创设物理探究情境 培育学生核心素养①——以“涡流现象及其应用”教学为例

(广东省清远市第一中学,广东 清远 511500)

1 引言

课程改革的核心环节是课程实施，而课程实施的基本途径是课堂教学。为培育学生物理学科核心素养，要通过课堂教学帮助学生形成物理观念，发展学生的探究能力，培养学生的科学思维和严谨求实的科学态度。物理学是一门以实验为基础的自然科学，物理观念源于自然，与现实生活、实际生产或现代科学技术有着密不可分的联系。高中物理课程标准明确指出：新一轮课堂教学改革就是要积极创设与现实生活、生产或科学技术密切相关的物理探究情境，激活学生学习、探究的热情，充分调动学生的积极性和主动性，让学生主动参与到课堂学习和探究活动中来，着力改变学生被动接受知识的传统学习方式，让学生真正成为学习的主人，有效提高课堂效率，培育学生的核心素养。现以“涡流现象及其应用”的教学为例，谈谈创设物理探究情境，有效培养学生核心素养的措施。

2 “涡流现象及其应用”的教学情境设计

2.1 创设“隔空点灯”探究情境，激发学生探究热情

学生都有探索未知事物的欲望和好奇心。在物理教学中，若能创设出让学生意想不到的探究情境，既能有效吸引学生的眼球，还能激发学生学习物理的兴趣和探究热情。在引入新课的环节，笔者将一个接有LED灯和开关的线圈展示给全班学生。

师：为什么灯不发光？

生：开关没闭合。

师：将开关闭合，灯还是没有“亮”。为什么闭合开关后灯还是不亮？

生：回路里没有电源。

教师演示，将该线圈往一个方形盒子上一放，灯亮了。

生：哇！没有电源的灯也能发光？太神奇了！

图1

学生对眼前的一幕感到十分惊讶，被这“隔空点灯”的神奇物理现象所吸引。一双双渴望探秘的眼睛都睁得大大的，注意力都集中到下面的神秘的盒子。教师慢慢掀开盒子，里面露出的是学生都十分熟悉的电磁炉。然后，教师将电磁炉的台板打开，利用手机与电脑同屏功能，将其投放到屏幕上。全体学生从大屏上清清楚楚地看到电磁炉里面竟然是像黄金饼一样的线圈(如图1)，于是探究学习的话题便展开了。创设这神奇的“隔空点灯”的物理情境，不仅能把学生的注意力集中到课堂教学中来，还能有效激发学生深入探究的热情。

2.2 设置“涡流显形”探究情境，帮助学生形成涡流概念

涡流既看不见，也摸不着，而且十分抽象。为了丰富学生対“涡流”的感性认识，让学生从本质上理解“涡流”，笔者用几个半径不同、均连有发光二极管的单匝圆形线圈由内至外呈同心圆状平铺在电磁炉的台板上，接通电源，二极管都能发出亮光。学生根据所学知识可以理解那是因为每一个圆形线圈中都产生了感应电流(如图2)。依据该实验现象，笔者继续引导：当线圈越加越多，直到密不可分时，就会构成一个平面，将这些平面层叠起来就是一整块导体。一圈一圈的感应电流就像“涡旋”一样，像这种在整块导体内部形成的感应电流称为“涡流”！同时通过PPT展示出涡流的动态图(如图3)。学生在已有的知识水平上，通过观察真实的实验现象和形象的涡流动态图，极大地丰富了对“涡流”的感性认识，并从本质上理解了“涡流”的形成机理和特点，有效地帮助学生形成“涡流”的概念。

图2

图3

2.3 巧设“旋转铝罐”探究情境，培养学生科学思维

为了展示涡流的电磁驱动效应，笔者演示了“隔空旋转和制动铝罐”小实验。如图4所示，将一个空的易拉罐倒放在一个带有底座的针尖上，用手拿着一个小磁块在易拉罐前晃动几下，易拉罐便转动起来，待易拉罐飞快转动起来后，使小磁块停止运动，易拉罐也很快停止转动。看到这一神奇的实验现象，学生的眼睛瞪得更大，他们发现整个过程中教师都没有将磁铁碰触到易拉罐，易拉罐却能转动起来，还能快速停下来。

