基于问题生成的“楞次定律”教学设计思考

郭卫强

摘    要：以问题的生成作为主体思路组织“楞次定律”的教学过程，有效解决教材的实验容量大、探究信息多、思维链条长、教学的逻辑不连续、探索规律隐蔽且抽象等教学难点，通过师生合作探究与质疑解惑，使得学生知识理解得以深化。

关键词：生成问题;物理核心素养;案例分析;教学反思

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）3-0072-4

“人类自古以来就对自然界充满好奇……在它们的驱使下，人类对自然规律进行不懈的探索”[1]。在教学中，让问题从教学情境中生成，并以问题为主线推进课堂教学，引领学生认知与思维，给学生提供足够的时间和空间，去发现、质疑和论证。在问题不断生成与解决的过程中，引导学生掌握物理观念，经历科学探究，发展科学思维，体会科学态度与责任。笔者以生成问题作为主题思路开展“楞次定律”一节的教学，有效解决了教材的实验容量大、探究信息多、思维链条长、教学的逻辑不连续、科学探究表面化等问题。

1    创设问题生成情境，寻找科学探究的起点

通过创设有媒体资源支撑的自然的学习情境，学生可以从中自发地进行发现、推理、质疑和论证，这有利于学生的思维误区和认知缺陷得以充分暴露，以及对问题的深入理解，并生成新的探究问题。这些“生成的、动态的、开放的，符合学生认知发展规律的问题”可以点燃学生探究的欲望，避免课堂缺乏针对性及学生的共鸣难以激发，使学生不再成为课堂的“看客”。教学片段如下：

师：演示实验1（如图1），演示条形磁铁与铝环间的相互作用，让条形磁铁的N极、S极分别靠近和远离闭合铝环和带有开口的铝环，观察实验现象：当条形磁铁的N极、S极靠近和远离带有开口的铝环时，铝环和磁极之间没有发生相互作用;当条形磁铁的N极、S极靠近闭合铝环时，铝环与磁极相互排斥;当条形磁铁的N极、S极远离闭合铝环时，铝环与磁极相互吸引。引导学生思考：当条形磁铁的N极、S极靠近和远离带有开口（闭合）的铝环时，铝环中会有感应电流吗？为什么闭合铝环与磁极间会有力的作用？磁极和铝环中电流间的相互作用有什么特点呢？你能判断铝环中感应电流的方向吗？铝环中感应电流的方向可能与哪些因素有关呢？

生1：感应电流产生的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，当条形磁铁的N极、S极靠近和远离带有开口（闭合）的铝环时，开口铝环中不会有感应电流，闭合铝环中会有感应电流。

生2：感应电流和磁铁之间发生相互作用，当磁极靠近时，铝环和磁铁之间表现为斥力;当磁极远离铝环时，铝环和磁铁之间表现为引力，阻碍铝环和磁铁间的相对运动。

生3：可以把條形磁铁等效为环形电流，运用安培定则判断环形电流的方向，利用同向电流相互吸引、异向电流相互排斥来判断闭合铝环中感应电流的方向。

生4：磁铁静止在铝环中时，铝环不移动，说明铝环中没有感应电流。

生5：闭合铝环中感应电流的方向可能与磁场的方向和磁场的强弱变化有关。

生6：磁通量的变化是产生感应电流的条件，感应电流的方向应该与穿过闭合铝环磁通量的变化有关。

基于产生感应电流的演示实验，通过观察实验现象，分析内在规律及相互联系，强化逻辑推理、理论论证。依据产生感应电流的条件是穿过闭合铝环磁通量的变化，从而得出磁通量变化是影响感应电流方向的关键因素，符合学生的认知逻辑，自然而然生成问题，过渡到本节课的探究主题。学生从问题中分析、抽象、概括，建立物理模型，作出个性化的解读，围绕生成问题质疑、推理和论证，进行归纳总结，生成新问题，形成科学探究的起点。

2    优化再设计生成问题，确立科学探究主线

生成问题是课堂探究的主线，一般由课堂的重点、难点和个别疑难问题组成。生成问题是比较繁杂的，有的超出了学生的认知范围，有的抽象难以理解，有的隐蔽难以发现，有的甚至偏离课堂的主线，所以教师要依据《普通高中物理课程标准（2017年版）》的要求对生成问题进行重新梳理、整合，使得认知问题化，问题层次化，在学生的“最近发展区”内重新设计，以生成问题为主线组织教学。教学片段如下：

师：演示实验2（如图2），条形磁铁穿过长度为50 cm透明有机玻璃管（玻璃管外套有长度为30 cm的线圈，线圈两端接有两个方向相反的发光二极管），请你观察实验现象并分析：N极靠近、S极远离线圈，二极管2发光，S极靠近、N极远离线圈，二极管1发光，你能判断出线圈中感应电流的方向吗？

生1：根据发光二极管的单向导电性，由方向不同的二极管发光情况，可以判断线圈中电流的方向。

师：分组实验1（见表1），请同学们利用实验桌上的器材，分组实验，完成表格，探究穿过线圈磁通量增大（减小）时，线圈中感应电流的磁场方向与磁通量增大（减小）有什么关系？

生1：如果把线圈感应电流等效为条形磁铁，当磁铁靠近时，感应电流排斥磁铁的靠近;当磁铁远离时，感应电流吸引磁铁，阻碍磁铁远离，与演示实验1铝环阻碍条形磁铁的相对运动一致。

