基于批判性思维培养的初中物理课堂教学研究——以苏科版“磁场对电流的作用电动机”课堂教学为例

江苏省苏州高新区实验初级中学 倪凯健

美国著名心理学家布鲁诺指出：“知识的获取是一个主动的过程，学习者不应是信息的被动接受者，应该是知识获得的参与者。”物理教师可以在课堂上让学生通过观察、操作、体验的方式，参与并体会科学家进行探究的过程，从而掌握科学思维方法，在探究过程中培养学生批判性思维，进而促进学生的创造力。

“磁场对电流的作用 电动机”是苏科版《物理》九下第十六章第三节教学内容，是在前一节“电流的磁效应”说明电可以产生磁的基础上，进一步揭示了电和磁之间的紧密联系。课堂上通过观察玩具上的小电动机，观察磁场对通电直导线的作用，以及观察磁场对通电线圈的作用这三个环节开展教学。教材从研究生活中的小电动机结构引入教学，最后以电动机工作原理结束教学，体现了生活·物理·社会的关系。

一、通过问题链问答讨论的方式，创造批判性思维成长的沃土

批判性思维最早可以追溯到苏格拉底“问答法”，他主张课堂上是以师生问答形式进行的。在教学过程中，并不是直接给出答案，而是老师先提出问题，学生回答。如果回答错误，立刻提出另一个连锁问题引导学生思辨，直至得出正确的结论。

在本节课的引入中，通过观察素材，在教师的引导下，进行问题链问答式讨论。通过展示日常生活中学生接触过的各种利用电动机驱动的玩具，让学生接通电源使玩具运转，再将小电动机进行拆解，观察其内部结构。

师：电动机的核心装置是什么？

生：主要由磁体和线圈构成。

师：通电后在磁场中的线圈为什么会转动呢？

生：线圈由静止变为运动，肯定受到了力的作用。

师：是哪个物体对线圈施加了力的作用？

生：思考……

教师再现奥斯特实验，直导线通电后，小磁针发生了转动，引导学生深度思辨。

生：原来静止的小磁针发生了转动说明通电直导线对小磁针产生了力的作用。根据力的作用是相互的，磁体对通电导体肯定也有力的作用。推理：电动机转动是通电后磁体对线圈施加的力。

这种不断质疑、修正原有的想法，进而不断接近真知识的启发式教学方式，展现了批判性思维的精神。在课堂上如要顺利推进这种问题链式问答讨论，实现对学生批判性思维的培养，需要教师扮演智慧引导者的角色。

二、通过实验探究，激发学生运用批判性思维解决问题的主动性

“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”，这是出自《礼记·中庸》中的经典名言。其中“审问之，慎思之，明辨之”，要求我们做学问时做到详实询问、谨慎思考、明确分析，即具有批判性思维。科学思维作为物理学科核心素养的重要组成部分，主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。物理学科是一门以实验为基础的学科，在实验探究过程中激发学生进行独立思考，大胆质疑，科学判断，最后得出正确结论。

（一）观察通电直导线在磁场中受到力的作用

学生按照设计图组装好实验器材，进行操作。根据看到的现象，利用控制变量法进行分析归纳最终得到结论：磁场对电流有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。

这一结论的得出，充分肯定了学生利用科学原理进行科学推理的价值，还为后面由科学原理转化到科学装置做好了知识准备。

（二）观察磁场对通电线圈的作用

利用漆包线制成线圈，将两端的绝缘漆全部刮掉，安装在金属支架上，再放入磁体，接通电路，发现通电后线圈能在某一位置附近来回转动，但不能持续转动。

问题1：为什么线圈能转动，但不能持续转动？

在磁场中的线圈通电后，左右两段导线由于电流方向相反，所受力的方向相反，使线圈向某一方向转动。转过到线圈和磁场方向垂直的位置（平衡位置）两段导线所受磁场力大小相等、方向相反，对线圈产生的力矩为零，但由于惯性线圈能继续转动，转过平衡位置后，由于磁场方向和导线中电流方向不变，导线受力方向不变，此时线圈先减速转动，再反方向加速转动。当再次转回到平衡位置时，线圈所受的力矩又为零，由于惯性，线圈继续转动。最终导致线圈在平衡位置附近往复转动，直至停止在平衡位置。

学生通过科学分析发现线圈不能持续转动的原因：线圈在转过平衡位置后，由于磁场方向不变，电流方向不变，使其受力方向保持不变，线圈所受的力矩使线圈反转。

问题2：采取怎样的改进措施，才能使通电线圈在磁场中连续转动？

学生通过小组思辨讨论后，分享思路：线圈在平衡位置所受的力矩为零，由于惯性线圈继续转动，转过平衡位置后线圈受的力矩使线圈减速，进而反转，能不能让这个反转的力消失，让线圈利用惯性转过这半圈，再到另外半圈获得动力，从而使线圈持续转动。

老师肯定学生的方案，引导学生进行验证。利用漆包线绕制5 匝线圈，将一端的绝缘漆全部刮去，另一端的绝缘漆刮去一半，安装在支架上，放上磁体，接通电路，发现线圈神奇地在磁场中持续转动了起来。

对此方案进行优缺点辨析，优点：利用创造性思维对原有器材进行简单改造，实现了通电线圈在磁场中持续转动。缺点：由于线圈只在半周获得动力，对外输出的动力相对较弱。

问题3：如何让线圈持续转动的同时保证线圈能连续地输出动力呢？

通过学生小组合作，分组讨论，各小组提出了相同的改进方案。线圈转到平衡位置时，改变线圈中的电流方向，此时导线所受力的方向就会发生改变，线圈就会继续按照原来的方向旋转，从而实现持续转动。

问题4：如何实现线圈转到平衡位置时，改变线圈中的电流方向呢？

学生继续分组讨论，得出如下方案：

1.调换电源正负极切换电流方向法

在线圈刚转到平衡位置时，取出电源，调换电源正负极立即装入电路，靠手动的方式改变线圈中电流方向。

2.双电源单开关切换电流方向法

在电路中接入两个电源和一个单刀双掷开关，这个相当于“调换电源正负极切换电流方向法”的改进版，在线圈转到平衡位置的瞬间切换开关，利用开关手动改变线圈中电流方向。

3.单电源双开关切换电流方向法

受楼道灯使用两个单刀双掷开关的启发，在电路中接入一个电源和两个单刀双掷开关，在线圈转到平衡位置的瞬间同时切换两个单刀双掷开关，利用两个开关手动改变线圈中的电流方向。

学生按照自己的方案，进行实验并进行分享展示，总结以上方案，发现其中存在以下的问题。（1）人工更换电源正负极连接，理论上可行，但实际操作中很难找准时机，也来不及拆装。（2）线圈转速变快后，人工切换开关的节奏跟不上线圈转动过程中需要改变电流方向的频率。（3）导线容易缠绕在一起。

教师充分肯定学生们在批判性思维的引导下设计出的改变电流方向的方案，并介绍电动机的换向器，引导学生对比“单电源双开关切换电流法”的设计，这个电动机上的换向器就可以看作是两个单刀双掷开关，只不过它不需要人工切换，可以随着线圈的转动自动切换电刷所接通的铜半环，从而实现自动改变线圈中电流方向的目的。

三、结语

学生利用亲身试验探究得到的知识、通过独立思考、大胆质疑、科学推理从而创造性地解决问题的过程是整堂课的核心。在解决问题的过程中锻炼了学生从多视角、多层系、多脉络去思辨解决问题的能力，充分培养了学生的批判性思维，更体现了卓越课堂提升学生核心素养的要求。