图4

教师提问：为什么磁铁在易拉罐旁边晃动几下，易拉罐会转动起来呢？为什么将磁铁靠近时，转动的易拉罐很快就能停下？

有一位同学说：磁铁会吸引易拉罐。但他话音刚落，就有同学反驳说易拉罐是铝制的，磁铁是不吸引铝的。

教师接着问：磁铁会吸引铝罐吗？并将易拉罐放在讲台上，请一位同学到台前开展实验操作，将磁铁慢慢靠近易拉罐，结果发现易拉罐真的丝毫不动，磁铁不会吸引铝罐。

教师又追问：既然磁铁不会吸引易拉罐，但为什么用磁铁在易拉罐附近晃动几下，易拉罐能转动起来？为了让学生更好地理解其中的道理，让学生以小组为单元展开讨论，并要求学生画原理图进行分析。结果部分学生画出了如图5所示的原理图，通过相互讨论逐渐明白：当磁体N极从右向左靠近铝罐时，在铝罐上会产生如图5所示的感应电流，根据右手定则可以判断出：铝罐中的感应电流所受到的作用力会让铝罐从上往下看做逆时针转动，或根据楞次定律从受力的“来拒去留”的特点，也可以判断出同样的结果。当磁体的N极靠近转动的铝罐时，产生的感应电流方向如图6所示，感应电流受到的安培力会阻碍铝罐的运动。这个实验运用了电磁驱动和电磁制动原理，通过实验和画原理图的探究过程，既能让学生深刻地领悟到其中的物理原理，也能让学生在构建物理模型的过程中提升了科学思维能力。

图5

图6

2.4 开展“用塑料桶加热”实验，发展学生探究能力

发展学生科学的探究能力是物理教学的重要内容，在教材内容与学生原有知识结构之间创设矛盾情境，可使学生萌生解决问题的欲望。学生一旦有了解决问题的愿望，便能促使学生认真思考，深入分析，激活思维，积极主动地参与到探究活动中。

师：电流能产生热效应，因此我们可以利用涡流来进行加热。谁家在用电磁炉烧水时使用了塑料桶？

学生不约而同地笑了起来，并七嘴八舌说：怎么可能？

有学生说出了原因：因为塑料不是导体，不能产生涡流。

教师继续提问：现有一个盛有冷水的塑料水槽，能用电磁炉来加热其中的水吗？

此时，学生开展热烈讨论。一会儿，有一个学生就站了起来，并大胆地提出“将铁饭盒放入水槽里”，于是笔者真的按照这个学生的方法将铁饭盒放入盛有冷水的水槽里，接通电磁炉的电源，结果冷水很快就被烧开了。这个学生还给大家分享了他们的观点：“电磁炉里的线圈通入高频交变电流，产生高频变化的磁场，从而在铁饭盒中产生涡流，利用涡流的热效应，使饭盒发热，再通过热传递使水升温。”此时，课室响起了热烈的掌声。

使用铁饭盒加热塑料桶里的水，让学生认识到电磁炉加热是在铁质饭盒中产生涡流，利用涡流的热效应，使饭盒发热，再通过热传递使水升温。这种实验方法突破了传统的思维模式，激发了学生的创新思维，提升了学生的探究能力。

3 结语

在物理教学中，要结合教学内容、学生的年龄特征和实际情况，有目的、有针对性地创设物理探究情境，应做到以下几点：(1) 情境的创设要符合学生的认知规律，这样才能引导学生由浅入深、由表及里地构建物理观念、认识物理规律；(2) 情境的创设要贴近自然现象，紧扣生活实际，这样才能帮助学生把握学习物理的根本，促进学生活学活用、学以致用；(3) 情境的创设要聚焦学生认知的盲点、疑点，这样才能做到有的放矢，激发学生的求知欲；(4) 情境的创设要聚焦教学重点、难点，这样才能提高教学效能，培育学生的核心素养。