问题引领科学探究

徐彦秋 马波

摘要：基于学生已有的认知结构，以 “磁生电”引领学生思维，通过层层设问与合理引导，让学生亲历科学探究过程，逐步得到感应电流的产生条件——磁通量的变化，凸显了科学探究在物理教学中的重要地位.

关键词：自主探究感应电流磁通量

物理是一门以实验为基础的自然学科，物理学科中的很多定律都是对实验结果进行分析归纳后得到的.新课标将实验探究作为改革的突破口，安排了很多探究式的课堂演示实验和学生实验，这些探究性实验和原来的验证性实验最大的区别在于探究性实验的实验定律是未知的，需要实验者通过分析归纳实验结果得到实验定律.分析实验结果常见的方式是根据实验结果中的物理量建立坐标画图线，由图线得到各物理量之间的代数关系来表述定律.但也有一些探究性实验中各物理量之间的关系是不能用简单的代数关系来表述.例如，力的平行四边形定则，楞次定律，感应电流产生的条件等.如何引导学生处理这些探究性实验的实验结果是一个值得研究的问题，如果教师不做好有效的引导，学生往往得不出正确的结论.如果教师直接告诉学生结果，那就失去了探究性实验的意义，成为了变相的验证性实验.笔者从教学的实际出发，以探究式学习为主线，将《探究感应电流的产生条件》这一课的内容作如下设计.

一、设计思想

本教学设计通过学生对“探究感应电流的产生条件”的自主探究，培养学生在合作交流中应用已学知识解决新问题的能力，实现知识迁移.本设计在学生掌握“闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动”知识的基础上，通过进一步实验，引导学生归纳出感应电流产生的条件——闭合回路的磁通量发生变化.这就要求教师指导学生做好实验探究，帮助学生建立概念，掌握规律.

感应电流的产生条件是以法拉第为代表的众多科学家通过许多年的探索才发现的，知识和规律的获得不是轻而易举的，教学的关键是如何从探究的有关现象出发推出感应电流产生的一般条件.在教学过程中要充分调动学生的积极性，通过学生自己的探究、总结、归纳，得出感应电流的产生条件，让学生感受科学探究的过程和体验.

本节课在多媒体、实验、板书的运用上，优势互补，克服了以往呆板的课堂教学模式，对整合课堂教学资源起到了一定的作用，引入实验，激发了学生探究的欲望和积极性.

二、教材分析

1.教材内容及作用

“探究感应电流的产生条件”编排在人教版高中物理选修3-2第4章第2节，教学内容属于电磁感应的基础课，在初中“闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动”的基础上，通过实验探究，引导学生归纳出感应电流产生的条件——闭合回路的磁通量发生变化， 进一步分析和掌握感应电流的产生条件.本节内容在教材中起到了承前启后的作用，为后面电磁感应规律的教学打下良好的基础.通过这节课的学习，学生进一步认识磁通量的概念，能结合实例对磁通量的变化进行定性的判断.再一次认识实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用.

2.教学目标

（1）知识与技能：

①观察电磁感应现象，理解产生感应电流的条件；

②进一步认识磁通量的概念，能结合实例对磁通量的变化进行定性的判断；

③学会通过现象，分析和归纳事物本质特征的科学思想方法；

④提高学生实验观察能力与逻辑思维能力.

（2）过程与方法：

①体会科学探索的过程特征，领悟科学思维方法；

②通过实验探究，培养学生的观察、操作、分析、概括能力.

（3）情感态度与价值观：

①科学探究要有合作精神；

②进行科学探究要有坚韧不拔和持之以恒的精神.

3.教学重点、难点.

（1）教学重点：

①学生实验探究的过程；

②分析归纳感应电流的产生条件.

（2）教学难点：

①教师对学生探究式学习的操控；

②学生对实验现象的分析总结——磁通量的变化.

三、学情分析

1.初始能力：在初中，学生对闭合电路的部分导线切割磁感线能产生电流已有一定的认识.在高中，学生已经知道了电流磁效应，各种磁体和电流周围磁感线的分布以及磁通量的概念.

2.一般特征：在空间想象、问题本质的分析等方面还较为薄弱.

3.信息素養：在教学中从学生的已有知识出发，通过产生问题、学生自主学习、实验探究、合作交流等学习方法，从而得出产生感应电流的条件的结论.

四、教学方法与手段

1.探究式教学：采用自主探究式教学，通过分组实验培养学生自主探究和团结合作精神

2.启发式教学：步步设疑，环环相扣，启发学生的思维.

3.交互式教学：积极开展双向交互活动，实现学生之间及学生和老师之间的交流讨论和互助，提高教学效率.

五、课堂准备

透明塑料管，红色发光二极管，灵敏电流计，铁架台，条形磁铁，圆柱形磁体，大线圈，小线圈，滑动变阻器，电键，干电池，长方形磁体，自制小线圈，导线若干，多媒体设备.

