深度学习下高中物理问辩式课堂教学实践探究

【摘要】以人民教育出版社2019年版《普通高中教科书物理选择性必修第二册》第二章第一节“楞次定律”教学为例，从深度学习下的问辩式课堂教学出发，依据新课标整体规划楞次定律的教学重难点，基于深度学习的问辩式课堂进行教学设计，利用问辩式教学培养学生深度学习的科学思维，探索基于深度学习下问辩课堂的教学策略，提升学生的物理学科核心素养。

【关键词】深度学习；问辩式教学；楞次定律

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对高中课程改革中物理学科的课程标准要求是提炼学科核心素养，明确学生学习该学科后应达成的正确价值观、必备品格和关键能力，围绕核心素养的落实，精选、重组课程内容，指导教学设计，引导教学更加关注育人目的，更加注重培養学生核心素养，更加强调学生综合运用知识提出问题、分析问题、解决实际问题的能力。

依据布鲁纳和皮亚杰的认知学习理论，“问辩课堂”物理观念的形成需要学习者在原有的认知结构基础上，主动对事实进行分析综合、推理论证、质疑与批判、科学思维的加工，需要学习者经历对事物的观察思考，提出问题、分析问题、寻找证据、解决问题，并在特定情境交流过程中，产生思维的碰撞、认知冲突的科学探究过程，才能形成新的认知结构，形成新的物理观念。

一、依据新课标整体规划楞次定律的教学重难点

“楞次定律”是2019年人教版《普通高中教科书物理选择性必修第二册》第二章“电磁感应及其应用”第1节的内容，《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中对楞次定律教学的要求为：“探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律，用能量的观点解释楞次定律”，本节课通过不同情境中应用楞次定律判断感应电流的方向，抓住阻碍磁通量变化来理解楞次定律，理解磁通量的变化和阻碍的含义，明确阻碍不是阻止，知道判定感应电流方向的一般步骤。电磁感应现象及其规律是构建电磁学理论的主要依据之一。电磁感应规律不仅揭示电与磁的相互联系和转化，还为后续电磁学的学习奠定了物理学基础。

楞次定律是本章教学的重点和难点。楞次定律解决感应电流方向的问题，是法拉第电磁感应定律的一部分内容，是电磁感应的重点。同时楞次定律涉及磁场方向、磁通量的变化、线圈绕向、感应电流方向等，关系复杂，并且规律隐蔽，抽象性和慨括性都很强。因此，学生理解愣次定律有较大的难度，是本章教学的难点。

二、基于深度学习的问辩式课堂实验设计

教材中的实验如图1所示，用条形磁铁插进和拔出螺线管，灵敏电流计来显示闭合回路中是否有感应电流以及感应电流的方向，具体实验过程（如图2）。因为电流的偏转比较快，对学生的感官刺激比较单一，不太容易观察，所以学生很难发现感应电流的方向和磁通量变化之间的关系，通过设计楞次定律演示实验，比较形象直观地显示磁通量的变化在闭合回路中产生感应电流，通过对实验情境的分析、归纳、逻辑推理，得出判断感应电流方向的规律—楞次定律，体验物理学规律形成的方法。通过力、光、电多视角、多感官体验楞次定律产生的效果，并为法拉第电磁感应定律的探究打下基础。

1.选择自制实验器材

红黄发光二极管各10个、自制电感线圈9个（分别绕制0.3mm漆包线800匝6个、2000匝1个、3000匝1个、4000匝1个）、小车1辆、80CM铜管（中间打孔、中间开缝）各1个、80CM透明玻璃管1个、导线若干、大强磁体1只、小强磁铁3个、小铁球1个、木板1块（小书桌改装）、灵敏电流计1只、亚克力板1块、玩具洞洞板1块、PC管2个。

2.设计课堂演示实验

为了加深对楞次定律的理解，本演示实验展示一系列的可视化的楞次定律演示自制实验，也可以在电磁感应的大单元教学中，用本自制教具进行电磁感应和法拉第电磁感应定律的探究实验。

（1）新课引入演示“落磁”实验，让大小相同的铁球和磁体球从相同长度的铜管（如图3）中下落，让学生观察铁球和磁体球的下落时间，学生观察发现磁体球下落的时间比较长，师生问辩：为什么磁体球比铁球下落得更慢？是什么原因阻碍了磁体球的下落？通过师生问辩，引导学生正确理解磁通量的变化和阻碍的含义，通过对谁阻碍、阻碍什么、如何阻碍、能否阻碍、为何阻碍的问题进行深度地思考，让学生通过问辩明确阻碍不是阻止，阻碍不是方向相反，阻碍不仅仅是反抗。通过对引起磁通量变化的不同原因情境分析，体会阻碍的是原电流的变化，阻碍的是原磁通量的变化，阻碍的是相对运动，阻碍只是延缓了变化，阻碍并没有阻止。让学生深度理解楞次定律的因果关系以及利用能量守恒观点理解楞次定律。

（2）如图4所示，利用二极管的单向导电这一特性，让强磁铁在漆包线绕制的线圈内下落，在强磁铁下落的过程中强磁铁下方线圈横截面的磁通量要增加，磁铁上面的螺线管截面中的磁通量会减小，上下横截面中的磁通量只要发生变化，就会产生感应电流，可以看到红黄二极管发光（原理如图5），从上到下线圈绕制的匝数分别是2000匝、3000匝、4000匝，可以观察到连接在线圈上的二级管发光的亮度不同，这些感应电流的磁场总是阻碍永久磁铁的磁场的变化，即都会阻碍磁铁的运动。

