重構(gòu)教材資源 彰顯實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵
——楞次定律教學(xué)實(shí)錄

楊學(xué)切

(廈門(mén)第一中學(xué)福建 廈門(mén)361003)

摘 要：隨著基礎(chǔ)教育改革的進(jìn)一步深入，越來(lái)越需要教師關(guān)注教材的二次開(kāi)發(fā)，依據(jù)教育教學(xué)的規(guī)律和學(xué)生的特點(diǎn)，重構(gòu)教材資源，提高課堂教學(xué)的有效性.文章分析了高中物理教材中“楞次定律”的處理方式，及其在實(shí)際教學(xué)中的缺陷，并且以課堂實(shí)錄的形式，展現(xiàn)重構(gòu)教材資源、彰顯實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的教學(xué)設(shè)計(jì)，突破教學(xué)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)課堂高效的飛躍.

關(guān)鍵詞：重構(gòu)教材楞次定律教學(xué)實(shí)錄教學(xué)反思

收稿日期：(2015-03-30)

1教材分析

自從新課程改革實(shí)行以來(lái)，高中物理教材出現(xiàn)了多種版本.不同版本教材對(duì)教學(xué)內(nèi)容處理也有所不同，但各種版本教材對(duì)于判定感應(yīng)電流方向的“楞次定律”的教學(xué)設(shè)計(jì)，都是采用實(shí)驗(yàn)探究式的教學(xué).一致思路如下：如圖1所示，從條形磁鐵相對(duì)螺線管運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生將“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”作為“中介”，通過(guò)填表比較、分析，歸納出楞次定律的表述，“感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.”

圖1

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，有兩個(gè)缺陷：一是涉及眾多物理量，有線圈繞向、原磁場(chǎng)方向、感應(yīng)電流方向、感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向、磁場(chǎng)的變化方向等，在實(shí)際教學(xué)中，無(wú)論教師還是學(xué)生都普遍感到“現(xiàn)象多、過(guò)程復(fù)雜”，不知如何入手；“思維的鏈條拉得過(guò)長(zhǎng)，實(shí)際教學(xué)效果不好”是通病.二是犯循環(huán)證明的邏輯陷阱.實(shí)驗(yàn)利用感應(yīng)電流方向，通過(guò)安培定則，得出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，不是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，而本實(shí)驗(yàn)探究的目的是利用感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向通過(guò)安培定則，得出感應(yīng)電流方向.很明顯陷入邏輯怪圈.

為了改變教材一直以來(lái)的處理方式，筆者嘗試從新的視角重構(gòu)教材資源.教材是最主要的教學(xué)資源，要重視直接從教材中開(kāi)發(fā)物理教學(xué)資源.可以調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的順序，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，教師要對(duì)教材進(jìn)行再創(chuàng)造，使教學(xué)更和諧有序，從而達(dá)到優(yōu)化課堂教學(xué)的目的.下面是筆者對(duì)“楞次定律”的教學(xué)實(shí)錄，實(shí)踐證明取得了良好的教學(xué)效果.

2教學(xué)實(shí)錄

2.1復(fù)習(xí)鋪墊

(1)PPT呈現(xiàn)習(xí)題

圖2

如圖2所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通以圖示方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是

A．線圈向左運(yùn)動(dòng)

B．線圈向右運(yùn)動(dòng)

C．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

D．從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

(2)師生討論分析

方法1：電流元法.首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看作一直線電流元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖3所示．根據(jù)對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)．只有選項(xiàng)A正確.

圖3 圖4

方法2：等效法.將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖4所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”，也可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng)，選A.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)本題既可以復(fù)習(xí)安培力、左手定則、安培定則(右手螺旋定則)、磁極間的相互作用，又可以滲透“等效思想”，為后面教學(xué)做鋪墊.

