们就再通过实验多总结一下,看看产生电流的真正条件是什么?

学生观察后惊奇:甲穿过门时电流计指针转动而乙穿过时不动.

师:两位同学穿过门时为何不同?并猜一猜这是我们学过的什么现象?

生(七嘴八舌讨论后):第一个同学的书中可能有磁铁,这应该是:电磁感应现象．

师:很准确,由此产生的电流叫什么?

生:感应电流．

师:很好,这节课我们就来探究这个问题．(板书课题:§4.2 探究感应电流产生的条件)

设计意图: 激发兴趣,培植学生学习欲望．

2.2 行为架控——结构转换,合作探究建构类生态场

(1) 实验探究: 融入有效的行为调控.

探究1:导体做切割磁感线运动.

图4

投影:如图4所示.师:我们在初中已经学过了电磁感应现象,我们一起来重温初中学过的内容，请问感应电流产生的条件是什么?

生:当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流．(学生上台演示切割磁感线运动,让学生仔细观察．)

图5

师:为增强效果,换用多匝线圈代替导线,同学们仔细观察(图5):水平进入、水平出来——有电流;线圈进入后再切割——无电流．

提问:在场内水平切割时为何也没有?

生1:因为全部在磁场中,不是部分导体切割的．

生2:他说的不对,大家看,还有部分导线和电流表在外面,还是部分导体切割磁感线．

师:这位同学观察挺仔细的,确实是这样,这说明什么?

生3:说明初中的结论可能是错的．

生4:不能说是错了,我认为可能是不完整,部分切割可能不是必要的条件,可能还有其它条件吧.

设计意图:引发质疑,激发探究欲望．

图6

探究2:磁体线圈相对运动.

(投影)给一个条形磁铁、线圈、导线和电流表如图6所示．小组合作探究,通过实验,讨论总结出你组的结论是什么,并将现象记入表1中,现在开始．

各小组展示发言:磁铁运动或线圈运动是产生感应电流的条件,即相对运动．

师追问:不动行不行?

生:不行．

表1

图7

师:法拉第却得出了一个相反的结果:可以.投影如图7所示.法拉第在软铁环上绕两组线圈,形成两个闭合回路,左边电路开关通断时,发现右侧导线下小磁针摆动了．可是磁铁与线圈之间并没有运动啊?看来还有其他的规律我们还没有发现,下面请大家沿着他的足迹,做这个实验,找寻产生感应电流的真正条件．

探究3:磁体线圈均不动.

投影:如图8电路,在保持大线圈A和电磁铁B不动的情况下,进行实验探究,如何使回路中产生感应电流?记入表2中.

图8

操作方法能否产生电流大线圈内变化的物理量 第一步 第二步 其他尝试1 其他尝试2 其他尝试3 得出结论通过通电螺线管的产生感应电流

展示结论: (1) 电路中电流变化时有电流．(2) 磁感应强度变化是产生感应电流的原因．

(2) 分析论证:师生互动目标达成.

教师引导:以上总结的条件琐碎且有相互矛盾之处,物理规律应该具有简洁之美,看来隐含的共性规律我们还没发现,我们需要重新审视这几个实验,投影如图9所示.

引导总结.

探究1:磁感应强度B不变,面积S变化;

探究2:面积S不变,磁感应强度B变化;

探究3:面积S不变,磁感应强度B变化.

学生总结:磁通量变化是感应电流产生的真正条件.

图9

设计意图:学会从大量的实验中寻找共性的思维方法,领略科学研究方法的魅力,体验成功的愉悦．

2.3 应用延伸——新经验建构,形成个体内生态场

(1) 认知矫正—— 新经验应用.

师: 课前智慧门实验中产生电流的原因是什么?

学生回答后,接着演示:不用磁铁,转动门时,指针也转动(学生惊讶).

师问:这是为何?

生(思后):有地磁场,转动时穿过门的磁通量变化了．

引错追问:地磁场的强度变了吗?(生:没变．);门的面积变了吗?(生:没变．)那为什么还会产生电流呢?

图10

生辨析:Φ=B·S中的S为磁场内的有效面积, 转动时有效面积变了,所以磁通量变了．

(2) 拓展延伸——逆向思维训练.

暗箱实验:演示如图10所示,插有铁芯的100匝线圈放在暗箱中,接上12 V交变电流,用约50匝漆包线绕制的直径10 cm左右的线圈,两端接有4个发光二极管,靠近暗箱,二极管发光,学生惊奇．问:为何发光?

生:盒内有磁场,线圈靠近时,穿过它的磁通量发生变化了．

再演示:线圈放在盒上不动,还亮.学生惊讶．追问:不动为何还亮?

学生讨论后判断:二极管发光,说明穿过它的磁通量变化了,一直发光,说明箱内磁场一直在变化,所以通入的应是持续变化的电流.

联系实际——渗透科学方法教育.

投影:发电机、电磁炉、商场销售报警器等．

师:我们感恩于法拉第，正是他的发现使我们现在的生活进入了文明美好的电气时代.

设计意图:体会物理与生活的联系,渗透价值教育．

2.4 课堂回顾与分层作业—— 完成生态课堂的融合(略)

3 结语

基于行为视觉的直觉结构模式核心是以学生发展为本,采取图形、图像把握的认知方式,[3]围绕学生自主构建这一主线.针对学生“最近发展区”设计教学流程,通过教学行为的预设、引导及合理架控,精心安排讨论时机.学生在直觉思维运演过程体会与领略科学的研究方法,再适时融入有效的行为引导策略,加快学生新经验的建构,同时收获成功的愉悦.也通过策略的实施,培养学生物理学科独有的认知与学习模式,从而达成高效课堂．