可以设置师生问辩：如果二极管发光说明有感应电流的产生，感应电流产生的原因是什么？观察不同的匝数，二极管发光的亮度不同，这说明感应电流的强度不同，感应电流的强度与什么因素有关？引导学生深度理解楞次定律的内容，并学会用楞次定律判断的结果是“来拒去留”。还可以进一步拓展法拉第电磁感应定律探究匝数与感应电压的关系。

（3）考虑科学形象美观的需求对实验进行升级改装，如图6和图7演示楞次环改装的电磁小车实验，用自己绕制的4000匝的线圈放到小车上，线圈上装有发光二极管原理如图5所示，线圈还可以连接灵敏电流计，让强磁铁插进和拔出电感线圈，观察二极管的发光情况，发现从右侧插入时黄灯亮（如图6），拔出时红灯亮，同时观察小车的运动方向，发现插入磁铁时小车后退，拔出时小车跟着磁铁运动的方向前进，师生问辩：小车为什么会运动？当磁铁靠近线圈时，磁铁和线圈之间的作用是斥力还是阻力？为什么有力的作用？引导学生观察灵敏电流计的偏转方向，学生观察发现磁铁从右插入时，指针向左偏转（如图6），磁铁拔出时，指针向右偏转（如图7），师生问辩：为什么指针会发生偏转？电流计中的感应电流产生的条件是什么？当磁铁插进线圈中，线圈中的磁通量如何变化？学生通过实验观察现象非常科学直观，易引发学生学习的兴趣，引导学生深入分析并应用楞次定律科学地解释实验现象，落实应用楞次定律判定感应电流方向的步骤，通过自制实验引发学生的深度学习和师生问辩引导学生归纳概括。

（4）本实验还设计了线圈断开时（如图4最下端线圈断开），发现当磁铁在线圈中下落时，此时最下端的二极管不发光，设置师生问辩：此时发现最下端的二极管不发光，这是什么原因？此时有没有产生感应电流？引导学生观察发现线圈中没有电流，是因为线圈的回路是断开的，通过观察实验电路图发现闭合回路和断开回路的情况下，强磁铁通过闭合的电感线圈时二极管的发光情况，并且下落的速度越大，二極管的发光强度越大，这是为什么？后面学习法拉第电磁感应定律会给学生一个满意的解答，此时给学生留下一个悬念即可。此时引导学生运用楞次定律与右手定则进行比较，明确楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分，研究对象不同；在适用范围上，右手定则只适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动的情况，导线不运动时不能应用右手定则，而楞次定律适用范围更为广泛，也可以说右手定则是楞次定律的特殊应用情况。

三、探索基于深度学习的问辩式课堂的教学策略

通过问辩式课堂激发学生主动寻找问题的本质、寻找模型和证据的高阶认知学习方式，改变学生学习的过程。深度学习的本质是深度思维，在真实的情境中基于问题主动探究、积极合作、不断反思，实现深度思维，是实施深度学习的一个重要策略。深度学习下问辩式课堂教学的策略有如下几个方面。

1.整体设计策略

基于对课程标准的深度解读，对2019年人教版新教材内容的全面分析，精准定位教学的重难点，整体设计单元教学目标，楞次定律作为本章的首要内容，从学科大单元的视角整合本章的下位目标，把整体目标和章节目标相结合进行教学设计，本节课突出了物理核心素养的科学探究精神，通过自制实验把隐形知识进行显性化，有利于学生深刻理解感应电流产生的条件，为后续的法拉第电磁感应定律的学习打下了坚实的基础。

2.情境问题策略

在开展物理教学时，根据新教材在新课导入时可以利用情境问题，让学生阅读教材进行自我问辩，引导学生发现问题，带着问题进行新知识的学习，通过小组问辩激发认知冲突和引发学生的探究欲望，通过师生问辩引导学生进行深度学习。在探究新知识的学习过程中，引导学生进行实验观察、数据分析、内容归纳、总结规律，学生自己通过对比分析得出楞次定律的内容，加深了对知识的理解和应用。

3.深度思维策略

通过自制实验对楞次定律的科学探究，让学生在循序渐进中构建知识体系，通过自我问辩和师生问辩提出问题，通过实验观察和深度学习分析问题，通过小组问辩归纳总结解决问题，引导学生在不同的情境中应用楞次定律感应电流的方向，重点是分析阻碍磁通量变化来理解楞次定律的内容，理解阻碍而不是阻止，利用问辩式教学，逐步引导学生掌握科学的物理思维方法。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］．北京：人民教育出版社，2020.

[2]郭玉芹.让问题贯穿于物理课堂[J].中学课程资源，2018（10）.

[3]陈素梅.基于学生核心素养培育的物理“问辩课堂”教学主张[J].新教育，2017（13）.

[4]张华.核心素养下问辩课堂在高中物理课堂中的应用研究[J].新教育，2021（17）.

[5]符峤山.实验教学中培养学生物理学科核心素养策略研究—以高中电磁学实验为例[D].重庆：西南大学，2021.

（基金项目：本文系海南省教育科学规划2022年度立项课题“指向深度学习的高中物理问辩式课堂的教学研究”的研究成果，课题编号QJY20221028）