用哲学思想破解“楞次定律”教学中思维困惑

(江苏省南京市雨花台中学，江苏 南京 210012)

楞次定律是高中物理中较为抽象的物理规律，是培养学生核心素养的良好素材，作为科学探究教学的典型案例，一直受到教学研究者的关注。本节课重在探究，让学生经历探究影响感应电流因素的过程，提出猜想，设计实验方案，分析交流，解决问题，掌握科学探究的方法，深刻理解楞次定律的本质。在实际教学中笔者发现：无论是在探究过程中，还是在自主归纳、总结、理解阶段，效果都不尽如人意。形成这种状况的原因是学生在探究活动中存在以下思维困惑：(1) 实验中发现影响感应电流因素很多，为什么会想到研究原磁场磁通量的变化与感应电流方向的关系？(2) 感应电流的磁场不是产生感应电流的原因，如何想到要用感应电流的磁场去寻找感应电流方向的规律?(3) 如何理解定律中的“阻碍”作用？这些困惑导致学生在探究过程中迷茫无助，思维不畅，对楞次定律充满疑惑。笔者试图运用哲学思想引导学生分析、探究，以消除学生学习中的思维障碍。

1 运用因果分析筛选影响感应电流方向的因素

学生在“条形磁铁插入线圈”的自主探究实验中，根据实验现象猜想影响感应电流方向的要素为：线圈绕向、原磁场方向、磁通量、磁通量的变化等，面对如此多的影响要素，学生会感觉头绪太多，思维容易产生混乱，对下一步的探究感到迷茫，难以寻找其中的规律，此时，可运用“原因与结果相互影响、相互制约”这一哲学思想，引导学生根据“磁通量变化是因，产生感应电流是果”这一因果关系，科学合理地对众多的猜想做出分析，排除次要因素的干扰，抓住问题关键，突出影响感应电流方向的主要因素，将探究的目标聚焦在感应电流方向与磁通量变化之间的关系上，使复杂问题简单化。

教学片断1

师：要寻找关于感应电流方向的规律，必须要弄清楚影响感应电流方向的因素，你们认为感应电流与什么因素有关？

学生通过实验提出猜想：可能与磁体的运动方向有关；与原磁场方向有关；与线圈绕向有关；与磁通量的变化情况有关……

师：这些猜想是否有价值？需要我们来研究、审核和筛选，你认为这些猜想中哪些因素会影响感应电流方向？

教师启发学生：从因果关系来看，磁通量的变化是因，产生的感应电流是果，那么感应电流的方向最有可能与什么因素有关？

生：与磁通量的变化情况及磁场方向有关。

师：哲学知识的运用缩小了猜想的范围，猜想正确与否还要通过实验来进一步确认，如何通过实验来验证我们的猜想呢？

生：可以运用控制变量法，先保持磁场方向不变，改变磁通量的变化情况；再保持磁通量不变，改变磁场的方向，来进行验证。

2 运用“联系的多样性”思想科学合理地呈现“感应电流的磁场”

根据因果关系和实验现象可以得出结论：感应电流方向和磁通量的变化之间一定存在着某种关系，但要探究它们之间关系的思维跨度较大，难以直接观察、分析出其中的规律。如果不让学生经历符合逻辑的科学思维过程，直接引入“中介”——感应电流磁场，只会让学生陷入迷茫、增加疑惑，学生经历的只是一种“伪探究”过程，不利于学生的科学思维和科学探究能力的培养。采用“铝环实验”，在一定程度上可以帮助学生认识到“感应电流磁场”的存在，但呈现缺乏逻辑性，让人有“剑走偏锋”之感。辩证唯物主义认为：事物的联系是多种多样的，有直接联系和间接联系，直接联系是事物之间不经过中间环节而发生相互作用的联系，间接联系是事物之间经过其他中间环节而发生相互作用的联系。教师在教学中可依据上述哲学思想铺设好思维的台阶，帮助学生认识到磁通量变化和感应电流方向之间应当是通过某个中介产生联系，再根据中介的逻辑地位和实验探究，引导学生展开符合逻辑的猜想、分析、推理，从而得出“感应电流的磁场”就是这个中介。

教学片断2

师：实验结果证实了我们的猜想，你们能找出感应电流方向与磁通量变化、磁场方向的具体关系吗？难道感应电流方向与磁通量变化、磁场方向之间没有联系吗？

生：肯定有联系，但……

师：从哲学角度来看，事物的联系有两种：直接联系与间接联系。直接联系是事物之间不经过中间环节而发生相互作用的联系,间接联系是事物之间经过中间环节才发生相互作用的联系。通过刚才的实验，我们发现感应电流方向与磁通量变化之间确实存在着联系，你们认为这种联系属于哪种联系？

