基于核心素养的“楞次定律”的探究教学设计

梁金中

摘   要：高中物理教学要关注其育人目的，培养学生核心素养，提高学生综合运用知识解决物理实际问题的能力。本文以高中物理“楞次定律”一节的探究教学为例，通过对传统教学方案的优化、改进和创新，探索基于核心素养的高中物理教学设计。

关键词：楞次定律;探究教学;学科素养

新修定的2017年版《普通高中物理课程标准》明确了“普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有理想信念和社会责任感，具有科学文化素养和终身学习能力，具有自主发展能力和沟通合作能力” ;物理教学要更加关注物理教学的育人功能，注重通过物理教学培养学生核心素养，强调提高学生综合运用知识解决物理实际问题的能力。本文以高中物理必修2的“楞次定律”一节的探究教学为例，探索基于核心素养的高中物理教学设计。

受传统教学和应试教育的影响，老师大多按教材编写的内容进行教学，利用图1的实验装置进行分组实验或演示实验，按照预先设计好方案，将观察到的原磁场方向，磁通量增减情况，感应电流的方向和感应电流的磁场方向等记录在预先设计好的表格中，如表1所示。

课堂上老师让学生归纳表1中感应电流的磁场方向与原磁场方向和原磁通量变化的关系，即表1中第5行与第1行和第2行的关系，通常学生很顺利地得出规律，真可谓“高效”完成学习任务。这样的教学模式，学生只需按部就班便能轻松地获得知识，楞次定律的获得一蹴而就，这与当下倡导的培养学生科学素养的教学理念相距甚远，既无助于物理观念的形成，也无助于培养学生的科学思维、科学探究能力和科学态度与责任等。

物理教学的目的不仅仅是为了让学生懂得有哪些物理知识，更重要的是要让学生在学习物理知识的同时，学会像物理学家在研究物理问题时所采用的科学思想、科学思维、科学方法和科学精神。物理学科的教育价值就是要让学生获得超越知识本身的知识迁移能力，并且内化为影响其一生的思维方式和行为习惯。

新的课程标准对本节课的要求是：“通过对感应电流等相关问题的科学探究，强调对实验现象和实验结果进行归纳推理的方法，以此提升学生对实验定性和定量分析的能力”。电磁感应现象是动态的物理现象，对电磁感应现象的探究是学习电磁感应规律的重要基础，尤其在楞次定律的探究中涉及的物理量多，关系隐蔽不易发现。因此，在楞次定律的教学中，教师应努力创设科学探究情景，让学生经历科学探究过程，适时启发引导，促进学生对知识的意义建构，从而深刻理解楞次定律所揭示物理内涵，准确理解定律中的“阻碍”二字的真正含义。

下面就楞次定律的探究教学进行优化、改进和创新，旨在探索物理教学中培养学生科学素养的教学策略。

1  优化传统教学方案，培养学生学科素养

本节重点和难点是探究“感应电流方向与磁通量变化的关系”，然而，楞次定律内容却是“感应电流的磁场与磁通量的关系”，探究的难度就在于如何将探索“感应电流的方向”变换为探索“感应电流的磁场方向”。传统教学中直接让学生列表分析并得出结论，学生全然不知道为什么如此设计。优化方案是将原有探究内容分为表1中项目1-3和项目4、5的两个阶段进行，让学生经历“探究-分析-再探究-再分析--总结规律”的过程。

在学生完成表1中的探究项目1-3后，学生有了感应电流方向、原磁场方向和磁通量的变化情况等实验信息，教师应引导学生分析这些实验信息，并试图找出它们之间的关系，学生会发现：“当磁通量增加的时候，感应电流有逆时针和也有顺时针（条形磁铁插入螺线管时）”;“当磁通量减少的时侯，感应电流也有逆时针和顺时针（条形磁铁从螺线管中抽出时）”; “原磁场方向向下时（N极朝下）或向上时（N极朝上），感应电流有顺时针和也有逆时针”，等等。经历这一探究过程，学生虽获得某些结论，但仍感到紊乱，无法得出简捷的规律，陷入思维困境，这时老师就要适时给于鼓励和启发引导，增强继续探究的信心。

