指向核心素养的“电磁感应”教学设计

雷迎春

(宁波大学附属学校，浙江 宁波 315033)

发展学生核心素养的重要性已经逐渐被广大教育工作者认同并付诸教学实践．培养学生核心素养旨在推进教育教学改革,如何将核心素养从一套理论框架或者育人目标体系,落实与推行到具体的教育和社会活动中去,进而真正实现其育人功能与价值,是教育领域面临的重大问题．[1]

课程实施是将课程标准转化为教师教学行为的过程．推进基于核心素养的课程实施,是保证融入核心素养后的课程标准落实到教师课堂教学行为的重要环节．怎样让核心素养的培养目标在具体的课堂教学落地生根,教师必须重视教学设计,在关注学生认知规律、设计教学环节、取舍教学内容、优化教学流程时关注学科核心素养的培养．下面就以“电磁感应”为例谈笔者的一些实践与思考．

新课引入.

用一根导线连接指示灯的两个接线柱后,将它放置在电磁炉的发热盘上,指示灯不发光．启动电磁炉,指示灯发光．

师:在没有启动电磁炉时为什么指示灯不发光?

生1:因为没有电源连接指示灯,指示灯中没有电流通过．

师:为什么启动电磁炉后指示灯发光了?

生2:指示灯发光,应该是指示灯中有电流通过．

师:为什么在启动电磁炉后指示灯中就有电流通过呢?这就是我们今天要学习的内容“电磁感应”．

点评：在本课引入中,巧妙地利用学生的原有生活经验和认知冲突激发学生探究新知的兴趣,让学生在一上课就产生惊奇、发出惊叹、产生求知欲．“导入”是课堂教学的引子,它是教师为有效组织教学而精心设计的一个教学环节,巧妙的导入,不仅能明确提出本课的教学内容和要求,使新旧知识在不知不觉中自然过渡,还会使学生对新知识产生浓厚的兴趣,有利于积极地进入新课学习,从而积极高效地达成教学目标．

经济合作与发展组织“素养界定与遴选”项目中指出,核心素养着力解决的是提高学生面对复杂情境下的问题解决能力,使之能够适应飞速发展的信息时代和复杂多变的未来社会．[2]真实生活中的问题情境往往复杂多元,教师教学中应注意把抽象问题与真实情境相结合,为学生创设能够利用所学知识解决真实问题的机会．

新课学习.

环节1：电磁感应的发现.

师:18世纪末,伏打发明的电堆问世以后,科学家们就有了能产生稳定、持续电流的装置,为电学研究打开了新局面．科学家们利用电堆提供的持续电流,研究得出了著名的直流电路电流定律——欧姆定律,并发现了电流的若干效应,使人们开始意识到电的应用可能有十分广阔的前景,于是寻找大规模获得持续电流的新途径成为社会发展的迫切需要．1820年,奥斯特发现电流的磁效应,引起了当时科学界的轰动,原以为互不相干的电现象和磁现象竟然如此密切相关．许多科学家因而思考既然“电能生磁”,为什么“磁不能生电”呢?英国科学家法拉第经过10年坚持不懈的努力,终于在1831年通过实验发现了电磁感应现象,并得出了电路中产生感应电流的条件．你能从电磁感应现象的发现过程得到什么启示?科学家从“电能生磁”想到“磁是否能生电”用到了什么思维方法?

点评：教师通过电磁感应发现的历史让学生谈启示,不仅让学生了解电磁感应现象的发现背景,更注重对材料的进一步挖掘让学生了解这一过程的同时有所思考有所感悟,而这样的思考与感悟也必将影响学生学习的毅力和恒心．教师还注重该过程中的思维方法的分析,物理学科核心素养的其中一个重要方面就是科学思维,而逆向思维也是科学思维的一个组成部分,这样处理教学内容对在科学教学中优化提升学生的科学思维水平是有效的．

环节2：观察灵敏电流表.

师:现在让我们像法拉第那样用实验方法来探索“磁生电”的奥秘．但是有的时候产生的电流很小不足以使指示灯发光怎么办?

生1:可以用电流表测电路中是否有电流．

师:但是产生的电流很小,不足以使普通电流表指针偏转怎么办?

