基于核心素养的“楞次定律”创新教学设计*

吴 畅

(江苏省沭阳高级中学　江苏 宿迁　223600)

1　现有教学设计的困惑

楞次定律作为高中阶段最为抽象的一个物理规律，因其实验数据多、推理过程复杂、结论难理解的特点，长期以来都是教学的难题.实际教学常让学生在楞次定律的实验验证中，而不是在实验探究中获得了楞次定律的知识.

目前，改进的教学设计主要有两类：一是通过自制教具创新楞次定律实验探究过程[1]；二是换用“楞次环实验”或“落磁”实验创新楞次定律实验探究过程[2,3].教学上虽然提倡活用教材，根据教学实际，对教材进行适当的增、删、补、调、换，但教材是专家根据课程标准编写的，具有一定的权威性、指导性，这两类大幅度替换教材内容的创新设计在教学实践中实为少见.改进的教学设计在增加教学新鲜感的同时，笔者担心是否存在：学生在信任教者的同时对教材其他内容编排的科学性产生疑惑，或者学生在信任教材的同时对教者处理这部内容的能力产生疑惑.

2　基于核心素养的教学设计

2.1　实验前讨论

师：前一节我们通过3个实验探明了感应电流的产生条件，本节将深入研究第2个实验：“条形磁铁插入或抽出螺线管”，由此探究感应电流的方向所满足的规律.实验操作之前请大家猜想：在该实验中需要记录的数据有哪些？或影响感应电流的方向的因素有哪些？

生：感应电流的方向；(须记录，本节课就是研究它的规律)

磁通量变化趋势；(可以记录，是前一节课实验结论的细化)

磁通量变化大小；(可以不记录，这个涉及定量问题，不可能与电流的方向有关)

磁铁在螺线管中的磁场方向；(可以记录，这个有方向，电流也有方向)

磁铁的动作；(不记录，与前一节实验重复，且与“磁通量变化趋势”有重复)

表针的摆动方向；(不记录，与“感应电流的方向”有重复)

……

2.2　实验操作与记录

判断感应电流方向的实验如图1所示.

图1　实验过程

为了判断感应电流的方向，事先弄清线圈导线的绕向，及电流方向、指针摆动的方向与电流表的红、黑接线柱的关系.实验全部由教师操作，学生辅助记录数据如表1所示.

表1　“楞次定律”原始实验数据

2.3　实验数据分析

师：请大家从表1中提炼出感应电流的方向满足的规律.……(学生无语)说实话，作为教师我也没有找出其中的规律，是什么原因导致表1中的规律无从找起呢？

生：一是影响感应电流的方向的可能因素有两个，会相互干扰；二是表1中真的没有浅显的规律.

师：关于第一个原因的解决办法，我给大家提个参考思路：在探究“实验：加速度与质量、力的关系”中，是采用什么办法来克服两个因素带来的影响呢？

生：(非常急切)控制变量法.在此可以保持……(学生无语)，还是没有确切的规律！

师：想找出较多量数据中的规律真是件不容易的事！我们必须要有科学的思维方法，比如采用类似“控制变量”的思想：不管其他因素干扰，在先提炼具有共同点的两个量之间的规律之后，将两量的规律再与其他量研究，以逐步减少研究量，这个与多个力的合成过程有点相似.在“磁场方向”、“磁通量变化趋势”、“感应电流的方向”这3个量中哪两个量之间有共同点联系？

生：“磁场方向”和“感应电流的方向”，它们都有方向.

师：表1中两个“方向”的数据可以提炼合并吗？

生：不可以，因为这两个属性不同的物理量方向不在同一维度上.

师：“磁场方向”和“感应电流的方向”中，谁向谁转换可变成同一属性的物理量，使研究的“方向”在同一维度上？

生：将感应电流方向转换为感应电流的磁场方向.

师：非常好！表1数据经过转换得到“感应电流的磁场方向”数据，如表2所示(经转换不再呈现表1的中“感应电流的方向”).

表2　“楞次定律”转换实验数据

研究表2，我们很容易找出两个磁场方向的关系，如表3所示(经合并，不再呈现表2中的两个磁场方向，且磁铁产生的“磁场方向”称为“原磁场方向”).

