朱順明 蔣建明

(江蘇省天一中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214101)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》內(nèi)部征求意見稿中指出:物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力,是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)．物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等4個(gè)方面的要素構(gòu)成,其中科學(xué)探究又包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流與合作等要素．它要求學(xué)生能基于事實(shí)得出結(jié)論并作出解釋,以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力．因此優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)推動(dòng)學(xué)生學(xué)會(huì)思考積極研究勇于創(chuàng)新,這有助于提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)．

筆者在“楞次定律”一節(jié)的教學(xué)中,積極創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境,引導(dǎo)學(xué)生探究分析和交流總結(jié),提升學(xué)生科學(xué)思維能力和探究能力．

1 設(shè)置情境實(shí)驗(yàn),激發(fā)求知欲望

教師利用身邊的器材設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),從而為學(xué)生創(chuàng)設(shè)需要解決的真實(shí)環(huán)境.這樣可以使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突激發(fā)求知欲．只有在真實(shí)情境中的自主探究,才能體現(xiàn)學(xué)生的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)．

“楞次定律”是人教版高中物理選修3-2第4章第3節(jié)的內(nèi)容,教科書通篇都是規(guī)律教學(xué),先是理論探究得出楞次定律,然后安排規(guī)律的應(yīng)用．盡管課文內(nèi)容結(jié)構(gòu)合理思維嚴(yán)謹(jǐn),但卻不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,學(xué)生感覺(jué)不出判斷出感應(yīng)電流的方向的目的和意義．為此筆者在課前設(shè)置演示實(shí)驗(yàn),有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,構(gòu)建富有生命力的生長(zhǎng)課堂．

圖1

創(chuàng)設(shè)情境,激趣導(dǎo)入:(跳環(huán)實(shí)驗(yàn))將J2425型教學(xué)用可拆變壓器的條形鐵芯豎直放置(如圖1),一輕質(zhì)鋁環(huán)套在鐵芯上,接通220V的交流電源瞬間看到鋁環(huán)向上跳．提出問(wèn)題:鋁環(huán)向上跳說(shuō)明鋁環(huán)受到向上的力．到底是什么力呢?引出課題．

2 挖掘?qū)嶒?yàn)共性,巧妙探究本質(zhì)

圖2

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要有利于學(xué)生知識(shí)的建構(gòu),要能簡(jiǎn)化所要研究的問(wèn)題情境．學(xué)生可以通過(guò)掌握的基本知識(shí)和技能以及運(yùn)用科學(xué)的方法達(dá)到解決問(wèn)題的目的．教材中對(duì)于楞次定律的探究是從條形磁鐵相對(duì)螺線管運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)出發(fā),利用“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”作為中介,列表歸納得出定律．此探究過(guò)程涉及原磁場(chǎng)方向、感應(yīng)電流方向、線圈繞向、感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向、磁通量的變化等諸多因素,由此帶來(lái)教學(xué)邏輯的繁冗,實(shí)驗(yàn)探究的混亂．為此筆者選擇“線圈小車”實(shí)驗(yàn)(圖2)作為基本出發(fā)點(diǎn)和突破口,創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行探究規(guī)律．

合作探究,建構(gòu)新知:將鋁環(huán)看作很多匝的閉合線圈．把線圈固定在玩具小車上,當(dāng)磁鐵插入線圈,看到什么現(xiàn)象?前進(jìn)．拔出時(shí)又是什么現(xiàn)象?改變磁鐵的極性,再做同樣的實(shí)驗(yàn)(圖3)．插入—前進(jìn);拔出—后退(圖4)．可見無(wú)論是N極插入還是S極插入都是前進(jìn),拔出都是后退．

圖3圖4

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相互作用力線圈的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向磁通量的增減N極插入前進(jìn)排斥相反增加拔出后退吸引相同減少S極插入前進(jìn)排斥相反增加拔出后退吸引相同減少來(lái)拒去留增反減同阻礙

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表(表1)分析得到從相對(duì)運(yùn)動(dòng)角度是“來(lái)拒去留”的現(xiàn)象,從磁通量變化角度是“增反減同”的規(guī)律．至此從一般現(xiàn)象到特殊規(guī)律我們概括出最為簡(jiǎn)潔的“阻礙”兩個(gè)字．這符合物理學(xué)追求簡(jiǎn)潔美的思想．即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁通量的變化．

3 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,學(xué)生躬行知事

實(shí)驗(yàn)是物理研究的重要手段,它借助物理現(xiàn)象體現(xiàn)物理規(guī)律,在現(xiàn)象和理論之間搭建橋梁,幫助學(xué)生建立和理解概念和規(guī)律．在課堂教學(xué)中教師可以創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,讓學(xué)生親身實(shí)踐,這有助于增強(qiáng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí),學(xué)習(xí)科學(xué)方法,培養(yǎng)創(chuàng)造性思維．

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,強(qiáng)化理解:若已知感應(yīng)電流的磁場(chǎng),根據(jù)右手螺旋定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向．感應(yīng)電流的方向真的是這樣的方向嗎?我們?cè)诰€圈上接兩個(gè)發(fā)光二極管(左藍(lán)右紅)(圖5),它們是并聯(lián)反接(圖6)．根據(jù)二極管的單向?qū)ㄐ?通過(guò)發(fā)光情況可以直接判斷出感應(yīng)電流方向．若是藍(lán)燈亮說(shuō)明線圈中的電流是逆時(shí)針,若是紅燈亮說(shuō)明線圈中的電流是順時(shí)針．

圖5圖6

學(xué)生填寫表2.

