批判质疑用实验探究还原事实真相*——对一道物理教材经典老题纠错的微课教学设计

龚知栋 杨章盛(麻城市第二中学 湖北 黄冈 438300)

1 引言

在2016年教育部发布的《中国学生发展核心素养》中，“科学精神”被列为中国学生的六大核心素养之一提出，它主要是指学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现，具体包括理性思维、批判质疑、勇于探究等基本要点[1].小到个人的求学、求知和终身发展，中到国家的基础科学研究、科技进步能力、国家的创新驱动发展和未来的全球核心竞争力，大到整个人类社会对未知的探索和健康发展，无一不与科学精神的培养息息相关.可以说“科学精神”的内涵是十分丰富的，但其核心和精髓就是批判质疑.“批判质疑”，指具有问题意识，能独立思考与判断，能多角度、辩证地分析问题[1]， 它表现为对既有“真理”的质疑，意味着对权威的挑战和批判，它是从“错误”走向“正确”迈出的最宝贵的一步.纵观物理学史，以伽利略、牛顿、爱因斯坦等为代表的一大批物理学家所具有的批判质疑的科学精神，对整个物理科学的诞生与发展起到了至关重要的作用.

本文将基于批判质疑科学精神的培养目标，以教材中一道经典老题的纠错(微课录制)为例，完成一节微课的教学设计，通过微课这种特殊的教学形式实例，来具体展现批判质疑的培养策略.

2 教学设计和实施

2.1 教学目的

(1)本次微课录制，主要是为纠正教材中一道流传了几十年的经典老题存在的错误，以使高中物理教师和学生了解这道物理题究竟错在哪里？怎么错的？合理的解释又是怎样的？

(2)通过对这一道教材经典题的纠错，唤醒学生的好奇心和求知欲，培养学生的批判质疑和勇于探究的科学精神，最终提升学生的物理学科核心素养，从而实现对人才的培养.

2.2 教学方法

实验法、讲授法.

2.3 教学工具

楞次定律演示器，普通条形磁铁，强力磁铁.

2.4 教学步骤

第一步：老题呈现，介绍历史沿用

呈现经典老题(本文所引题目来自笔者手头可查的两个教材版本).第一次出现在人教版(2004版)高中物理选修3- 2，第四章第3节“楞次定律”课后习题(第14页)第6题.

【题目】图1中的A和B都是铝环，环A是闭合的，环B是断开的，横梁可以绕中间的支点转动，用磁铁的任意一极去接近A环，会产生什么现象？把磁铁从A环移开，会产生什么现象？磁极移近或远离B环时，又会产生什么现象？解释发生的现象.

图1 磁极移近或远离圆环会产生什么现象

本题要求学生用图示实验装置具体做实验，观察实验现象，然后由两次实验现象对比，探究原因，得出结论.可以说，这是一个基于实验探究的题目.

该题第二次出现在最新改版的人教版(2019版)高中物理选择性必修第二册，电磁感应章节第28页第5题(图2)，相对于旧版教材的原题，该题做了改动，这里没有要求学生亲自做实验探究，而是直接告诉实验现象——磁铁移近或远离A环，转动；磁铁移近或远离B环，不动，只是要求解释现象.

图2 最新版教材情境图

最后告诉学生，该题目在30多年前至今一直存在，而且还设计了专门的实验器材——楞次定律演示器(图示器材)，实验室基本都有装备，不仅如此，30多年来很多的教辅资料上都沿用了此题或者变式题目.可谓流传甚广，历久弥新，是一道“经典永流传的”老题.

第二步：提出质疑，引出思考点

本题的最初设计，无论是旧版教材中的实验探究，还是新版教材的实验现象分析，都是要表达：A环是闭合的，当有磁通变化时就能产生感应电流(沿圆环方向形成环形电流)；而B环是有缺口的，不闭合，在磁铁靠近或远离时，即使有磁通变化依然没有感应电流.最终目的：是想通过这道习题的训练，说明产生感应电流的必要条件之一，必须是电路(导体)闭合.

无疑题目的设计思想是非常好的.然而物理是一门实验科学，现象描述是否真的如题目设计那样？这是决定本题是对是错的关键，所以最终须经受实验的检验.

第三步：实验探究，还原实验事实

实验探究部分的设计又分成两次完成，对比实验，容易发现问题所在.第一次用普通条形磁铁做实验，发现实验现象与题目最初的描述是完全吻合的，貌似题目并没有任何问题.第二次改用强力磁铁做实验，这一次实验得到的现象与题目的设计就有非常大的区别——当磁铁靠近或远离时，有缺口的铝环B环中也运动起来了，这说明当磁通量变化时，有缺口的铝环中也产生了感应电流！这种意外现象的出现似乎并不是题目设计者想看到的.

第四步：提出批判，寻求合理解释

本题设计的基础——实验现象的描述，在另一种条件下可能是完全错误的，或者说题目设计依据的现象只是在磁铁磁性不强的情况下，所表现出来的一个现象.而且这个现象也只是表象，并不能据此说明有缺口的铝环此时没有感应电流.因此，题目设计的基础是错误的，那么整个题目就是错误的了.只是非常困惑，为什么一道错题会一直沿用下来？而且改版的新教材居然把实验探究省去，却对一个具有片面性和欺骗性的现象加以分析，如此处理难道是为了回避问题吗？这与科学精神的培养岂不是背道而驰？

另外，对于有缺口的铝环中也会有感应电流，该如何给出合理的解释呢？难道是楞次定律错了吗？当然不是！

为了寻求答案，不妨进一步做实验.新实验采取回避A，B两环有缺口的差异，以强力磁铁在A，B两环的上下左右多侧面分别对两环做相对运动，这时会发现两环都会运动.可见这时的感应电流与两环是否有缺口无关，感应电流的方向也不是沿着两环的环形方向.

考虑到实验中的A，B两环及其横梁，都是有一定厚度和宽度的铝块，在磁场变化时，整个铝块中会出现涡流[2]！具体对于有缺口的B环而言，虽然不能形成沿圆环方向的感应电流，但是在整个铝块中形成闭合回路，产生了涡流.只是在磁铁磁性较弱时，涡流现象非常弱，根本体现不出来(无法体现出较强的力的作用效果，所以不动)，但是磁性加强后，涡流现象及其安培力作用效果就充分体现出来了.

3 教学总结

(1)本节微课的教学重点在于实例引导，教给学生如何针对具体问题去批判质疑，如何用实验探究的方法解决问题.

(2)告诉学生在学习的过程中，应该保有基本的批判性思维，不唯书不唯上，着力培养自己批判质疑的科学精神.