生2：当磁场增强时，感应电流产生磁场的方向与线圈中引起感应电流的磁场的方向相反;当磁场减弱时，则相同。

生3：线圈中感应电流的磁场与穿过线圈的磁通量变化的关系，可以概括为感应电流的磁场阻碍穿过线圈磁通量的变化。

对学生探究过程中出现的问题进行梳理整合，需要优化再设计的问题有两个：问题一是受实验条件的限制，一般采用通过改变磁场强弱引起磁通量变化，产生感应电流，学生不易聚焦磁通量变化是影响感应电流方向的关键因素，需要对聚焦磁通量变化问题再设计。问题二是学生受抽象、概括和表述等能力的限制，难以通过感应电流的磁场这个“中质”来判断感应电流方向。感应电流的磁场隐蔽且抽象，需要对聚焦感应电流的磁场问题进行再设计。教师应针对学生猜想、分析和求证过程中出现的生成性问题进行整合，设计具有层次感和梯度性的新问题，创设阶梯，铺路搭桥，完善思维链条，助力学生完成实验探究。

3    探究讨论所生成的问题，准确建立物理概念

物理观念是基础，只有深刻理解物理观念，才能有深度的思维培养[2]。课堂教学过程中生成的新问题因为其即时性更符合学生的认知发展水平，符合学生的认知发展规律，所以应聚焦教学中的重点、难点，创设层次性强、梯度明显的问题。学生在效度更高的生成性问题上进行长时间深度思考，抓住时机质疑探究，在师生互动和生生互动中进行思维的交流与碰撞，有利于其掌握科学知识，深度理解物理概念，形成物理观念。教学片段如下：

师：楞次定律一节的主要内容是感应电流具有这样的方向，感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化[3]。

思考讨论：

（1）你怎样理解感应电流的磁场与磁通量变化的因果关系？

（2）你怎样理解“阻碍”：①谁在阻碍？②阻碍什么？③如何阻碍？④能否阻止？⑤为何阻碍？尝试用能量守恒的观点解释阻碍现象。

生1：线圈中感应电流产生的磁场阻碍原线圈中磁通量的变化。

生2：当磁通量增大时，感应电流的磁场方向与线圈中的磁场方向相反，阻碍磁通量增加;当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与线圈中的磁场方向相同，阻碍线圈中磁通量减少。

生3：不是阻止，而是延缓了磁通量的变化。

生4：从相互作用的角度看，阻力做了功，有电流产生，机械能转化为电能，遵守能量守恒定律。

师：分组实验2（如图3），引起磁通量变化的因素有两个：一是磁场的变化，一是面积变化。楞次定律可以判断磁场变化引起磁通量变化所产生感应电流的方向，是否可以用楞次定律判断闭合回路面积变化引起磁通量变化所产生感应电流的方向呢？利用实验桌上的器材，设计实验，验证你的判断是否正确？

生1：根据楞次定律，当导体棒向左摆动，回路中感应电流方向为顺时针（从上向下看）;当导体棒向右摆动，回路中感应电流方向为逆时针。

生2：实验结果是当导体棒向左摆动时二极管1发光，当导体棒向右摆动时二极管2发光，实验结果与楞次定律判断结果一致。

师：左手定则可以判断通电导线在磁场中受安培力的方向，它描述了磁场的方向、电流的方向和安培力的方向三者之间的关系。试一试，你能用左手或右手來描述磁场的方向、导体运动的方向和导体中电流的方向三者之间的关系吗？导体棒的运动方向与磁场方向不垂直时可以判断吗？

生1：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从手心进入，拇指指向导体棒运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。

生2：导体棒的运动方向与磁场方向不垂直时也可以用右手定则进行判断，实验结果与猜想一致。

学生感受楞次定律的巧妙表述和简洁之美的同时，理解了其丰富的内涵，从相互作用角度和能量守恒角度解决问题，运用类比的方法归纳总结右手定则更是强化了对楞次定律的深度理解。在授课过程中生成问题并解决是教师组织与推进教学的核心，关系到学生是否深度理解物理概念，是否通过学习物理概念获得深度且高效的认知体验和正确的科学观念。

4    教学反思

4.1    以生成问题组织教学，凸显学生的主体地位

“预设的，静态的，封闭的，学生不需要的问题”无法唤醒学生的内在需求，无法激发学生的求知欲望，课堂变成教师的独奏，学生成为“沉默的羔羊”。聚焦有价值的问题，聚焦学生需求的问题，可以提升科学探究的针对性和有效性;生成问题开放的情境，个性化的解读、分析、推理和论证，同伴间质疑、批判，可以促进思维碰撞出创新的火花;教师的有效设计可完善思维链条，降低探究难度，让问题在学生的“最近发展区”中解决。

4.2    以生成问题组织教学，更好地落实物理核心素养

课堂上教师匆匆忙忙演示，学生慌慌张张实验，探究面面俱到，学生没有深层次的发现、推理、质疑和论证的时间和空间，科学探究停留在表面，知识没有得到深化，物理核心素养无法落实。以生成问题组织教学，滤去干扰因素，聚焦研究主题，可使学生有足够的时间和空间开展合作研究，对不同观点和既成结论进行质疑与批判、检验与修正，获得深层次的认知体验。运用理性推理和实验验证的科学探究方法，掌握科学知识，深化理解物理观念，有助于培养科学思维，渗透态度与责任，培养学生终身发展需要的关键能力和品质[4]。

参考文献：

[1]彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]彭前程.物理学科核心素养的理解与践行——以人教版高中物理教材为例[J].物理教学，2020，42（02）：6-12.

[3]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2[M].北京：人民教育出版社，2010：4.

[4]廖伯琴.《普通高中物理课程标准》（2017年版）要点解读[J].物理教学，2020，42（02）：2-5.

（栏目编辑    李富强）