基于“三教”理念的“楞次定律”教学设计

刘冰洁 支启军

(贵州师范大学物理与电子科学学院,贵州贵阳 550025)

1 问题提出

“楞次定律”内容位于人教版新教材选择性必修2第2章第1节,是判定感应电流方向的一般规律.“楞次定律”是以磁场、电流的磁效应等知识为基础,又为之后学习法拉第电磁感应定律、交变电流、电磁振荡和电磁波奠定了基础,具有承上启下的作用.楞次定律是电磁感应规律的重要组成部分,它与法拉第电磁感应定律一样也是本章的一个教学重点,是分析和处理电磁感应现象问题的两个重要支柱之一.[1]本节课属于规律探究课,规律探究的过程中,应该注重学生在探究过程中的体验和思考,让学生真正了解楞次定律的发现过程,从而获得过程体验和情感体验,并通过表达促进迁移反思.因此本文提出“三教”的教学理念,运用“三教”理念进行教学设计,更多地关注学生的思考、体验和表达.

2 “三教”理念融入物理教学中可行性分析

“三教”理念是指“教思考、教体验、教表达”的教育理念,是基于创新型人才培养,在学科教学中教学生积极思考、自主体验、善于表达,以此促进学生长见识、悟道理的一种教育理念.所谓“教思考”,主要是指教师在数学教学中帮助学生厘清数学知识的逻辑结构,找出解决问题的思维线索,引导学生在数学活动中领悟数学思想方法;所谓“教体验”,是指教师引导学生在数学活动过程中获得对知识学习、问题解决和科学研究的过程体验和情感体验,进一步获得对数学思想方法的理解与把握;所谓“教表达”,既包括提高学生的口头表达能力,也包括提高学生的书面表达能力,对于数学教学而言,主要是指培养学生用数学语言来讨论数学、表述数学问题、表达数学结论的能力.[2]

在我国新提出的《义务教育物理课程标准》和《普通高中物理课程标准》中均对“教思考、教体验、教表达”提出了相关的目标要求(表1).[3-5]

表1 “三教”理念在物理课程标准中的体现

因此,在物理教学中“教思考”就是在物理教学中创设物理教学情境,引导学生发现问题、思考问题、提出问题解决的方法,引导学生在物理学习活动中领悟物理学的思想方法.在物理教学中“教体验”就是要引导学生运用科学思维方法建立物理概念、实施科学探究进行知识建构,获得概念建立、问题解决、规律发现的过程体验和情感体验,知道物理概念建立的事实依据和科学思维方法,明确物理规律建立的事实依据和科学方法.在物理教学中“教表达”就是引导学生运用学习的知识解释自然现象,对所学习的概念进行物理意义阐述,引导学生对探究过程中遇到的问题进行口头或书面语言的表达,养成实验报告书写的习惯,培养学生的合作与表达能力.综上所述,“三教”理念是对物理核心素养培养目标的高度凝练,适用于物理教学中,有助于教师的理念改变,帮助促进在物理教学中培养学生核心素养的落实.

3 “楞次定律”内容分析

楞次定律的知识层面核心问题是感应电流的方向与什么因素有关.本节课将围绕这个问题进行科学探究,发现问题,得出结论,总结反思.而楞次定律的本质是能量守恒定律,进一步加强学生的“守恒思想”,培养学生的“能量观”.此外,楞次定律与惯性有相似的特点,可以通过惯性来进一步对楞次定律的本质进行理解.因此,本节课的重点是探究感应电流的方向与什么因素有关,而本节课的难点是怎样引入中间变量“感应磁场”.

3.1 从能量守恒的角度看“楞次定律”

能量守恒定律是自然界的基本定律,它的内容是能量既不会凭空产生也不会凭空消失,它只会从一个物体转移到另一个物体,或者从一种形式转化为另一种形式,而在转化或转移的过程中,能量总量保持不变.楞次定律的常见表述为感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.从楞次定律的表述中可以看出,由于磁铁的运动产生了感应电流,也就是产生了电能,为了维持原来磁通量的变化,就必须有动力的作用,这个作用需要克服感应电流的磁场的阻碍做功,将其他形式的能转化为电能.

3.2 从“磁惯性”的角度看“楞次定律”

在“牛顿第一定律”的学习中,知道惯性是物体固有属性,惯性会阻碍运动的变化.而感应磁场也是感应电流的固有属性,由于感应磁场会阻碍引起感应电流的磁通量的变化,与惯性的概念相似.因此,通过类比的方式更好地让学生理解阻碍的含义.

4 “三教”理念对“楞次定律”教学的启示

4.1 从“教思考”的角度来看

(1)引导学生通过物理情境提出问题,学会从物理的角度发现新问题.

