基于学生物理“科学探究”素养提升的教学实践——以“探究感应电流的产生条件”教学设计为例

广东省佛山市顺德区均安中学(528329) 张 超

1 物理学科素养

2017年颁布的最新版高中物理课程标准中，明确将高中物理学科核心素养界定为4个维度，即：“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”。物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的重要构成。

“科学探究”素养是物理学科素养的重要组成部分。物理作为一门实验科学，高中阶段的探究教学为深度提升学生的 “科学探究”素养提供了“肥沃的土壤”。“科学探究”素养的提升有利于学生解决问题能力、深度学习能力和自主创新能力的培养。本文将从自身教学实践出发，以 “探究感应电流的产生条件”教学设计为例，探索有效提升学生 “科学探究”素养的教学设计策略，以供参考。

2 基于学生物理科学探究素养提升的教学案例

2.1 教学内容分析

“探究感应电流的产生条件”是人教版高中物理新课程第4章第2节的内容，是电磁学的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位。学生在学习本节内容前，已具备一定的电磁学基础，能熟练掌握磁感线、磁通量等物理概念，这为本节课程的学习提供了必要的保障。对于“磁生电效应”，虽然学生对闭合电路的一部分导体切割磁感线能产生感应电流有一定的认识，但仅停留在表面和感性的认识阶段，学生对问题本质的分析等方面较为薄弱，实验分析归纳的能力有限，对实验现象的观察能力有待提高，实验操作能力不强。因此，在实际教学中，应从学生的已有知识出发，在教师引导下进行探究实验，通过小组合作探究、合作展示、剖析问题、协作讨论等学习方法，归纳总结得出产生感应电流的条件和结论。

2.2 教学设计思路

“探究感应电流的产生条件”的设计思路重在凸显科学探究素养，在整个教学流程设计中，以神秘实验为教学引入，激发学生的学习兴趣和探知欲望，沿着教材线索，结合所配备器材，开展小组合作探究。第一环的合作探究属于探索发现层次，重在寻找多种产生感应电流的方法；第二环的合作探究属于整合总结层次，重在从多种现象中总结产生感应电流的条件；第三环的合作探究属于问题解决层次，重在学以致用，学生利用本节课的探究成果解释教学引入的神秘现象。3个核心环节层层递进，帮助学生体会探索过程，开展合作探究，领悟科学方法，获得学习成就感，促进物理 “科学探究”素养提升。

2.3 教学目标定位

根据课程标准对本节课的具体要求，以提升学生物理 “科学探究”素养为主旨，针对所教学生的心理特点和认知水平，结合教材，确定本课的教学目标定位如下。

(1)能根据实验事实归纳出产生感应电流的条件；

(2)动手开展实验探究，体会科学探索过程，领悟科学思维方法；

(3)理解并应用产生感应电流的条件去解释物理现象；

(4)激发学生的求知欲望，促进 “科学探究”素养提升。

2.4 教学流程图

本节课的教学流程设计如图1所示。

2.5 教学过程设计

2.5.1 实验引入

图1 教学流程图

“隔空生电”小魔术：软线圈串联LED小灯珠形成闭合回路，放在第一个神秘物体上方，改变软线圈的面积，灯珠发光；硬线圈串联小灯泡，静止放置在第二个神秘物体上方，灯泡发光。

问题1：电流是如何 “凭空”产生的?两个神秘物体究竟是什么?

设计意图：趣味实验指向的问题，将贯穿整节教学内容，在课程的结尾得到解释，是本节课的教学主线。以趣味实验作为引入，学生感受实验神奇的同时产生疑问，激发学生的学习兴趣和探究欲望。

2.5.2 知识回顾

问题2：初中学习过的产生感应电流的方法是什么?

设计意图：回顾初中已学知识，可以让学生明确实验必备的前提条件，有助于学生构思实验探究的方向，做好初高中知识的衔接。

2.5.3 实验器材介绍

教师介绍实验器材及其使用方法。实验器材如图2所示，其中分别是电磁感应演示器 (产生匀强磁场)，学生电源，灵敏电流表，软线圈和硬线圈各一个及导线若干。

图2 实验器材

2.5.4 实验探究

问题3：能够产生感应电流的操作方式有哪些? (要求：自行选择器材，小组合作，集思广益，记录可以产生感应电流的操作方式。)

学生小组合作，进行实验探究，并将成果记录在表格中。在探究活动结束后，组织学生进行成果展示，每个展示组派2～3名代表，合作展示操作方式并讲解，其他小组认真观察、思考，并进行记录。

设计意图：本探究环节是课堂核心内容之一，首先是要给予学生充分的实验时间，其次是倡导学生广开思路，大胆尝试。经过多次授课传授，深入开展探究，充分进行展示，学生基本可以找到所有产生感应电流的操作方式。这个环节旨在培养学生的小组合作精神，提高学生的 “科学探究”素养，提升动手操作的能力，调动学生的积极性，提升学生的课堂主体意识，鼓励学生展现自我。

问题4：感应电流的产生的条件?(要求：结合各小组对产生感应电流操作方式的成果展示，组内合作探究、思考讨论，总结感应电流的产生普遍规律。)

小组合作探究对感应电流产生的条件进行分析，借助实验器材，检验所得规律的正确性。在探究活动结束后，组织学生进行成果展示，每个展示组派1名代表阐述结论，其他小组可提出质疑或补充。

设计意图：本环节设计旨在进一步深入探究的问题的本质，从大量的实验现象中，归纳整理出普遍性规律，从而得出科学的结论。在这个过程中，培养学生剖析问题、协作讨论的学习方法，引导学生学会归纳总结，强化学生的课堂主体意识。

各小组展示完毕后，教师进行总结性点评，并对标准概念进行呈现，感应电流的产生条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。

2.5.5 魔术揭秘

教师将课堂引入的 “隔空生电”小魔术中的两个神秘物体展现给全体学生，第一个是 “大块方形磁铁”，第二个是 “家用电磁炉”，并引导学生探究魔术的本质。

问题5：为什么会 “隔空生电”?两个魔术的本质是什么?

学生组内讨论，结合所学知识，对魔术现象做出科学解释，教师组织部分小组展示。学生解释：两个线圈均为闭合电路，第一个实验，在磁感应强度不变的条件下，改变软线圈的有效面积，从而使穿过闭合电路的磁通量发生变化；第二个实验，在硬线圈的有效面积不变的条件下，电磁炉可以产生变化的磁场，从而使穿过闭合电路的磁通量发生变化。

设计意图：学生利用本节课的探究成果解释教学引入的神秘现象，正是学以致用的重要体现，学生在体验科学探究魅力的同时，还能够收获揭示奥秘的成就感，享受物理学习的快乐。

2.5.6 广泛应用

教师列举生活中电磁感应在生活中的广泛应用，如：发电机、水电站、无线充电和磁悬浮列车等。作为课程的收尾，教师利用锡箔纸和电磁炉，现场进行磁悬浮实验，激起学生的探索欲望和求知热情，感悟物理的魅力。

在整个教学过程中，学生始终是课堂的主体，是科学探究的主人。在各个环节的教学设计中，基于小组合作探究，学生多元参与，亲身体会科学探索过程，领悟科学思维方法，不仅更深层次的激发了探究热情，更对“科学探究”素养的提升有着积极的意义。