核心素养下初高中“电磁感应”教学的一体化设计探讨

摘 要：实际教学过程中时有超纲教学、超前教学的行为，这一情况大概率是由于教师未能准确理解不同阶段课标要求。以“电磁感应”为例，基于课标从科学内容、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度展开分析，探讨初中、高中必修、高中选择性必修三个阶段的教学联系与边界，提供既丰富内容又不突破边界的教学设计建议。

关键词：核心素养；电磁感应；一体化教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）12-0025-6

“双减”政策中对教学质量提出了“应教尽教”的要求，启示教师探究何为“应教”，又应该如何“尽教”。总览初中物理与高中物理，会发现许多共通的教学内容，如弹力、摩擦力、电磁感应等。这些教学内容均出现在初中物理教材与高中物理教材中，甚至同时存在于高中必修教材和选择性必修教材中。

面对这样反复出现的、同一主题的教学内容，教师在教学过程中很难准确把握教学边界，容易出现教学内容的下放现象，比如将高中教学内容下放至初中的教学内容中，这种越界行为在部分中考试题中也有所体现。

迫于学业压力，在物理学科高中教学阶段出现了将必修教学内容与选择性必修教学内容合二为一进行授课的现象。必修内容是高中物理的通识性内容，面向全体高中学生，而选择性必修内容则是面向选择继续深入学习物理的学生，二者的定位有所不同。无论是否选择理科学习，这样的教学行为都不利于学生的发展。对于不选择理科的学生，学习选择性必修的知识增添了理解的难度，更让他们失去对物理的学习兴趣和对科学的探索热情。而对于选择理科的学生，让他们在高一阶段学习高二的内容，增加了学习难度和学业负担，同时也会感觉教学内容的层次不清晰，不利于教师深入体会课标，真正实施依标教学。

１ 初高中物理课标中“电磁感应”部分内容的再认识

为避免上述越界、超前的实际教学现象，依据课标理解教材、准确定位教学边界显得尤为重要。同一主题的不同课标要求蕴含着不同的科学内容层次、科学思维层次、科学探究层次和科学态度层次。以“电磁感应”主题为例，从以上四个层次重新认识初中、高中必修、高中选择性必修的课标要求，总结其具有五大进阶特征：深入性、定量性、拓展性、系统性与宏观性，再次定位教学重点与边界。

１．１ 科学内容——从定性特点到定量规律

在初中阶段，本节内容需要学生了解导体在磁场中运动时产生感应电流的两个必要条件：第一个条件为回路必须闭合，第二个条件为导体在磁场中切割磁感线。

在高中必修阶段，学生在掌握磁通量这一概念的前提下，了解产生感应电流的条件为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”，并且初中所学内容为该条件的一种特殊情况。

在高中选择性必修阶段，学生需要理解感应电动势的概念以及法拉第电磁感应定律，掌握感应电动势的定量计算方法，并从功的角度理解切割磁感线的运动导线相当于电源。法拉第电磁感应定律为高中必修内容的定量结论，从相关性现象转变为直接性数据。

所以，从科学内容层面来说，不同阶段的课标要求具有深入性与定量性，如图１所示。前两个阶段的课标要求体现了从特殊到一般的深入过程，并且均属于对产生感应电流条件的定性认识。再结合最后一个阶段对感应电动势定量计算的探究，体现了从定性到定量的进阶过程。

１．２ 科学思维——从形象感性到抽象理性

在初中阶段，从“电生磁”出发思考“磁生电”，强调对称思想。虽然磁生电现象涉及实验，但仅从实验现象本身出发进行讨论，并未涉及到建立模型、科学论证等思维。同时，在应用中科学推理发电机的原理，从能量角度强调转化思维。