生2:用更灵敏的电流计．

任务1：观察灵敏电流计.

图1 灵敏电流计

(1) 如图1所示的灵敏电流计,在电路图中常用符号G表示,观察它的刻度盘上“0”刻度线的位置与一般电流表有什么不同．为什么要这样设计?

(2) 用1节干电池作为电源,将电源、灵敏电流计、变阻箱和开关连成电路,电阻箱取值5000Ω．使电流从灵敏电流计右侧接线柱流入电表,瞬时闭合开关,留意观察灵敏电流计指针的偏转方向．

(3) 改变电流流入灵敏电流计的方向,重复实验,注意观察它的指针的偏转方向有什么不同．

学生实验,发现规律并在班级汇报交流．

点评:教师让学生在探究过程中了解灵敏电流计可以判断微弱电流的有无,也可以通过指针的偏转方向判断微弱电流的方向．探究的过程不是简单的问答与讨论,而是一种对话．教学假如仅仅局限于教师主导的讲解,是不可能形成真正的学科教学的．在知识的建构过程中最重要的是让学习者从自身经验到假设生成的过程．就要求学生在问题解决过程中,一方面思考运用怎样的知识才有效,并且收集必要的信息,另一方面,面对复杂的问题情境展开扎扎实实的对话．

环节3：观察按压式手电筒的内部结构.

使用按压式手电筒,无需更换电池,只需按压按钮就能发光．拆开它,观察其内部结构．学生通过观察发现按压式手电筒内有:磁铁、导线、金属片等结构．

点评:通过这一环节的设计,可以初步了解研究电磁感应所需要的器材,否则学生不清楚为什么要用到磁铁、线圈、灵敏电流计等等,教师通过对教学环节的重新设计,降低了学生的思维难度,使内容的呈现更符合学生的认知规律,有利于学生对教学内容的内化、建构．

图2 电磁感应1

环节4：磁场产生电流的条件.

每组提供U形磁体、条形磁体、灵敏电流计、导线、铜质导线绕成的矩形线圈、螺线管等器材让学生进行器材选择,并交流选择的理由．

部分小组选取U形磁体、灵敏电流计、导线、铜质导线绕成的矩形线圈作为实验器材,串联成闭合电路．

小组通过实验得出以下规律，如表1.

表1 感应电流产生条件记录表

续表

图3 电磁感应2

部分小组选取条形磁体、灵敏电流计、导线、螺线管作为实验器材,串联成闭合电路．

小组通过实验得出以下规律,如表2.

表2 感应电流产生条件记录表

断开开关,重复上述实验发现,不管导线怎么运动,灵敏电流计的指针都不偏转．

通过学生讨论、教师点拨最终得出:闭合电路的部分导体在磁场中切割磁感线运动时,导体中会产生感应电流,这种现象叫做电磁感应现象．

点评：物理观念是物理的学科核心素养之一,而学生建构物理观念是一个十分复杂的认识过程．建构主义认为学生学习新的概念之前,头脑中已经有大量的在日常生活基础上形成的相关知识经验,这些知识经验称之为前概念．学生的学习过程就是通过新旧经验的相互作用来建构自己的知识的过程．[3]这种教学策略是建立在学生原有生活认知的基础上,使得学生在教师的帮助下将原有的生活观念向科学认识发展和拓宽．在学生掌握定量的物理规律之前,给学生提供机会建立对现象的定性直觉理解,教师在这个基础上帮助学生搭建“支架”，这样可以促进概念的转变．

在此过程中,教师提供多种器材让学生选择,而在每种选择的后面都包含学生的思考,有利于教师发现学生的思维水平和思考过程,同时为后面学习感应电流的方向与哪些因素有关做好铺垫．

环节5：产生感应电流条件的讨论.

