核心素养视域下的教学设计
——以“电磁感应现象及应用”教学为例

2024-03-06 06:28蔡艺娟
数理化解题研究 2024年6期
关键词:感应电流电磁感应线圈

蔡艺娟

(漳州二中(闽师大附属中学),福建 漳州 363000)

“核心素养”是指学生在学习过程中所需具备的必备能力和素质,是学生终身发展的核心能力,包括批判性思维、沟通能力、合作精神、创新能力等[1].物理学科核心素养是物理学科育人价值的关键体现,主要包含“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个要素[2].课堂教学是培养学生核心素养的重要途径,教师可以通过巧妙的教学设计和活动安排,有针对性地培养学生的核心素养,为其综合发展和未来的学习生活打下坚实的基础.本文以“电磁感应现象及应用”教学为例,探讨如何设计核心素养视域下的教学过程.

1 基于提升学生核心素养的教学内容分析

“电磁感应现象及应用”是《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》必修3模块中“电磁场与电磁波初步”主题下的内容.学生在初中阶段的学习,已经掌握了闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时回路中会产生电流.在学习本节课之前,学生已经对磁通量的概念有了认知,知道“电生磁”,已经初步感知到电和磁相互作用、相关关联,但缺乏对该联系本质原因的了解,知识具有一定的片面性.本节课的任务是通过实验,让学生了解电磁感应现象,掌握感应电流产生的条件,体验科学探索中思想方法的重要作用,了解该现象在生活中的广泛应用和对现代社会的影响,体验科学知识在生活和科技中的应用,理解科学·技术·社会·环境的关系.

2 以核心素养为导向的教学过程设计

2.1 实验引入,激发兴趣

师:风扇插上电,扇叶就能转动.那如果我们反过来,先转动扇叶,插头会有电吗?

【实验】(教具:小电扇)找同学进行尝试.一个学生手捏风扇插头上的金属片,另一个同学拨动扇叶转动,让捏插头的学生感受下是否有电产生.

生:手有被电的感觉,有电产生.

问题1:还有其他方式可以证明电流的产生吗?

生:可以连接小灯泡,看小灯泡能否被点亮.(小灯泡被点亮)

问题2:电流是怎么来的呢?难道风扇里有电源?

【深入】拆开风扇,可以看到电线一圈圈缠绕在一起,形成一个线圈.并且线圈边上还有一个黑色的小方块,这个方块本质是一个磁铁.

问题3:有线圈有磁铁就有电流了吗?

设计意图:用有趣的实验引起学生的兴趣.“未插电”但却能出现“手被电、灯泡发亮”的实验现象,引发学生的认知冲突,并结合一连串的问题链,激发学生的好奇心和求知欲,充分调动学生学习的积极性.

2.2 回顾旧知,构建桥梁

问题1:能否利用磁铁使铜线圈产生电流,使二极管发光?(器材:绕在纸筒上的铜线圈,两端与二极管相连.)

生:回忆初中所学的知识,思考通过磁铁,应该可以使线圈中产生电流,观察到二极管发光的现象.

【实验】将磁铁放入纸筒,手持纸筒两端,快速沿纸筒方向晃动纸筒,看到二极管发光.

设计意图:教师对初中学生所掌握的实验进行重演,构架起初高中知识衔接的桥梁.通过引导并帮助学生体会“磁生电”实验,增强学生对物理实验的真实体验感,培养学生的知识运用能力,并进一步激发学生的探知欲求.

2.3 模型构建,回归本质

问题1:如图1所示,当导体棒切割磁感线产生磁感电流时,哪些物理量发生改变?哪些不变?

图1 电磁感应模型

生:在该过程中,磁感应强度B不变,回路面积S发生改变.

设计意图:将2.1和2.2的实际实验抽象提炼出物理模型,引导学生发现感应电流产生的条件.该教学过程提升了学生建构模型的能力.

2.4 实验探究,提升思维

问题1:如何借助提供的实验器材(电流计、大线圈、小线圈(带铁芯)、开关、滑动变阻器、电源、导线等),进行“感应电流如何产生”的实验?

生:讨论交流,设计实验方案,大线圈称为线圈B,和电流计两端相连,形成回路.小线圈(带铁芯)称为线圈A,和电源、开关、滑动变阻器串联,形成闭合回路,实验方案如图2所示.以小组为单位,进行实验.尝试各种能够使大线圈中产生感应电流的操作.