创设合适的物理情境,引导学生根据情境提出新的问题,并根据之前的知识提出合理的猜测.教师演示“产生感应电流的条件”的实验,帮助学生回顾之前学习过的感应电流产生的条件的相关知识.通过改变磁通量的变化,学生可以发现两个过程中电流计的指针偏转方向不同,从而引入本节课要探究的内容:感应电流的方向与什么因素有关.

(2)引导学生思考解决问题的方法,提高学生解决问题的能力.

对“感应电流的方向与什么因素有关”的问题进行思考,提出实验设计的方案.对学生设计的实验进行评价,进一步体会到控制变量法的思想.并让学生进行实验操作,让学生发现问题,并引导学生解决问题.

(3)引导学生思考实验数据,提高处理信息的能力.

在实验中可以直观得到的实验现象是感应电流的方向、磁场的方向、磁极的运动方向,引导学生对实验的数据进行分析,可以发现看不出3者之间明确的关系,因此需要引导学生思考并发现引入一个中间变量感应磁场,可以发现感应磁场与原磁场的方向和磁通量的变化方向有明确的关系,进一步让学生体会到感应磁场的作用.

(4)引导学生思考“楞次定律”的本质,促进知识的结构化.

提问学生需要思考的几个问题:是谁在阻碍?阻碍什么?如何阻碍?能否阻止?为什么不能阻止?学生能回答出是感应电流产生的磁场在阻碍,阻碍产生感应电流的磁通量的变化,增反减同的方式阻碍,不能阻止,因为要产生感应电流,阻止时磁通量不再变化,感应电流就不能产生.通过这些问题,学生对于楞次定律的知识进一步理解和结构化,知道楞次定律的本质是能量守恒.

4.2 从“教体验”的角度来看

(1)引导学生体验规律发现的过程,获得过程体验和情感体验.

规律发现的过程就是科学家经历的探究过程,重构科学家的发现过程,有助于学生获得过程体验和发现规律的情感体验,进一步促进学生对物理学习的积极性.

在本节课程中,通过让学生自己进行实验设计,进行实验,让学生体会控制变量法的使用以及知道灵敏电流计的偏转方向与电流方向的关系,体验实验得到结论的过程,对灵敏电流计与电流方向的关系有深刻的认识.再通过设计的实验进行实验探究,记录数据,分析数据的结果,发现问题.最后,通过楞次演示仪的演示实验,引入中间变量感应磁场,从而发现感应磁场的方向阻碍磁通量的变化,并通过感应磁场可以判断感应电流的方向,体验规律发现的艰辛快乐.

(2)引导学生体验规律的应用过程,加深对规律的迁移运用.

通过书上的习题让学生先感受楞次定律使用的过程,再引导学生进行总结:先确定原磁场的方向,再判断磁通量是增加还是减小,根据楞次定律得出感应磁场的方向,通过右手定则判断感应电流的方向,并写出结构图(如图1所示),最后与学生同做一道题迁移反思.

图1 “楞次定律”运用流程图

4.3 从“教表达”的角度来看

(1)引导学生“说物理”,培养学生的表达能力.

让学生以口头或作图的方式根据控制变量法表达该实验设计方案,促进学生表达能力提升.表达的同时,学生对实验方案进行反思.引导学生根据自己的思考回答出关于楞次定律的本质问题,对于楞次定律的认识更进一步,帮助学生对自己的认识进行反思.将阻碍一词与惯性联系起来思考,帮助学生理解“阻碍”,同时也与之前的知识联系,形成结构.

(2)引导学生“写物理”,促进学生的迁移反思.

根据教学内容,让学生对楞次定律的使用过程进行总结并表达,加深印象以及促进思维的发展.根据课后的例题1,让学生尝试自己做出线圈中感应电流的方向,经历迁移运用的过程,并让学生写出楞次定律的运用流程,解析例题2.

5 “楞次定律”一节的教学设计

根据以上的分析,基于“三教”理念对“楞次定律”一节的内容进行设计,表2列出完整的主要环节的教学设计.“三教”理念并不是单独存在于某一个环节中,一般是每个环节中并存,但是一些环节有一定的侧重点.

表2 “楞次定律”教学设计

续表

6 结语

教育学家杜威曾经说过:“如果我们仍用昨天的教育来培养今天的儿童,那么我们就是在剥夺他们的明天”.新时代的到来使得教师应该使用新的教育理念来适应新的教育.“三教”理念使得教师在进行教学设计的同时,更多地关注到学科知识的本质,关注学生的思考、体验和表达;更好地促进以学生为主体的课堂的达成,促进学生核心素养的培养.