表3　“楞次定律”合并实验数据

生：(在表3呈现的同时已经发声音)噢！增反减同！

师：请把“增反减同”的规律说得具体些.

生：当磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向是相反的；当磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向是相同的.

师：物理学定理、定律的表达都追寻的是最简化、最统一的形式.根据大家的表述，感应电流的方向的规律是分成了两个不同的情况，还有进一步提炼的必要，请大家把“增反减同”4个字的规律提炼成两个字的规律.

生：“阻碍”(主要是学生预习所知).

(下面请学生用“阻碍”详细解释“增反减同”，并引出楞次定律内容，在此不再赘述)

3　对教学设计的反思

3.1　教材的深度挖掘

(1)实验选择.在前一节 “探究感应电流的产生条件”中，教材设计了3个实验：“导体棒切割磁感线”、“条磁插入线圈”和“模仿法拉第的实验”，为研究感应电流产生的条件提供了感性素材，同时又成为本章后续教学的基础点之一.也就是说，后续的教学将多次以这3个实验为出发点，变换视角，提出问题，引入新课，深入研究[4].从确定感应电流方向角度，重新审视教材的磁铁插入线圈实验，展开楞次定律教学；从研究感应电动势大小的角度，重新审视这3实验，引入法拉第电磁感应定律的教学；从电路结构的角度，重新审视模仿法拉第的实验，引入互感或变压器的基本原理.因此，从教材整个章节的编写思路来看，笔者认为，在楞次定律教学中不宜不用“条磁插入线圈”实验，教师可以根据教学实际，宜将其他实验作为教学的一点补充，而不是完全替换.

(2)教学重心.从以往的教学实际来看，本节实验操作探究用了较长的时间，而实验数据的分析难度大、时间少，囫囵吞枣地得出楞次定律.显然，这是把实验操作探究的地位看得太重，在教学中平均用力的结果.笔者认为，本节实验操作的大部内容在前一节课已经做过，从教学任务上来讲，实验操作已经不是本节教学的重心，而从复杂的实验数据中进行科学探究，让学生心悦诚服得出并接受感应电流的方向满足的规律——楞次定律，这才是本节的重心.

3.2　侧重彰显的核心素养

(1)科学探究.“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素.基于对本节课中实验操作地位的认识，教学设计侧重培养学生科学探究的“问题”和“证据”两个要素.

本节实验是以前一节实验为基础，深入研究物理规律，笔者在设计猜想“感应电流的方向可能与哪些因素有关”问题上，放手让学生大胆猜想，并让学生对众多猜想作分析，从中筛选出有研究价值的猜想，侧重培养学生在学习和日常生活中，对发现的问题提出合理猜测与假设的能力.

在教学中用较多的时间引导学生从复杂的实验数据中，经过科学思维分析，得出信服的结论，侧重培养获取和处理较复杂信息的能力.

(2)科学思维.“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素.

在数据分析时，面对复杂、规律并不突显的数据，如果按教材提议“是不是可能通过一个‘中介’——‘感应电流的磁场’来表述感应电流的方向跟线圈内磁通量的变化关系”，这个“中介”来的太突然，缺乏让大家信服的理由.在教师适时、适度的指导下，让学生面对较多量的关系研究中采用类似“控制变量”思想，不考虑“磁通量变化趋势”先研究具有较显明共同点的“磁场方向”和“感应电流的方向”两个量之间的关系；面对研究两个量关系的困难，经过合理分析，采用“转换”思想，将“感应电流的方向”转换为“感应电流的磁场方向”让研究深入进行下去；将“原磁场方向”和“感应电流的磁场方向”提炼成这两个方向的关系，通过“合并”方式使研究量从多到少、化繁为简，规律的呈现一下子就出现了柳暗花明的情景——表3中的“增反减同”；在“增反减同”规律的阐述中，基于物理学 “简化”、“统一”的要求，让学生明白楞次定律的精髓——“阻碍”的由来.可以这么说，将数据分析过程说成是“剥茧抽丝”一点也不为过，在学生一步步经历从复杂到简单的问题解决过程中，让学生掌握分析综合、推理论证等方法，提升基于事实证据和科学推理，进而提出创造性见解的能力.