老师的帮助一定要做到“不愤不启，不悱不发”。对于学习能力较强的学生，在陷入困境时，可适时提示学生注意，如“线圈中产生感应电流时，还会产生什么物理量变化？它们有否直接的关联？对于学习力一般的学生，可进一步提示：“线圈中有几种磁场存在？这些磁场间存在什么关系？”等等，如此一来，学生自然而然地过渡到关注感应电流的磁场方向与原磁场方向和磁通量变化的关系，继而完成表1中第4、5项的探究任务，最后得出定律。

感应电流的磁场是感应电流的结果，学生不易想到，需要老师的适时引导，力求做到顺水推舟，水到渠成。总之，探究过程要做到合乎认知规律，渐入佳景，还学生学习时空，不急于求成，做到不包办、不强加，让学生经历发现问题、提出问题、猜想假设、分析推理、总结和形成结论的过程，甚至经历小挫折、小失败再到成功的过程，达到培养学生的归纳思维和科学探究的能力，培养坚忍不拔的科学态度和责任感，促进学生科学素养的形成。

2  改进实验装置，降低探究难度

事先将实验用的螺线管两个接线柱短接并固定在实验小车（木制小车或铝制小车）上，同时准备一块钕铁超强磁铁。

（1）演示实验，观察并记录实验现象

将固定有线圈的小车静置于平滑的水平面上，而后，分别让强磁铁N极和S极迅速靠近处于静止状态的线圈，让学生观察并记录所看到的现象;同理，也记录磁铁远离线圈时所看到的现象，并用表格的形式呈现。本实验也可用细线将螺线管悬挂在铁架台上进行实验。

（2）现象分析，得出结论

由于学生对于螺线管比较了解，易聯想通有电流的螺线管相当于一根条形磁铁，也知道“同名磁极相斥，异名磁极相吸”的规律。在演示实验过程中，还可演示两辆分别固定有条形磁铁的小车的相斥和相吸的现象，更有助于启发学生联想。当磁铁迅速靠近线圈时，小车会迅速远离磁铁，对比“同名磁极相互排斥”的现象，易得出线圈中感应电流的磁场方向，这不仅符合学生的认知水平，同时也能顺理成章地引入感应电流的磁场，此后的分析可参考策略一。

3  自创教具，创新探究

准备两根约100cm长的透明有机玻璃管，将其中一根等间距地绕上铜线圈（线圈可选用直径约1mm左右的），并将线圈两端短接，玻璃管的直径应略大于强磁铁的直径，便于让磁铁从管中自由下落。

（1）实验演示，观察和记录现象

将上述两根管子竖直固定在铁架台上，向学生展示并同时让两个强磁铁从管子上端口自由放下，记录2块磁铁的下落快慢（定性即可）。

（2）现象分析，得出结论

对比两根管子里的磁铁下落情况，效果明显，能较好地激发学生的好奇心和探究欲望。建议老师还可以再做一次线圈开路时，两磁铁下落的对比情况，促进学生发现问题、提出问题、猜想假设，分析求证等思维活动。磁铁从有线圈的管子下落明显受到阻力作用，易以启发学生发现感应电流的磁场与原磁场方向关系，并得出感应电流的磁场总要阻碍原磁通量的变化，即“增反减同”的结论。

总之，基于核心素养的物理教学，教师需要对教材和教学内容进行再创造，创设物理问题情景，提供学生参与教学的各个环节的机会，让学生经历科学家探索物理知识的过程，促进学生主动学习，学会发现问题、提出问题并引发猜想假设，分析推理，通过学生自己的意义建构获取科学知识，在学习知识的过程中培养学生的科学素养，为将来发展掌握更多必备知识、关键能力和学科素养，树立良好的科学态度和科学精神。