教师在学生得出电磁感应现象后让学生提取概念中的关键词:“闭合电路”、“部分导体”、“切割磁感线”,并让学生分析产生电磁感应现象为什么必须要这几个条件?由于初中不讲磁通量,所以为什么要是部分导体,教师不做深入分析．为什么要是闭合电路?学生对电路中有电流的两个条件:闭合电路和导体两端有电压已有认识．如何判断导体有没有切割磁感线,教师用右手一根手指代表导线,左手张开的手掌靠掌心一端表示北极,指尖表示南极,手指的指向便是磁感线的方向,将右手一根手指插入左手指缝中,根据手指的运动判断有没有切割．教师说明电磁感应的实质就是机械能转化为电能的过程．

点评：本环节教师通过学生讨论使学生进一步理解电磁感应现象产生的条件,对于“部分导体”初中阶段让学生理解有比较大的困难,所以教师进行了弱化处理,留待后续学习继续探讨．而对“闭合电路”则利用已学知识的迁移,对“切割磁感线”的判断教师提出了操作判断的方法,简单易学便于学生应用．教师将是否切割磁感线的判断转化为学生的操作技巧,有利于学生的习得．

环节6：影响感应电流方向的因素.

通过刚才的实验发现灵敏电流计的指针在左右摆动,说明感应电流是有方向的,让学生猜想感应电流的方向跟哪些因素有关,每小组提供实验器材:U形磁体、灵敏电流计、导线、铜质导线绕成的矩形线圈、铁架台等,学生通过实验得出以下规律，如表3.

表3 影响感应电流方向的实验记录表

通过学生讨论、教师点拨、归纳总结得出感应电流的方向跟导体运动方向和磁感线方向有关．

点评：本环节教师先让学生猜想影响感应电流方向的因素,然后通过实验进行验证得出结论,让学生经历科学探究的相关步骤,在教学中注重物理学科核心素养的养成,逐步培养学生的科学探究能力．

应用迁移：演示将磁性小球从铝管中下落,学生发现磁性小球下落速度非常慢,让学生对这一现象进行解释,学生容易得出是由于电磁感应,部分机械能转化为了电能,所以磁性小球下落比较慢．能不能通过实验证明铝管中确实有电流呢?学生通过讨论可以用导线在铝管上接上发光二极管,当磁性小球通过铝管下落时,二极管发光．

课后思考：感应电流的大小和哪些因素有关?你能设计实验进行证明吗?

整节课的教学流程，如图4.

图4 教学流程图

学习的主体终究是学生,学科核心素养的培养要求教学从“教师中心”转向“学习者中心”．思考力的培育同知识的习得存在不可分割的关系．没有知识,思维就不能展开．思考与表达的活动必然伴随某种知识的习得与理解．反之,知识倘若没有联接新知识与旧知识的思考,也不可能获得．[4]

学习与巩固的有效方法,需要把握以下几个着力点.

(1) 寻求学习情境的真实性．重要的是设定具有综合性,又有思维挑战性且学生乐于探究的问题．我们需要的是从生活经验等创设教学情境,这种问题对于学生而言必须具有现实性,使得他们能够体会到知识在生活中的应用,并主动用科学知识解决实际生活中的问题．

(2) 把探究过程还给学生．科学探究是物理学科核心素养非常重要的一个方面,在教学设计过程中教师要根据教学目标设计难度适中并富有挑战性的探究活动,让学生在探究活动中提升观察能力、理解科学规律、提高探究能力．

(3) 创造课堂中的思维文化．在传统的课堂中决定真理的权限在于教师和教科书,其本质是由教师传递现成的知识给学生而已．在核心素养培养的导向下,教学应该是学生在教师的引导下,学生同教材对话、与同伴交流及自我反思,展开知识的协同探究与建构的过程．这样,学生是作为知识的探讨者、研究者、建构者,而教师是支持他们展开对话的引导者、促进者．

在倡导学科核心素养指导下教学的今天,教学中要做到目标尽可能让学生明确;知识尽可能让学生发现;问题尽可能让学生先提;方法尽可能让学生领悟;疑难尽可能让学生探究;得失尽可能让学生评价．科学教育是培养学生对科学真谛的崇高信仰和对科学之谜的无限遐想;科学教学的关键是在教学过程中使学生常怀好奇之心、常备探究之意和常感感悟之乐;科学教学的目的是不仅要让学生掌握丰富的理论知识,更重要的是要培养他们敢于探索、勇于创新的精神,不仅仅要把学生培养成为新现象、新问题、新规律的发现者,更重要的是培养学生成为一个敢于尝试,勇于挑战失败的实践者和乐于思考、善于总结的探究者．