核心素养视域下中学物理教学的创新设计——以“通电导线在磁场中受到的力”教学为例

(江苏省丹阳高级中学,江苏 丹阳 212300)

1 引言

历经多年的教学改革，素质教育的成效显著，但与当下立德树人的要求还有差距，主要表现在学生的创新精神、实践能力和社会责任感亟待加强，因此更须倡导发展学生的物理核心素养。核心素养是对三维课程目标的发展和深化，特别是对过程与方法、情感态度价值观目标的具体化。教师要从“学科教学”转向“学科教育”，不断回归育人本位；实现从知识重现到知识重演的转变，不断促进学生的深度学习。在物理教学中，我们要关注物理知识的文化取向，开发物理知识的育人价值，从传统的以知识为本的物理教学，转变为培养核心素养为主的物理教育。笔者认真研读了专家的报告，结合自身的教学实践，对人教版“通电导线在磁场中受到的力”一节进行了创新教学设计。

2 教学的创新设计

2.1 以科技小制作引入课题

师：最近我用一节干电池、磁铁和一根导线制成了一个小电动机，请大家欣赏(如图1)。请同学们思考，线圈为什么会转动起来？

图1

生：受到力的作用。

设计意图：利用趣味性小实验创设学习情境，可以迅速地集中学生的注意力，激发学生的学习兴趣和求知欲望。

教师引导学生观察实验装置简单说明：由干电池、磁铁和导线构成闭合回路。学生发现通电导线在磁场中受到了力的作用，线圈转动起来了。

2.2 科学猜想：影响安培力方向的因素

师：科学研究常常从猜想开始，请同学们猜想安培力的方向可能与哪些因素有关？

教师可以适时加以引导：我们在第二节学习磁感应强度的时候，已经知道F=IBL(I⊥B)，F=0(I//B)，这表明什么呢？

学生思考、猜想，并请学生设计实验方案，验证猜想。

设计意图：让学生知道物理规律的建立来源于科学猜想、实验与探究，促进学生养成实事求是的科学态度。

2.3 分组实验，探究安培力的方向

提供的实验器材有：安培力演示仪(包括平板状磁铁、两根金属导轨、一根铜棒)、导线、电源(如图2)。

图2

师：该实验涉及三个物理量，所以我们在探究过程中应该采用什么科学方法？

生：控制变量法。

师：很好，控制其中一个量，观察剩下一个量对安培力方向的影响。请同学们思考：(1) 怎样改变电流方向？(2) 怎样改变磁场方向？(3) 导体棒的受力方向如何体现？(4) 该实验有几种组合情况？

设计意图：通过实验探究，培养学生观察、实验设计、分析归纳能力。

学生展示探究成果，并请他们将记录得到的四组模型摆一摆、转一转(如图3)，看看发现了什么规律？

图3

生：四组结果都一样。

师：但是，我们每次实验时电流方向和磁场方向是不一样的，怎么会得到一样的结果呢？这很好地说明了安培力的方向遵从一定的规律，可采用什么方法得到？

生：经过翻转得来的。

师：说明安培力的方向的确遵从一定的规律。接下来，我们只需要研究其中一种情况就可以了。那么，这个规律究竟是什么？

设计意图：请四名学生上讲台展示探究成果，可以提高课堂的参与率，使结果更直观。翻转的目的是让学生发现各种情况下的结果是相同的，为三维模型的引入做铺垫。

师：在这个模型里，安培力方向和磁场方向、电流方向之间有什么关系呢？

生：安培力方向与磁场方向垂直，与电流方向垂直。

教师引导学生进一步看模型，得出安培力方向与磁场方向和电流方向构成的平面垂直。

设计意图：由学生自主总结规律，培养学生空间想象能力和分析归纳能力。

师：如果电流方向和磁场方向不垂直，这个结论还正确吗？

生：将磁感应强度B沿平行于电流方向和垂直于电流方向进行分解，其中平行分量对电流无作用力，垂直分量对电流的安培力仍然与磁场、电流构成的平面垂直。

教师用演示实验验证学生的观点，师生共同总结：安培力方向与磁场、电流构成的平面垂直。

设计意图：运用从特殊到一般和从现象到本质的研究方法，引导学生学习探求物理规律的方法，提高学生的分析归纳能力。

师：请大家伸出左手，对于这样一种方向关系，有没有通用的办法，把它们形象、简单地表示出来。

学生用左手展示，自然引入左手定则。

设计意图：通过自制教具形象直观地得出左手定则，引导学生将知识与形体相结合，方便学生快速构建知识，从而对新知识有更深的体会，更快地学会应用。

2.4 解决问题，学以致用

例1：图4中分别标明了电流、磁感应强度和安培力这三个量中任意两个量的方向，请画出第三个量的方向。

图4

设计意图：引导学生运用新知识去分析、讨论，强化学生对左手定则的掌握，同时帮助学生熟悉立体图和平面图。

师：我们知道电流的周围存在磁场，那么电流之间是否有作用力呢？同向电流之间、异向电流之间的作用力又有什么特点呢？大家先来猜一猜！

生：同向电流相互排斥、反向电流相互吸引。

图5

师：大家的猜想是否正确呢？

教师演示实验，观察、总结通电平行直导线间作用力的特点(如图5)，并引导学生思考。

设计意图：让学生思考、讨论，分享各自的理解，从而在学习中享受成功的喜悦，培养学生对科学的兴趣。

2.5 探究安培力的大小

师：以上我们研究了安培力的方向，下面我们来研究安培力的大小。我们已经知道，导线与磁场垂直时，安培力F=ILB。而当磁感应强度B的方向与导线的方向平行时，安培力为0。请同学们思考一下，当导线与磁场既不平行也不垂直，而是成θ角时，安培力应如何计算？

生：将磁感应强度B分解，计算其垂直分量对导线的作用力。

学生分解磁感应强度，得出此时的安培力F=ILBsinθ。

设计意图：以复习的方式进行引导，促进学生讨论、探究，进而培养学生的自主学习能力。

2.6 实际应用：磁电式电流表

师：安培力已经广泛应用在工业、军事和科研等领域，例如电动机、磁悬浮列车、电磁炮、磁电式电流表等，下面我们来学习中学实验使用的磁电式电流表的构造与原理。

教师拿出实物，屏幕上展示实物图和结构图(如图6、图7)，并解释其工作原理。

设计意图：将电流表分解后进行组装，在组装过程中解释各部分的原理和作用，使学生能轻松理解和掌握。

图6

图7

2.7 首尾呼应，解答悬念

师：请解释刚开始的实验中线圈为什么会转动。

学生回答，教师点评。

设计意图：对课前所设悬念进行解答，首尾呼应，起到点题作用，更让学生感受到学习新知识的喜悦，从中认识物理学的价值。

3 教学感悟

3.1 生动有趣地引入课题

通过趣味性的实验、科技制作引入课题，激发了学习兴趣。学生有了浓厚的兴趣，便有了强烈的学习动力，就能积极思考，进入深度学习状态。

3.2 由教师讲授向学生的自主学习、合作学习进行转变

教师进行角色转变，教师不再是知识的传授者，而是资源的提供者、学生学习的指导者和课堂的组织者，学生是构建、内化知识的自主学习者。

3.3 让学生经历科学思维和科学探究的过程

在教师的引导下，学生猜想，然后积极思考，进行科学探究。让学生感受物理知识形成的经过，在重演物理规律发现的过程中培养学生的核心素养。

3.4 渗透科学态度和责任

在学生科学探究过程中，教师不时加以指导，养成学生实事求是的科学态度，引导学生形成正确的世界观、价值观和责任感。