在高中必修阶段，仍强调电与磁的对称关系，但更突出电与磁相互转化的不完全对称性。同时，通过模型建构分析磁通量的变化与产生感应电流的关系，培养学生的科学推理思维。

在高中选择性必修阶段，用定性到定量的思维探究感应电流大小的影响因素，用一般到特殊的思维计算导线切割磁感线时的感应电动势。此外，在理论推导过程中也强调了类比迁移、科学论证、模型建构的重要性。

所以，从科学思维层面来说，不同阶段的课标要求具有拓展性，如图２所示。第一个阶段立足于现象从逻辑上进行推理，第二个阶段要求学生能够从具体的现实情境中建构出抽象的物理模型，进而在第三个阶段中展开对其本质的论证和探索，这是一个在思维层面上逐层递进、逐步丰富的过程。

１．３ 科学探究——从活动观察到探究解释

在初中阶段，需要学生通过教材提供的实验装置，跟随教材提出的一系列问题展开探索，在教材启发下得出结论，学生自主探究性相对较少，强调对实验现象的观察与思考。

在高中必修阶段，实验装置比初中阶段更为复杂，提供实验装置与现象记录表格，帮助学生开展科学探究。此外，通过记录的实验现象让学生自主归纳产生感应电流的条件，强调实验操作与现象分析能力。

在高中选择性必修阶段，学生需要根据提供的实验装置自行设计实验方案与数据记录表格，通过控制变量的方法探究影响感应电流大小的因素，并得出定性结论，强调实验设计与数据分析能力。

所以，从科学探究层面来说，不同阶段的课标要求具有系统性，如图３、图４所示。一般科学探究的过程可以概括为“实验设计—实验操作—实验观察”，是一个从理论到实践再到分析的过程，这也符合科学探究的正常思路。实际上，为了适应学生能力发展的阶段性，课标在分解科学探究过程的基础上，从最基础的实验观察出发。在观察和思考大量实验后，学生对物理实验探究产生兴趣，但由于其实验探究能力有待锻炼和提升，需要在教师的帮助下完善对整个实验探究过程的理解与运用，逐步完善科学探究的完整过程，凸显其完整性。

１．４ 科学态度——从生活应用到社会发展

在初中阶段，要求学生能够了解电磁感应的应用，尤其了解电的产生与电磁感应密不可分。同时，也希望通过对这些应用的认识，启发学生认识到它对我们生活的改善和社会的发展起着巨大的促进作用。

在高中必修阶段，要求学生能列举出电磁感应的实际应用，体会我国科技发展与成就。同时，通过科普法拉第的生平经历与探索历程，激发学生对法拉第崇高科学精神的敬佩与学习，从而培养学生科技强国的豪情壮志。

在高中选择性必修阶段，课标中建议组织学生撰写报告分析电流磁效应与法拉第电磁感应定律对第二次工业革命的贡献，从宏观角度深入体会科学技术对社会发展的意义。

所以，从科学态度层面来说，不同阶段的课标要求具有宏观性，如图５所示。第一阶段立足于当今实际生产生活，第二阶段回归历史探索历程，最终第三阶段从宏观视角古今结合，强调技术进步与社会发展的紧密联系。

２ “电磁感应”部分体现进阶一体化的依标设计

基于上述五大进阶特征，以“电磁感应”主题为例建构一体化教学设计思路。在同一教学环节中，处于不同教育阶段的教师采用体现相应课标特征的教学策略，从整体视角凸显课标的进阶特征。

２．１ 一体化教学设计思路

本设计将教学过程分为三大环节：课堂引入、实验探究与应用总结，设计思路如图６所示。

课堂引入环节在不同阶段由浅入深，体现进阶特征的深入性。在初中阶段强调趣味性，既符合学生身心发展特征，也契合义务教育阶段的课标要求。在高中必修阶段强调历史的曲折性，由今探古了解原理背后的故事。在高中选择性必修阶段强调科学性与技术性，注重培养学生对技术的理解与应用。

