提升高中物理教学的有效性，推动学生物理核心素养的发展

电磁感应是一个连接物理学各个分支的重要桥梁，它不仅揭示了电与磁之间深刻的内在联系，还是现代电力工业的基石。当人们用磁铁在闭合的导线圈周围移动时，可以在导线中激发出电流，这就是著名的电磁感应定律的体现。基于此，本文将通过探究这一定律，提出具体的教学措施，以期提升高中物理教学的有效性，推动学生物理核心素养的发展。

一、教学目标

1.理解法拉第电磁感应定律的核心内容，包括闭合回路中感应电动势的产生条件，即磁通量的变化。描述磁通量的概念，计算简单的磁通量变化量，并理解电动势的方向与变化的关系。

2.掌握楞次定律并能够预测和解释感应电流的方向。通过实验观察感应电流对原有磁场变化的反作用，理解能量守恒和动量守恒在电磁感应过程中的体现。

二、教学重难点

1.法拉第电磁感应定律及其数学表达：法拉第电磁感应定律是电磁学中的基石之一，理解这一定律的本质是理解电磁感应现象的关键。教学中应重点讲解闭合导线回路中感应电动势的产生条件，即磁通量的变化。

2.楞次定律及其物理意义：楞次定律说明感应电流的方向总是要对抗引起磁通变化的原因。在讲解时，应结合实例深入分析楞次定律的物理本质，让学生通过讨论和实验活动，理解如何应用楞次定律预测感应电流的方向。

3.磁通量的概念和计算：磁通量涉及矢量场的积分，对高中生来说这是一个较难理解的概念。教学时需要用直观的方式解释磁通量与磁场强度、面积、角度之间的关系，并通过多种不同情境下的例题，帮助学生掌握磁通量的计算方法。

三、教学过程

（一）创设情境，导入新课

在高中物理教学中，创设情境是为了激发学生的学习兴趣，引导他们进入新的知识领域。对于电磁感应这一课题，我们可以利用学生日常生活中的一些现象或实验装置来引入新课。

首先，可以从一个简单的实验开始：在讲台上准备一个线圈、一个磁铁以及一个与线圈连接的灵敏电流计。让学生观察这个装置，然后进行互动演示。当磁铁插入线圈时，电流计指针会发生偏转；当磁铁从线圈中拔出时，电流计指针同样会偏转，但方向相反。通过这个直观的演示，学生可以很快注意到某种现象发生了。

接着，教师提出一些启发性问题，例如：“为什么磁铁插入和拔出线圈时，电流计的指针会发生变化？”“发生这种现象的原因是什么？”这些问题不仅可以引起学生的好奇心，还能促使他们思考，并为后续的学习打下基础。

随后，教师进行简短的讲解，介绍电磁感应的基本概念，包括法拉第电磁感应定律和楞次定律的初步内容。例如：“今天，我们将学习一项重要的物理现象——电磁感应。它不仅在日常生活中广泛存在，还在现代技术中有着重要的应用。”

通过以上的情境创设，学生不仅对电磁感应有了初步的认识，还对即将学习的内容产生了兴趣和期待。

（二）提出问题，做出假设

在成功创设情境并引导学生进入新课后，教师需要进一步引导学生提出具体问题，并鼓励他们做出科学的假设。这一环节的目的是培养学生的探究精神和科学思维能力。

教师可以利用刚才的实验现象，提出一些更具体的问题。例如：“磁铁在不同速度插入线圈时，电流计的指针会有怎样的变化？”“如果换成不同的线圈，结果会有什么不同？”“磁铁的极性对电流计的指针偏转方向有影响吗？”这些问题不仅具体，还具有探究性，能够引导学生深入思考电磁感应现象的本质。

接下来，教师可以让学生分组讨论，并鼓励他们根据已有的知识和观察结果，做出合理的假设。例如，一些学生可能会假设：“磁铁插入线圈的速度越快，电流计的指针偏转幅度越大。”有的学生可能会假设：“如果线圈的匝数增加，电流计的指针偏转幅度也会增加。”还有学生可能会提出：“磁铁的N极和S极插入线圈时，电流计的指针偏转方向会相反。”

在学生提出假设后，教师需要对这些假设进行引导和总结。例如，教师可以强调：“提出假设是科学探究的重要步骤。我们需要通过实验来验证这些假设，看看它们是否成立。”同时，教师可以引入法拉第电磁感应定律和楞次定律的具体内容，帮助学生更好地理解和分析现象。

例如，教师可以解释：“根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会在导体中产生感应电动势。磁通量的变化速度越快，感应电动势就越大。这可以解释为什么磁铁插入线圈的速度越快，电流计的指针偏转幅度越大。”此外，教师可以补充楞次定律的内容：“楞次定律告诉我们，感应电流的方向总是使它产生的磁场抵抗原磁场的变化。这解释了为什么磁铁的N极和S极插入线圈时，电流计的指针偏转方向会相反。”

通过这一环节，学生不仅学会了提出科学问题和做出假设，还初步掌握了电磁感应的基本原理。这为后续的实验验证和深入学习奠定了坚实的基础，同时培养了他们的科学探究能力和批判性思维。