2.2實(shí)驗(yàn)探究感應(yīng)電流方向

(1)實(shí)驗(yàn)引入，觀察思考[1]

實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示，A和B都是鋁環(huán)，其中A環(huán)閉合，B環(huán)斷開(kāi)，橫梁可以繞中間的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng).教師介紹儀器，但先不說(shuō)明B環(huán)斷開(kāi).

圖5

師：用條形磁鐵的一極垂直插向A環(huán).

生：觀察到儀器繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，A環(huán)遠(yuǎn)離磁鐵，即磁極與A環(huán)排斥.

師：將條形磁鐵的一極垂直拔出A環(huán).

生：觀察到儀器繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，A環(huán)靠近磁鐵，即磁極與A環(huán)吸引.

師：A環(huán)為什么時(shí)而與磁鐵排斥，時(shí)而與磁鐵吸引？

生：條形磁鐵靠近或遠(yuǎn)離A環(huán)時(shí)，A環(huán)內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，A環(huán)與磁鐵排斥或吸引都是電流與磁極間相互作用的結(jié)果.

師：真的是這樣嗎？

教師演示：用條形磁鐵的一極垂直插向B環(huán)、遠(yuǎn)離B環(huán).

生：觀察到儀器沒(méi)有繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)！(大部分學(xué)生大為驚奇！)

生：B環(huán)有小的缺口，故沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生！(有善于觀察的)

師：物理實(shí)驗(yàn)需要仔細(xì)觀察，無(wú)論對(duì)實(shí)驗(yàn)的器材，還是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，都應(yīng)該如此.

教師設(shè)問(wèn)：條形磁鐵靠近或遠(yuǎn)離A環(huán)時(shí)，A環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么如何判定感應(yīng)電流的方向呢？

(2)順勢(shì)探究，找尋規(guī)律

任務(wù)1：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

探究A環(huán)跟磁極之間排斥或吸引與磁極的極性是否有關(guān).

完成表1中“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”這一列.

表1　實(shí)驗(yàn)記錄

結(jié)論：A環(huán)跟磁極之間排斥或吸引與磁極的極性無(wú)關(guān)，只跟磁鐵插入A環(huán)還是拔出A環(huán)有關(guān).

師生交流總結(jié)：“來(lái)拒去留”！

師：A環(huán)跟磁極之間排斥或吸引，本質(zhì)上通過(guò)什么來(lái)實(shí)現(xiàn)的？

生：本質(zhì)上通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.

師：A環(huán)中哪里來(lái)的磁場(chǎng)？

生：A環(huán)有感應(yīng)電流，感應(yīng)電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng).

任務(wù)2：學(xué)生分組討論

理解“等效法”，利用同名磁極相斥、異名磁極相吸的規(guī)律，討論不同情況下，A環(huán)內(nèi)部感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向如何？完成表格中“感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向關(guān)系” 這一列.

結(jié)論：磁鐵插入A環(huán)時(shí)，A環(huán)中感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反；磁鐵拔出A環(huán)時(shí)，A環(huán)中感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同.

師追問(wèn)：A環(huán)內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么磁通量變化有什么規(guī)律呢？

任務(wù)3：學(xué)生分組討論

觀察討論不同情況下，A環(huán)內(nèi)磁通量如何變化？完成表格中“磁通量變化” 這一列.

師生交流總結(jié)：“增反減同”！

任務(wù)4：學(xué)生分組討論

觀察我們完成的表格，討論不同情況下，A環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向如何確定？

小組代表：我們知道了A環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向，就可以按照“安培定則”判斷出A環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向.

教師小結(jié)：閉合回路內(nèi)由于磁通量變化引起感應(yīng)電流，其方向可以通過(guò)間接方式判斷，也就是先判斷感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向，再據(jù)“安培定則”判斷感應(yīng)電流方向.

物理學(xué)家楞次已經(jīng)總結(jié)出一個(gè)規(guī)律——楞次定律.內(nèi)容表述：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.其中“阻礙” 是“來(lái)拒去留”、“增反減同”現(xiàn)象最高程度的概括.