实验探究环节分别从教师与学生的视角展开设计，体现进阶特征的定量性、拓展性与系统性。教师在不同阶段中由“演示—引导—答疑”的教学方式转变体现了教师角色的转变，随着学生的发展，教师逐渐退出主导地位。学生与实验的关系也因经历“观察与思考—操作与分析—自主设计并完成”的过程而变得更加紧密。学生逐步亲历实验的全过程，有助于其掌握“由定性到定量”的基本实验思路，帮助学生从全局角度把握实验探究过程，并在思考过程中不断丰富所掌握的科学思维内涵。

应用与总结环节从“技术应用”与“社会发展”两个角度展开设计，体现进阶特征的宏观性。在技术应用方面，教学经历“了解应用—体会发展—解释原理”的过程，不断完善学生对技术的认识与理解，为技术的实际应用奠定基础。在社会发展方面，在初中阶段，让学生爱上生活中的物理，提高对物理的好奇与热爱；在高中必修阶段，通过科学家精神启迪学生，培养学生的优良品质；在高中选择性必修阶段，鼓励学生探索技术发展与社会进步的联系，由此激发学生对科学发展的重视。

２．２ 凸显趣味实验、魅力体悟的初中阶段设计

图７所示为初中“磁生电”的教学设计思路，在本节课的设计中重视演示实验，充分发挥实验在教学中的作用，同时增加手摇发电机的趣味实验，丰富实验内容，增加课堂的趣味性与吸引力。同时，精心设计学生实验，且特别注重实验的层次性、递进性和内在逻辑性，帮助学生更有逻辑地观察实验并展开思考。即在探究磁生电的条件时，先让线框静止，然后让线框上下运动、前后运动、左右运动和斜着切割磁感线运动以及线框不动磁体运动等，让实验步步深入。

学生科学探究能力的锻炼和提升是循序渐进的过程，既不能取而代之，也不能任其发展，教师需要逐步让学生成为实验探究的主导者和创新者。

往往为了节省课时，不少教师选择放弃学生的物理实验环节，而是选择用实验视频来帮助学生快速把握相关考试要点，这违背了设置物理实验的初心。作为初高中物理教学过程中必不可少的一部分，物理实验环节需要教师的精心设置，而不是用演示实验草草带过。

在初中阶段，教师应着重发挥实验的演示作用。在课堂中，教师可以将复杂的物理探究过程展示给学生，并让学生通过观察和思考初步把握物理原理和探究方法，为他们后续深入学习奠定科学思维和探究能力方面的基础。教师也可以选择将整个实验环节展示给学生后，让学生在模仿中逐步接触实验探究的基本思路。

２．３ 重现人文素养、时空浓缩的高中必修阶段设计

图８所示为高中必修３“电磁感应现象及应用”的教学设计思路，在本节课设计中，基于ＨＰＳ教育理念将科学史融入物理教学中，把电磁感应现象发现过程的艰辛和电磁感应现象的价值贯穿于整个课堂中，期望借此让学生深切感受到物理探索的魅力，从科学素养中提高科学探究的热情。同时，运用教学重演律带领学生重走“磁生电”的探索之路，以时空浓缩的方式重演学科史，让学生体悟到科学家淡泊名利、坚韧不拔的科学精神，从人文素养中端正科学态度。

为了能够在丰富教学内容的同时，又不突破边界，教师应学会准确把握与运用材料。

有的材料仅限于某个阶段使用才能发挥其最大作用。以法拉第线圈为例，仅适用于高中必修阶段。初中阶段未出现磁通量的概念，并且其原理也不属于“导体在闭合回路中切割磁感线”的范畴，在初中阶段作为素材分析不仅不利于学生理解当前课标要求下的磁生电条件，而且还会给学生学业增加难度。若置于高中选择性必修阶段，法拉第线圈无法在推导法拉第电磁感应定律的过程中起到定性或定量探究的作用，无法推动思维的进阶，亦不适用。与之相似的材料还有很多，如电磁流量计、变压器等。

