楞次定律中的显性物理方法教学

韩志祥

摘    要：针对楞次定律教学中的思路较难理顺的实际问题，通过在课堂中开展显性物理方法教学，使用物理方法引导学生完成楞次定律的知识建构，并提出了显性物理方法教学策略.

关键词：楞次定律;显性物理方法;教学策略

一、问题的引出

楞次定律得出的过程中共涉及到以下物理量：感应电流的方向（电流计指针偏转方向、螺线管线圈绕向）、原磁场的方向（磁铁的磁极）、切割磁感线的方向、开关的通断、磁铁的插拔、磁通量的增减、感应电流磁场的方向等.由于物理量多，关系复杂，容易造成学生思路混乱.

当物理量众多，关系复杂的时候，就更需要有明确的物理方法指引.在课堂中，公开宣称对学生开展的是物理方法教学，将物理方法置于教学前端，在方法的使用中完成知识的构建，这就是显性物理方法教学.传统的知识教学与之相反，其更多地将方法隐含于知识传授的过程中.

下面结合人教版选修3-2第四章第3节“楞次定律”[1]开展显性物理方法教学实践探索.

二、显性物理方法在楞次定律教学中的应用

（一）物理方法的引入

分组完成如图1所示的三个实验，让学生说出如何判断感应电流的方向？

学生逐一总结出三种实验下的感应电流方向，发现得出的结论各不相同.

教师启发学生：当我们希望从各种单个现象中得到一种共性的规律，所使用的方法是什么？

学生：归纳法.

【教学说明：通过上述引入，既提出了本节课要研究的课题，又引出了课题研究所需使用的方法，并明确了方法使用的条件】

（二）物理方法的使用

1.从分组实验中归纳出一般性结论

（1）完成对磁通量变化的归纳

教师：引导学生讨论上述各实验结论中哪个因素太特殊了，并尝试归纳哪个量可以替代该特殊因素.

学生：通过讨论会发现无论是导体棒切割磁感线的方向、磁铁的插入拔出、开关的通断，这些都可以概括成磁通量的变化这个一般性因素.

（2）归纳出感应电流方向的一般性结论

教师：各组得出的实验结论都可以概括成怎样的一般性结论？

学生：当磁场方向向下且磁通量增加（减少）时，感应电流方向逆时针（顺时针）;当磁场方向向上且磁通量增加（减少）时，感应电流方向顺时针（逆时针）.

（3）小结

经过一次归纳，结论具有了一般性，但这个结论够简洁吗？“大道至简”，简洁美是物理学的科学美，物理学家们总要将自己的研究结论简明扼要地表达出来，如果你是楞次，接下来该怎么做？

2.从感应电流方向到感应电流磁场方向的转化

（1）启发应用转化法

组织学生讨论如何简化上述实验结论，让学生不断碰壁，从而发现自己已经被局限在了研究原磁场方向、磁通量变化与感应电流方向三者的关系中.

方法提示：

教师：在利用实验研究a、F、m三者关系时，如果无法直接测量加速度a，该如何处理？

学生：可以将加速度a转化为能够直接测量的位移s，利用对比实验完成研究.

通过上述启发，学生会自主提出转化研究的需求.

（2）转化过程

①理论分析   由于磁通量变化刚归纳出来，且较为抽象，不容易被转化.因此还剩两个物理量可以转化，一个是原磁场的方向，一个是感应电流的方向.原磁场方向可以朝着原电流的方向转化，但只能解释实验（c），并不具有一般性.而感应电流总会产生感应磁场，因此，将感应电流的方向转化为感应电流磁场的方向具有可行性.

②实验验证   上面只是从理论分析的角度阐述了可行性，但还是需要从实验中获得验证.

演示实验：

如图2所示，拿来一个闭合铝环，相当于是一个闭合线圈，将条形磁铁快速插入，让学生发现是因为感应电流的磁场与原磁场产生了排斥，从而导致了铝环的转动，最终验证了从感应电流的方向到感应电流磁场的方向转化的可行性.

（3）结论

感应电流的方向应转化为感应电流磁场的方向.

（4）小结

经过转化后，归纳法所遇到的阻碍可能得以解决，接下来就需要回到前面归纳的部分继续开展研究.

3.从一般性结论中归纳出简洁性规律

（1）研究问题

探究原磁场方向、磁通量的变化与感應电流磁场的方向之间的简洁性规律.

（2）归纳过程

①观察转化后的三者关系   如图3所示，让学生利用右手螺旋定则判断出各图中的感应电流磁场的方向，并观察与原磁场方向的关系.

学生观察结果：磁通量增加，感应电流磁场的方向与原磁场的方向相反;磁通量减小，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同.

②找寻简洁性规律   播放磁铁插入线圈的动画，学生会发现如下现象：

如图4所示，当磁通量增加时，感应电流的磁场对磁通量的增加起阻碍作用，它与原磁场方向相反，原来是为了阻碍磁通量的增加.

播放磁铁拔出线圈的动画，学生会发现如下现象：

如图5所示，当磁通量减小时，感应电流的磁场对磁通量的减小还是起阻碍作用，它与原磁场方向相同，原来是为了阻碍磁通量的减小.

增加、减小可以归纳为变化，因此上述两类结论可以归纳为：无论磁通量怎样变化，感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化，其通过的手段就是利用两种磁场的方向关系——增反减同.

（3）归纳出的简洁性规律

感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律.

（三）物理方法的总结

借助于思维导图，总结楞次定律研究过程中所使用的归纳法、转化法等物理方法，理顺各物理量之间的关系，实现楞次定律的知识建构，具体如图6所示.

三、显性物理方法教学策略

1.搭建支架，自然引入

物理方法的引入绝不能采取灌输的做法，否则会陷入方法知识化的误区.应该通过回顾学生曾经使用过的方法案例，触发他们对物理方法使用条件的认知.针对学生不熟悉的物理方法，应该设计专门的方法教学环节，架设学生在新情境中使用物理方法的支架，构建起物理方法使用的最近发展区.

2.熟悉程序，建立联系

熟练掌握每一种物理方法的运作程序，通过教材分析和学情分析，理清知识点之间的内在逻辑以及学生的思维逻辑，并合理地安排在方法的运作程序中，从而将零散的知识点有机地联系起来.

3.有主有次，协同推进

先构建某种物理方法为主线，按照该方法的使用程序从物理现象出发，逐步向前推进，当遇到困难时，再采取其他物理方法，使得主体方法的思路得以继续，最终获得结论.

4.局部小结，全局总结

当在局部完成了某种物理方法后，要通过评价与质疑的方式及时地进行小结，以便于发现下一步研究的方向.当获得最终结论后，就需要通过思维导图的方式将知识结构与所使用的物理方法呈现出来，从而帮助学生理顺全局的思路.

四、结语

综上，在课堂中开展显性物理方法教学，使用物理方法引导学生完成知识的建构，这将有利于理顺学生的思路，提高教学的效率.

参考文献：

[1]课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书.物理选修3-2[M].北京：人民教育出版社，2013：9-13.