问题驱动导学，提升科学思维 拉第电磁感应定律一轮复习导学案”为例

吴兴宝

【摘要】物理学科核心素养包括物理观念、科学探究、科学思维、科学态度与责任.其中科学思维，也叫科学逻辑，即形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系.《课程标准》中的“科学思维”素养，主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等四个要素.本文以“法拉第电磁感应定律一轮复习导学案”为例，以问题驱动导学，提升学生科学思维.

【关键词】导学案；科学思维；高中物理

笔者于2021年9月对2022届高三学生进行了高中物理电磁学学习情况问卷调查及数据采集.通过问卷星发放问卷238份，调查发现仅仅36%的学生对当前电磁学成绩满意，66.81%学生认为电磁学难学，86.13%的同学希望老师整合教材和教辅资源，以导学案和专题训练的方式形成适合我校学生学习的校本教辅资源，以提高教学成效.2022年9月对已毕业的同一批學生进行高中物理电磁学学习情况问卷调查及数据采集.回收有效问卷229份，调查发现73.36%的学生对电磁学成绩满意，对比提高了37.36%，54%的学生认为电磁学难学，对比降低了12.81%，94%的学生认为电磁学学习了有了进步，82.53%的学生认为电磁学的进步得益于老师补充的校本教辅资源，78%的学生对物理有了兴趣，对比提高了近10个百分点.

导学案作为一种教学辅助资源，是教师为引导学生进行主动学习而编制的有学习目标、学习内容、学习流程的学习活动方案，是指引学生自主、高效学习的路线图，用于引导学生自主学习、主动参与、合作探究、优化发展，具有“导读、导思、导做”的功能.但实际过程中，物理导学案的应用效果却差强人意，其主要原因在于导学案的设计不合理，很多时候只是知识点、习题的简单堆积，缺乏问题导向，问题设置不合理、不明确、不具体，没有梯度.笔者以“法拉第电磁感应定律一轮复习导学案”为例，通过问题串的设计，引导学生深入思考，活跃思维，提高建模能力，提升科学思维.

1 导学案背景

之前学生已经学习了电磁感应现象和楞次定律，学生会判断感应电流的产生，能判断感应电流的方向，本节课复习内容为法拉第电磁感应定律，其实质就是解决感应电动势的求解问题，为后续学习法拉第电磁感应定律的综合应用做铺垫.本节课公式比较多，涉及很多的物理量，传统教学中，教师通常先给学生罗列公式，然后通过习题加以巩固，这样的课堂学生往往能记住公式，但是不明白公式中各个物理量在具体物理情境中的确切含义，在实际使用过程中不能灵活应用，导致出错.本案例旨在解决突破这一现实问题，突破的方法：情境导入、问题驱动、构建物理模型.让学生积极参与课堂，快速提升教学效果.

2 导学案呈现

2.1 问题驱动

感应电动势包含两种模型，一是感生电动势模型；二是动生电动势模型.

情境 如图1，导体棒ab放在行金属导轨上并接触良好，导轨宽为Ｌ，ab棒与检流计构成一闭合回路，回路面积为S，导轨区域有一匀强磁场，磁感应强度为B.

问题1：在什么情况下，导体棒中有感应电流产生？

问题2：怎样计算感应电动势的大小？

问题3：若磁通量变化如图2所示，怎样求OA段的感应电动势？O到D过程电动势怎样变化？

学生小组讨论交流 交流成果，鼓励不同观点之间的辩论.

教师点评总结 法拉第电磁感应定律的表达式.

问题4：如图3中B不变的部分不要，因为问题4中B变化的，如果闭合回路面积不变，磁场变化，感应电动势怎么求？

问题5：如图4，公式中的面积S指大圆面积还是小圆面积？

问题6：如果磁场不变，闭合回路面积变化，感应电动势又怎么求？

设计意图 充分理解法拉第电磁感应定律及各物理量在实际情境中的确切含义.

问题7：如图5，如果导体棒向右运动，感应电动势又怎么求？

学生小组讨论交流 交流成果，鼓励不同观点之间的辩论.

教师总结 法拉第电磁感应定律三个变形式，两种电磁感应模型：感生电动势模型和动生电动势模型.

设计意图 让学生充分理解法拉第电磁感应定律三个变形式各物理量在实际情境中的确切含义，建立两种电磁感应模型.

2.2 知识建构

（1）法拉第电磁感应定律内容：电路中感应电动势的大小，与穿过这一电路的磁通量变化率成正比.

（2）法拉第电磁感应定律表达式：E=nΔΦΔt（n表示线圈的匝数）.

（3）法拉第电磁感应定律理解：

a.感应电动势的大小取决于穿过回路的磁通量的变化率ΔΦΔt，而与Φ、ΔΦ的大小没有必然关系，与电路的电阻R无关；感应电流的大小与E和回路总电阻R有关.

b.用公式E=nΔΦΔt所求的感应电动势为整个闭合电路的感应电动势，而不是回路中某部分导线两端的电动势.

c.公式E=nΔΦΔt只表示感应电动势的大小，不涉及其正负，计算时ΔΦ应取绝对值，至于感应电流的方向，可以用楞次定律去判定.

d.运用E=nΔΦΔt求解的三种思路：磁感应强度B不变，垂直于磁场的回路面积S发生变化，则E=nBΔSΔt;垂直于磁场的回路面积S不变，磁感应强度B发生变化，则E=nBΔSΔt；磁感应强度B、垂直于磁场的回路面积S均发生变化，则

E=nΦ2－Φ1Δt.

e.导体棒垂直切割时，Δt时间内闭合电路的磁通量的变化量ΔΦ=BΔS=BLvΔt，由法拉第电磁感应定律，E=ΔΦΔt，得E=BLv.不垂直切割时，将导线运动速度v分解为垂直于磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ，只有v1切割磁感线产生感应电动势，故E=BLv1=BLsinθ.