同时，教师在实验探究环节应着重发挥引导作用，尤其关注学生形成正确的科学实验观念，比如避免学生为得到准确的实验结果而修改真实的数据。

２．４ 关注高阶思维、技术赋能的高中选择性必修阶段的设计

图９所示为高中选择性必修２“法拉第电磁感应定律”的教学设计思路，本节课基于高阶思维培养的教学模式进行教学设计。从教学方式上看，该教学模式采用了创设情境、演示实验、思维导图等多种方式相结合，丰富课堂教学形式，诱发学生学习动机，锻炼学生思维；从教学流程上看，该教学模式层层递进，从思考到合作探究，再到实践与应用；最后，以思维导图的形式进行总结，学生的思维水平在此过程中得到不断发展与提升。

与前面情况不同的是，有的材料可以在不同阶段发挥其不同的作用，准确辨别与侧重显得尤为重要。例如，法拉第发现电磁感应现象的科学史，在每个阶段都可以发挥不同的作用。在初中阶段可以侧重法拉第利用对称思维思考磁生电的情况，强调科学思维。在高中必修阶段可以侧重强调法拉第探索过程中所涉及到的不同电磁感应现象实验，通过分析实验的失败原因与成功原因，培养学生打破思维定式的创新思维，提高实验探究能力。在高中选择性必修阶段可以将这段科学史作为切入点，组织学生以调查报告的形式分析这一发现对第二次工业革命的贡献，以此激发学生认识到从历史角度来看任何科技进步都是对社会进步的巨大推动。

此外，在这个阶段学生已经具备足够的物理知识储备和动手实践能力，并且在教师先前的引导下积累了大量实验探究的经验，所以教师可以依托必做高中物理实验，鼓励学生自主设计创新实验，进而完成实验探究的全过程，充分发挥学生的主观能动性。教师可以提供相关的知识解答和技术支持，比如手机物理工坊、Ｔｒａｃｋｅｒ软件等技术手段的协助，最终以翻转课堂的形式展现学生实验探究的成果。

３ 结 论

通过对初高中物理课标中“电磁感应”部分内容的再认识，从科学内容、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度出发，总结出三大阶段的五个进阶特征：深入性、定量性、拓展性、系统性与宏观性。在此基础上，将教学内容分解为课堂引入、实验探究和应用总结三个环节，建构体现进阶特性的一体化教学设计，并针对不同阶段的教学提供各有侧重的设计案例和教学建议。

总之，找到各类物理材料合适的定位，准确把握课程标准，综合培养学生的核心素养，让学生在一体化的进阶学习中，逐步形成丰富而又正确的物理观念，成为优秀的学习者与探索者。

参考文献：

［１］李婷婷．“物质粒子性”学习进阶及其在科学建模能力测评中应用的实证研究［Ｄ］．长春：东北师范大学，２０２２．

［２］邹燕．基于学习进阶理论的初高中物理概念衔接教学策略——以“磁感线”概念为例［Ｊ］．物理教师，２０２４，４５（６）：７－１１．

［３］丁美予，陈红君，陈留定．基于高阶思维培养的物理教学设计——以“法拉第电磁感应定律”为例［Ｊ］．物理教学探讨，２０２１，３９（１１）：２８－３１．

［４］张大海．《磁生电》教学设计［Ｊ］．教育实践与研究（Ｂ），２０１８（４）：５９－６１．

［５］杨雅婷，毕皓天，蔡武德．指向深度学习的中学物理规律教学研究——以“法拉第电磁感应定律”为例［Ｊ］．物理通报，２０２４（４）：４１－４４．

（栏目编辑 刘 荣）

收稿日期：２０２４－０９－０９

作者简介：王菁嵩（２００２－），女，硕士研究生，主要从事物理教学研究。

*通信作者：陆建隆（１９６２－），男，教授，硕士生导师，主要从事物理教育研究。