表2 磁鐵與線圈的實(shí)驗(yàn)記錄

4 精設(shè)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題,提升探究能力

通過(guò)特定的實(shí)驗(yàn)情境,能使物理問(wèn)題與學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的經(jīng)驗(yàn)發(fā)生聯(lián)系,激活現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)去“同化”和“順應(yīng)”學(xué)習(xí)活動(dòng)中的新知識(shí),賦予新知識(shí)以意義,導(dǎo)致認(rèn)知結(jié)構(gòu)的改建或重建．在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí),那些與學(xué)生已有知識(shí)密切聯(lián)系的問(wèn)題最能激起學(xué)生探究的欲望．對(duì)于重難點(diǎn)的內(nèi)容,教師要鋪設(shè)一些臺(tái)階,設(shè)計(jì)有層次和梯度的問(wèn)題,從而引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極探究．

圖7

問(wèn)題1.若將磁鐵豎直穿過(guò)線圈,請(qǐng)問(wèn)兩發(fā)光二極管的發(fā)光情況是什么?(學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究(圖7),教師通過(guò)手機(jī)慢動(dòng)作拍攝得出結(jié)論)

問(wèn)題2.為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,請(qǐng)?jiān)囉美愦味山忉?

問(wèn)題3.在磁鐵下落過(guò)程中,靠近和遠(yuǎn)離線圈時(shí)磁鐵受到的磁場(chǎng)力方向如何?

問(wèn)題4.與自由落體運(yùn)動(dòng)相比,磁鐵在多個(gè)線圈中下落的運(yùn)動(dòng)快慢情況(圖8)?若將磁鐵穿過(guò)銅管快慢情況又如何?(圖9)

問(wèn)題5.從能量轉(zhuǎn)化角度看,實(shí)現(xiàn)了什么能向什么能轉(zhuǎn)化?

——學(xué)生通過(guò)發(fā)光二極管的依次閃亮可以很判斷出磁鐵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為線圈中的電能．

圖8 圖9

5 開發(fā)拓展實(shí)驗(yàn),開闊學(xué)生視野

拓展實(shí)驗(yàn)是基于常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的創(chuàng)新,它能使學(xué)生獲得更多的生活情境體驗(yàn),學(xué)生可以從拓展實(shí)驗(yàn)中吸取更多的營(yíng)養(yǎng),領(lǐng)悟科學(xué)研究的方法,特別是感受到物理實(shí)驗(yàn)是來(lái)源于生活,又應(yīng)用于生活．在實(shí)踐活動(dòng)中拓展實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)研究方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力等核心素養(yǎng)有重要推動(dòng)作用．

圖10

聯(lián)系實(shí)際,體驗(yàn)價(jià)值．回顧跳環(huán)實(shí)驗(yàn),學(xué)生解釋現(xiàn)象．對(duì)于跳環(huán)實(shí)驗(yàn)從能量守恒角度看實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,當(dāng)線圈匝數(shù)分別是400匝和200匝,接通交流電源分別做跳環(huán)實(shí)驗(yàn)并比較兩次的高度．思考:如果把鋁環(huán)

變成一枚炮彈,可以發(fā)明一種什么武器?——電磁炮(圖10)．當(dāng)線圈匝數(shù)是800匝時(shí),接通交流電源,鋁環(huán)懸浮在空中．思考:根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象,我們做什么用途?——磁懸浮(圖11)．如果把鋁環(huán)按住不動(dòng),發(fā)現(xiàn)鋁環(huán)在原地抖動(dòng),然后讓學(xué)生觸摸鋁環(huán)發(fā)現(xiàn)發(fā)熱．思考:從能量守恒角度看此時(shí)電能會(huì)轉(zhuǎn)化什么能?根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象,我們可以發(fā)明什么用電器?——電磁爐(圖12)．

圖11圖12

參考文獻(xiàn)：

1 彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學(xué)[J].中學(xué)物理:高中版,2016(2):2.

2 劉成剛.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)提高課堂教學(xué)效果[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2016(11):25-26.

3 徐衛(wèi)兵.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高核心素養(yǎng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2016(10):11-13.

4 邢紅軍.高中物理高端備課[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2014.

5 戴國(guó)成.基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性探討[J].物理教師，2016(12)： 43-44.