生：应当属于间接联系。

师：也就是说感应电流方向是借助了某个“中间环节”与磁通量变化和磁场方向之间产生关联，这个“中间环节”一定既与感应电流方向有关，又与原磁场方向及磁通量变化有关。这个“中间环节”的物理量是什么呢？难于寻找的原因是什么？

生：它们不是同一物理量。

师：对，正所谓“物以类聚”，同类物理量之间的关系最易比较，所以，这个中间环节物理量可能与磁通量是同类，也可能与磁场方向是同类，你认为最有可能是什么？

师：当我们难以得到结论时，科学研究的一般方法就是继续回到实验中寻找这个中间量，为了便于观察，我将上述实验做一个改进：将一端带有强磁的条形磁铁插入(拔出)一只长紫铜管，请大家动手做一做。

师：你们手上有什么感觉？

生：插进和拔出的时候都受到了阻力。

师：这个力是哪里来的呢？

生：力的作用是相互的，应该是感应电流的磁场施加的！

师：感应电流的磁场会是这个中介吗？

生：应当是，因为感应电流的磁场既与感应电流方向有联系，又与磁通量变化有关系。

3 用对立统一的思想启发学生理解楞次定律的内涵

唯物辩证主义认为：任何事物都是矛盾的对立统一体，处在动态变化中,它们的变化过程是一个相互作用、相互影响的过程。在电磁感应现象中，感应电流磁场与原磁场就是一对矛盾的对立统一体，具体表现在“阻碍”二字上。在实际教学中，学生不会想到感应电流磁场与原磁场之间的阻碍与被阻碍的关系，难以理解“阻碍”的内涵。笔者认为在教学中应当有意识地向学生渗透上述哲学思想，从矛盾的对立统一角度，认识感应电流磁场与原磁场之间的关系：没有原磁场磁通量的变化就没有感应电流的产生，也就没有感应电流产生的磁场，同时感应电流产生的磁场也在阻碍引起感应电流的磁通量的变化；体会“阻碍磁通量”与“阻碍磁通量的变化”的不同，理解“阻碍”不只是相反，既有抵消的含义，又有补偿的含义，它们统一在感应电流的产生之中，学生对楞次定律的内涵会理解得更透彻、更深入。

教学片断3

师：从因果关系来看，原磁场磁通量的变化是因，产生感应电流是果，原因引起结果，从相互作用的角度来看，结果又

反作用于原因。这体现了哲学中的什么观点？

生：任何事物都是一对矛盾的对立统一体。

师：在实验中我们发现感应电流的磁场与原磁场之间存在什么关系？

生：当Φ增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当Φ减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。

师：感应电流的磁场方向与原磁场相同或相反，会对磁通量变化带来什么影响？

生：方向相同时，“补偿”了磁通量的减小；方向相反时，“抵消”了磁通量的增加。

师：感应电流的磁场是有助于磁通量变化还是阻碍了磁通量变化？

生：阻碍了磁通量的变化。

师：看来感应电流磁场是一个“叛逆”的磁场，它总是在阻碍磁通量的增加或减少，能否再把这两句话概括为一句话？

生：阻碍“磁通量的变化”。

师：感应电流磁场与原磁场磁通量变化之间具有阻碍与被阻碍的关系，体现了矛盾论的基本观点——对立统一。磁通量的变化是因，产生的感应电流是果，原因引起结果，结果又反作用于原因，二者在发展过程中相互作用、互为因果。你能用简洁的语言概括出上述规律吗？

生：感应电流的磁场总是“阻碍”引起感应电流的磁通量的变化。

师：这个结论是物理学家楞次在1834年通过实验总结出来的，我们称为“楞次定律”。它的本质是什么？

生：阻碍。

师：从受力角度来看，这种“阻碍”表现为“来拒去留”，你能说说为什么会阻碍吗？

生：“阻碍”的过程是克服磁场力做功的过程，实质是能量转化的过程。

师：你们能谈谈对“阻碍”的理解吗？

生：当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向相反，抵消其增加，称为“增反”；当磁通量减弱时，感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向相同，弥补其不足，称为“减同”。

师：“天道乃损有余而补不足”，感应电流磁场的这种特性驱使磁通量在不平衡时极力趋向新的平衡，它能阻止住这种变化吗？

生：不能，只是延缓了磁通量增加或减少的时间。

以上是笔者将哲学上的因果关系、联系的多样性、对立统一的观点融合于楞次定律探究教学中的一些尝试，用哲学思想指导学生科学地开展探究性学习，强化了“思维型教学”，理清了各个物理量之间的逻辑关系，有效地化解了学生在学习中的困惑，使得探究的思路更加顺畅、自然，也让学生站在较高的高度深刻地理解楞次定律的内涵，真正地体验楞次定律的探究过程，从而发展学生的科学思维能力，提升其物理学科核心素养。