图2 实验图

问题2:通过实验,能否填写完成下列表格?

生:交流实验结果,将实验结果记录在表格中.

表1 实验记录表

生:分析实验数据,发现线圈B中的感应电流和其磁场强弱变化有关,当B发生改变,S不变时,会产生感应电流.

设计意图:让学生根据实验的目的,利用已有的器材,完成实验方案的设计、实验操作、观察实验现象、记录分析数据、归纳实验结论的过程,提升学生的科学探究素养,培养学生的证据推理能力.

问题3:线圈在匀强磁场中转动时,也会产生感应电流,此时磁感应强度B和线圈的面积S都没有发生变化,那为何能产生感应电流?

生:磁感应强度B和线圈的面积S未发生变化,但两者的夹角发生了改变.

问题4:产生感应电流的条件是什么?

生:磁通量发生变化.

设计意图:通过实验,让学生进一步深入感受到感应电流产生的条件.通过让学生对实验的观察和分析,进一步提高其观察和数据分析处理能力,发展学生的科学探究素养.

2.5 融入物理学史,发掘科学精神

(对法拉第发现电磁感应现象的过程进行介绍,鼓励学生表达自己的感悟)

生1:我对法拉第的勇气和探索精神深感敬佩,他不断进行实验和观察,最终发现了电磁感应现象.这让我明白了科学家的精神是多么的重要,他们的发现为我们的生活带来了很多便利.

生2:法拉第的创造力也深深地感染了我.他通过对电磁现象的深入思考和实验探索,创造性地提出了电磁感应现象的理论,这展现了他的创新精神和独立思考能力.我觉得这种创造力是科学家最宝贵的品质之一,也是我在学习科学知识时需要不断培养和发展的品质.

设计意图:在物理学史中,学生感悟到求真、求实、创新、细致、坚持、勇敢的科学精神,发挥教育的育人功能.同时,通过学科发展史的引入,学生也可以了解到科学知识的相对性和不断发展的特点,培养学生的科学态度和开放心态.

2.6 实践应用,感悟科技力量

(展示手摇发电机)

问题1:感应电流的产生在实际生产生活中还有哪些应用?这些应用的原理是什么?

(演示手摇发电机发电,引导学生猜想其工作原理,利用课件展示发电机内部构造和工作过程.)

生:配合课件,分析手摇发电机发电的原理.

生:了解国内的科技进展.

设计意图:通过发电的介绍和分析讨论,引领学生在具体实例中认识科学、技术、社会和环境的关系,让学生意识到新技术和新产品的产生和发展,其根本在于科学的进步,使其了解到物理对社会进步的推动作用以及对现代社会产生的影响.在课堂上,让学生感受到科学知识对生活和科技的巨大助力,激发学生对科学技术的兴趣,培养他们的实践能力.

2.7 课堂小结

问题:通过本节课,你的收获有哪些?可以解决什么问题?(引导学生从知识和方法两个角度进行总结)

设计意图:通过引导学生从知识、方法等方面回顾本节课的学习过程,提高学生的归纳总结能力,帮助学生体会学习既要关注学习结果,更要关注学习过程.通过自主归纳课堂内容,使学生把握知识脉络,建立完整的知识结构.学生也在对自己的学习过程与收获的审视与评价中认识到物理学是基于人类有意识的探究而形成的对自然现象的描述与解释,并需要接受实践的检验.

3 结束语

核心素养的培养体现在教学的每一个环节,在知识导入、讲解、归纳总结等部分,均能够通过合理的教学活动设计,实现学科的育人价值.教师在教学设计时,可以通过设计具有挑战性和启发性的问题,激发学生的学习兴趣,促进学生的创新素养和批判性思维的提升.也可以设计实践性的任务和项目,让学生在实际操作中培养合作精神和沟通能力,促进学生的团队合作能力和沟通表达能力的提升.教师还可以通过引导学生进行跨学科的综合性探究和研究项目,培养学生的信息素养和跨学科思维能力,促进学生的综合应用能力和创新意识的提升.此外,教师可以在教学中引入学科发展史,让学生了解科学知识的建构过程,培养学生对科学的敬畏之心和求知欲,帮助学生理解科学知识与社会发展的关系,促进学生的科学社会责任感和科学精神的培养.教育的目标不仅仅是传授知识,更重要的是培养学生的综合素养和品格.因此,教师要以“育人”为目标,开展核心素养视域下的教学,方能体现教育的真谛.

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