2.3分組驗(yàn)證楞次定律

(1)查明電流表指針偏轉(zhuǎn)方向、電流方向之間的關(guān)系以及螺線管線圈繞向.

如圖6，學(xué)生動(dòng)手，通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道：電流從哪邊流入，電流表指針向哪邊偏.通過(guò)觀察知道：螺線管線圈從上到下的繞向是順時(shí)針(俯視).

圖6　學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)儀器及連接

(2)實(shí)驗(yàn)操作，補(bǔ)充完成表格內(nèi)容，如表2所示.

表2　驗(yàn)證楞次定律實(shí)驗(yàn)記錄

(3)小組交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證楞次定律的準(zhǔn)確性.

2.4楞次定律的初步應(yīng)用(略)

3教學(xué)反思

3.1簡(jiǎn)單 直觀是物理實(shí)驗(yàn)的硬道理

用“鋁環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)”代替了“螺線管4組實(shí)驗(yàn)” ,體現(xiàn)簡(jiǎn)單、顯性實(shí)驗(yàn)的特有教育價(jià)值——有助于學(xué)生形象思維能力的培養(yǎng)，也使整個(gè)教學(xué)思路豁然開(kāi)朗.從最直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“來(lái)拒去留”，再引導(dǎo)、討論出“增反減同”，最后提出“阻礙”這一抽象的描述，符合學(xué)生從直觀到抽象的認(rèn)知規(guī)律.既彰顯物理學(xué)的本質(zhì)是現(xiàn)象而不是推演，又是對(duì)定律中“阻礙”一詞的最佳詮釋.

3.2對(duì)比與控制變量是物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵

“對(duì)比與控制變量”在高中物理教學(xué)中多次出現(xiàn)，甚至是出現(xiàn)頻次最高的方法.對(duì)比實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)較常用的一種實(shí)驗(yàn)方法.要想科學(xué)地完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)，需要控制變量.變量是指在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)生變化的因素.控制是對(duì)比實(shí)驗(yàn)的靈魂，控制的目的是對(duì)比，實(shí)驗(yàn)中變量控制的好壞決定著對(duì)比實(shí)驗(yàn)的成敗.本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)及教學(xué)設(shè)計(jì)成功地剝離了多個(gè)變量的干擾，通過(guò)隱性地控制變量，不僅使教學(xué)脈絡(luò)簡(jiǎn)單、層次分明，并且體現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的效力與內(nèi)涵.同時(shí)，探究實(shí)驗(yàn)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的，這樣做符合探究實(shí)驗(yàn)邏輯：利用感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，通過(guò)安培定則，得出感應(yīng)電流方向.

3.3 重構(gòu)教材資源是高中物理生態(tài)化課堂教學(xué)的趨勢(shì)

高中物理生態(tài)化課堂教學(xué)是指物理教師整體協(xié)調(diào)與組織課堂教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)外諸多要素，主動(dòng)開(kāi)發(fā)和利用教材資源，營(yíng)造對(duì)學(xué)生有意義的真實(shí)情境，組織有利于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)踐活動(dòng).教學(xué)過(guò)程中教師根據(jù)自己的理解，賦予教學(xué)內(nèi)容以新的內(nèi)涵，同時(shí)學(xué)生也將自己的理解與教師的理解結(jié)合，再將其內(nèi)化為自己的知識(shí).這樣的教學(xué)內(nèi)容不再是書(shū)本上的死知識(shí)，而成為學(xué)生自己的活知識(shí).這樣的教學(xué)過(guò)程可以有效地促進(jìn)學(xué)生達(dá)成物理教學(xué)目標(biāo)[2].

參 考 文 獻(xiàn)

1邢紅軍主編.高中物理高端備課.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2014

2張偉，郭玉英．基于情境學(xué)習(xí)理論的生態(tài)化物理教學(xué)初探.課程·教材·教法，2006(5)：59～63