（三）实验环节

1.实验目标

在实验环节，我们将设计一系列实验来验证学生在前一环节中提出的假设，具体包括：

（1）验证磁铁插入线圈的速度与感应电动势的关系。

（2）验证线圈匝数与感应电动势的关系。

（3）验证磁铁极性与感应电流方向的关系。

2.实验准备

实验所需的器材包括：

（1）不同匝数的线圈（如10匝、20匝、50匝）。

（2）不同强度和极性的磁铁。

（3）灵敏电流计或电压表。

（4）记录实验数据的表格和笔。

在实验前，教师需要向学生再次强调实验安全注意事项，并简要介绍实验步骤和操作方法。

3.实验过程

实验一：磁铁插入线圈的速度与感应电动势关系

（1）选择一个固定匝数的线圈（如20匝）。

（2）将线圈连接到电流计上，确保连接正确。

（3）让学生以不同的速度将磁铁插入和拔出线圈，观察电流计的指针偏转情况。

（4）记录不同速度下的电流计读数，并将数据填入表格。

（5）分析数据，验证“磁铁插入线圈的速度越快，电流计的指针偏转幅度越大”这一假设。

在分析数据时，教师可以引导学生思考磁通量变化的速率与感应电动势的关系，并结合法拉第电磁感应定律进行讲解：“当磁铁以不同速度插入线圈时，磁通量变化的速率不同，因而感应电动势也不同。这就是为什么速度越快，电流计的指针偏转幅度越大的原因。”

实验二：线圈匝数与感应电动势关系

（1）保持磁铁速度恒定，选择不同匝数的线圈（如10匝、20匝、50匝）。

（2）将不同匝数的线圈依次连接到电流计上，重复插入和拔出磁铁的操作。

（3）记录电流计的读数，并将数据填入表格。

（4）分析数据，验证“如果线圈的匝数增加，电流计的指针偏转幅度也会增加”这一假设。

实验三：磁铁极性与感应电流方向关系

（1）选择一个固定匝数的线圈（如20匝）。

（2）保持磁铁速度恒定，分别用N极和S极插入线圈，观察电流计的指针偏转方向。

（3）记录指针偏转方向，并将数据填入表格。

（4）分析数据，验证“磁铁的N极和S极插入线圈时，电流计的指针偏转方向会相反”这一假设。

在分析过程中，教师可以结合楞次定律进行讲解：“楞次定律告诉我们，感应电流的方向总是使得它产生的磁场抵抗原磁场的变化。当N极和S极插入线圈时，磁场方向不同，因此感应电流的方向也不同。”

4.实验总结

在所有实验完成后，教师应组织学生进行总结和讨论：

（1）数据分析与验证假设：通过对实验数据的分析，验证学生提出的假设是否成立，并总结实验现象与理论的对应关系。

（2）理论提升：结合实验现象，进一步讲解法拉第电磁感应定律和楞次定律的内容，帮助学生将实验现象与理论知识更好地结合起来。

（3）应用与拓展：讨论电磁感应在实际生活中的应用，如发电机、变压器等，让学生认识到电磁感应不仅是课堂上的知识，更是现代科技的重要基础。

（四）改进实验方案

1.识别问题与挑战

通过实验后的讨论，可以识别出一些在实验过程中可能遇到的问题或挑战：

（1）实验数据波动：由于手动操作导致磁铁插入线圈的速度不稳定，影响数据的精确性。

（2）匝数变化的影响：在更换不同匝数的线圈时，可能存在连接不牢固或者线圈本身的差异，影响实验结果。

（3）极性实验的精度：磁铁极性实验中，可能由于磁铁插入的角度和速度不一致，导致实验结果的偏差。

2.改进建议

改进一：使用恒定速度装置

为了解决磁铁插入线圈速度不稳定的问题，可以使用恒定速度装置：

（1）线性电机：使用线性电机控制磁铁的插入和拔出速度，确保每次操作的速度一致。

（2）滑轨系统：设计一个带有滑轨和滑块的装置，通过重力或电动装置控制磁铁沿滑轨匀速运动。

改进二：标准化线圈连接

为了减少更换线圈时的误差，可以进行以下改进：

（1）标准化连接端子：使用标准化的连接端子，使不同匝数的线圈可以快速且牢固地连接到电路中，减少接触不良的风险。

（2）预先标定线圈：在实验前，对所有线圈进行标定，确保它们的参数（如电阻、匝数）准确，并记录在实验表中。

改进三：精确控制磁铁极性实验

为提高磁铁极性实验的精度，可以采取以下措施：

（1）固定磁铁插入角度：设计一个固定装置，确保每次插入线圈的磁铁角度一致。

（2）重复多次实验：每次实验多次重复记录数据，取平均值以减少偶然误差。

通过改进实验方案，学生不仅能更准确地验证电磁感应的理论，还能培养解决实际问题的能力和创新思维。这一过程也进一步强化了他们对物理实验的理解和掌握。

综上所述，通过本节课的学习，学生能够对电磁感应有更为深刻的理解。电磁感应不仅让学生见证了自然界中电与磁的神秘联系，还启发了学生思考如何将科学原理转化为实际的技术与设备。未来的世界充满了无限可能，而物理学则为这一切提供了基础的科学支持。希望学生能够将学到的知识运用到实际的学习和生活中，不断探索和发现，用知识的力量去开启未来技术革新的大门，让人们的生活因科学的力量而更加丰富多彩。

（作者单位：山丹县第一中学）

编辑：曾彦慧