（4）等效电源

切割磁感线的导线等效为一个电源，其电流方向由负极流向正极，可由右手定则判断导线的电流方向.

（5）导线切割磁感线过程的能量转化

a.导线切割磁感线产生的电能是通过其他外力克服安培力做功转化而来的，克服安培力做了多少功，就有多少电能产生.

b.电能又通过电流做功转化为其他形式的能，整个过程遵守能量守恒定律.

3 导学案反思

3.1 创设问题情境、诱发认知冲突、提升科学思维

问题是启动思维的大门.良好的问题情境，能极大地激发学生的思维活动.教师要根据教学目标和学生实际，创设问题情境，让学生产生认知冲突，达到一种“心求通而未通，口欲言而未能”的境界，激发学生对知识产生浓厚的探究热情，让学生思维高度活跃，引领学生积极主动地参与到探究活动中，从而顺利渡过最近发展区.每节课教师可以用课本中“问题探讨”入手，让学生进行思维热身，调动学生学习的热情.学生根据自己已有的知识进行分析、讨论、探究.在整个过程中，学生的学习活动变成了解决问题的过程，学生的主动性被发挥，学生兴趣高，思维活跃，学习效果必定好.

3.2 设计问题串、问题驱动导学、提升科学思维

所谓问题串，就是指围绕一定的教学目标，按照一定的教学思路而精心设计的一组问题.这些问题有一定的逻辑性，前一个问题是后一个问题的前提，后一个问题是前一个问题的继续或结论.它们前后衔接，逐步深化，每一个问题成为学生思维的一个台阶，使学生上了一个台阶后还有再上一个台阶的冲动，推动了教学的进程.每一个问题的解决既是揭示真理途中的路标，又是学生在问题解答后的珍贵纪念品.在这种过程中，学生思维步步深入，异常活跃.

3.3 问题驱动建构、自主体验生成、提升科学思维

所谓“自主建构”，是指在教学活动中学生主动参与学习活动，积极有效地建构知识.学习是学习者基于自己的知识经验，主动对新信息加工处理，进行有意义的知识建构过程.本节课，教师根据法拉第电磁感应定律，引导学生推导不同形式下的法拉第电磁感应定律的表达式，理清知识的来龙去脉，体验知识的生成，师生共同参与推导过程，调动学生积极参与的兴趣，培养了学生的科学思维能力及表达能力.

3.4 创设“头脑风暴”、引导激发讨论、提升科学思维

对同一问题，不同的学生从不同的角度来看，有不同的见解和观点，往往是“仁者见仁，智者见智”.教师应根据教学内容，创设相关的情境，引发学生对某一问题展开讨论、探究.在讨论和争辩中，小组内成员相互启发、相互帮助，小组间不同观点有力碰撞，能极大限度地提高学生的兴趣，活跃学生的思维.

在整个过程中，教师要精心设计问题，注重问题的针对性，在学生讨论出现困难时，感到“山重水复疑无路”时，还要积极引导和鼓励：你能不能换一个角度？能不能变换条件？你还有没有新的想法……教师的激励会让学生豁然开朗，让学生的思维和讨论进入“柳暗花明又一村”的状态，收获成功和喜悦.讨论和辩论让每一个学生成为学习的主人，让课堂成为展示自我的平台.考虑班级学生个体差异，实际操作过程需因材施教，适当调整策略.只有思维活跃的课堂才是有效的课堂.教师要想方设法活跃学生的思维，提高建模能力，提升学生科学思维素养，凸显关键能力，塑造必备品格，落实立德树人的根本任务，为学生的终身发展奠基.

4 结语

法拉第电磁感应定律是高中物理中电磁感应的重要内容，涉及面广、综合性强，是高考的重要考查内容.学生普遍存在难理解、抽象、易混淆、易错等困扰.现有教材和教辅以知识内容为载体，辅以一定的例题和习题，但未能呈现知识的生成过程、模型的建构过程、思维的启发过程、习题的难度递进过程、知识的内在联系，无法满足不同层次学生的个性化学习需求.教师自编的导学案作为一种校本教辅资源，是現有教材教辅的有效补充，是提升课堂教学质量的有效途径，是培育物理学科核心素养的有效方式，是校本教研的重要载体.

【本文为河源市2020年中小学（幼儿园）教学研究课题《高中物理电磁学校本教辅资源开发与实践研究》（hy20075）研究成果.广东省中小学“百千万人才培养工程”专项科研项目《积极心理学视域下高中团辅式主题班会模式构建与实践研究》（BQW2021MBG006）研究成果】

参考文献：

［1］黄恕伯.中学物理教学中提升学生核心素养的思考［R］.2017-11-23.

［2］苏明义.物理建模［M］.广西：广西教育出版社，2003.

［3］向敏龙.在习题教学中如何丰富、完善学生的物理模型意识［J］.中学物理，2015，33（09）：42-43.

［4］陈映明.巧用教辅资源，合理备考高考数学［J］.考试周刊，2015（54）：1.