1.新课引入：同学们，请看，这有一套实验装置，这是一根透明的塑料管，在它的下方固定着一个线圈，这是发光二极管，线圈和发光二极管构成了一个闭合回路.我手中拿着的银白色物体是什么？然后学生回答.接下来请大家看看我都做了什么，你们又看到了什么？（再看一次）大家看到了什么现象？（发光二极管亮了）发光二极管闪亮说明有电流产生.这里有电池吗？这里没有电池，电流是怎么产生的呢？这就是我们今天要研究的课题——探究感应电流的产生条件.

2.新课学习：师生合作探讨，教师适时引导，共同解决问题.

探究活动一：复习回顾在初中对电磁感应的认识.

教师活动：用PPT展示初中实验图，回顾初中实验电路.提出问题，怎样才能使这个回路产生电流？

学生活动：集体回答教师提出的问题.

教师活动：总结初中时产生感应电流的条件“闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动”.

探究活动二：明确实验器材、实验安排和实验要求

师生活动：根据实验目的，在教师引导下明确实验器材、实验分组和实验要求.（PPT辅助教学）

探究活动三：通过学生分组实验，探究感应电流产生的条件

学生活动：分组实验（1.磁铁插入线圈；2.模仿法拉第的实验；3线圈在匀强磁场中运动），按要求设计方案，连接电路；观察实验，记录现象；分析实验现象，归纳条件，完成学案.

教师活动：巡回指导.

探究活动四：学生上台交流实验探究的成果，教师点评，师生共同分析、总结.

教师活动：每个分组实验推荐一名同学上台交流.

学生活动：演示实验操作，归纳实验结论.

教师活动：点评归纳.在分组实验一中，磁体相对线圈运动时，线圈本身面积没有变化，但磁场发生变化，有感应电流产生；产生感应电流的条件是：线圈所在处的磁感应强度发生变化.

在分组实验二中，通、断电瞬间，变阻器滑动片快速移动过程中，小线圈中电流发生变化，导致大线圈内磁场发生变化，有感应电流产生；产生感应电流的条件是：线圈所在处的磁感应强度发生变化.

分析实验一和实验二可知，这两组实验的共同点是：磁感应强度B发生变化.

分组实验三中，闭合线圈在匀强磁场中运动时，磁场本身不变，但是当线圈在垂直于磁场的方向上的有效面积发生变化时，有电流产生；而有效面积没变时，无电流产生.产生感应电流的条件是：线圈在磁场中的有效面积S发生变化时有感应电流产生.

探究活动五：师生共同复习回顾——磁通量.

教师活动：大家请看黑板，产生感应电流的条件要么跟磁感应强度B有关，要么跟有效面积S有关，那么，我们有没有学过一个物理量既跟磁感应强度B有关，又跟有效面积S有关的呢？

学生活动：回答教师提出的问题.

教师活动：借助PPT ，复习回顾磁通量的概念，弄清当线圈和磁场方向垂直和不垂直时的磁通量大小，并且知道磁通量可以形象地用穿过闭合线

圈的磁感线的条数来表示.

探究活动六：归纳结论——科学探究成果.

师生活动：总结产生感应电流的条件.（只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流）

探究活动七：回顾新课引入实验，用本节课所学知识进行解释.

教师活动：各位同学，大家还记得我在这节课一开始给大家展示的演示实验吗？我们再来看一次，请同学们注意我的操作.感应电流产生的原因是什么呢？请同学试试用这节课所学的知识解释一下发光二极管闪亮的原因.

学生活动：回答教师提出的问题.

教师活动：点评补充.

3.学习小结.

教师活动：回顾本节课探究成果——产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生改变.重温历史，注重学生人文素质的培养.

4.课堂練习：分析科拉顿“跑失良机”的原因.

5.课后思考：（学生自主探究）电磁感应在生活中的运用（手压式环保手电筒）.

六、板书设计

七、教学预判

1.本节课组织教学的关键是协调好几个探究实验的过渡，从产生感应电流的形式中概括、归纳出产生感应电流的本质，把磁感应强度的变化和面积的变化统一到磁通量的变化上，最终得出产生感应电流的条件.

2.教学过程中，应用多媒体展示时，应尽可能减少切换，课件要简洁，防止多媒体的使用分散了学生的注意力，冲淡了学生的探究活动，以致影响到课堂效果.

3.在教学过程中，适时进行情感、态度与价值观教育，教育学生学习物理，要善于观察，勤于思考.学习的最高境界是“学以致用”.

参考文献：

[1]张大昌.普通高中课程标准实验教科书 物理.北京：人民教育出版社，2010.

[2]彭前程.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2教师教学用书.北京：人民教育出版社，2010.