劉興

[摘 要]針對(duì)楞次定律教學(xué)中存在的問題，利用問題導(dǎo)向逐步引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生思維，以小組合作為載體，完成實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生有效經(jīng)歷科學(xué)探究過程，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、合作能力和科學(xué)思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]問題導(dǎo)向；學(xué)科核心素養(yǎng)；楞次定律；教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）17-0029-03

楞次定律作為高中物理教學(xué)的難點(diǎn)，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的要求很高，仔細(xì)分析下來，這是培養(yǎng)高中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的經(jīng)典案例。楞次定律的教學(xué)過程，可將物理觀念、科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究等物理學(xué)科核心素養(yǎng)融為一體，能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜測(cè)與假設(shè)的能力。在具體教學(xué)過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理或通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生探究找出相關(guān)的物理規(guī)律。教材從條形磁鐵相對(duì)于螺線管運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生以“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)”作為“中介”，通過填表比較，歸納出楞次定律的表述。

教材的教學(xué)安排涉及原磁場(chǎng)方向、磁通量的變化、靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向、感應(yīng)電流方向、線圈繞向等眾多物理因素，導(dǎo)致教學(xué)中出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_、學(xué)生思維鏈過長、教學(xué)不符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律等問題。

為了避免出現(xiàn)以上教學(xué)問題[1]，本教學(xué)設(shè)計(jì)從物理規(guī)律研究出發(fā)，首先隱藏感應(yīng)電流，以“楞次環(huán)”來拒去留的力學(xué)現(xiàn)象，降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)磁場(chǎng)的方向和原磁場(chǎng)的方向之間的定量關(guān)系，從而得出感應(yīng)磁場(chǎng)的方向，根據(jù)右手螺旋定則，由感應(yīng)磁場(chǎng)的方向確定感應(yīng)電流的方向，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)感應(yīng)電流的方向和楞次環(huán)磁通量變化的關(guān)系，從而得到楞次定律的完整表述；通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，完成教材上條形磁鐵相對(duì)于螺線管運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)楞次定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。整個(gè)教學(xué)過程中通過豐富有趣的演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，通過科學(xué)思維逐漸發(fā)現(xiàn)楞次定律隱含的物理本質(zhì)，充分體現(xiàn)物理來源于生活，從現(xiàn)象提升到物理規(guī)律的教學(xué)理念，從而培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的好奇心

通過磁鐵與楞次環(huán)之間的相互作用，激發(fā)學(xué)生的好奇心。楞次環(huán)也就是鋁環(huán)，鋁不屬于鐵、鈷、鎳等磁性物質(zhì)，不可能與磁鐵相互吸引，更不會(huì)出現(xiàn)排斥的現(xiàn)象。通過設(shè)置的認(rèn)知沖突，學(xué)生就非?？释綄がF(xiàn)象背后的本質(zhì)，從而導(dǎo)入新課教學(xué)。具體教學(xué)過程如下：

教師：同學(xué)們，大家知道磁鐵可以吸引哪些物質(zhì)？

學(xué)生：鐵、鈷、鎳或鐵氧體等鐵磁類物質(zhì)。

（教師演示磁鐵吸引鐵磁類物體）

教師：磁鐵能不能吸引鋁質(zhì)材料？

學(xué)生：不能。

教師：我們?cè)囋嚳茨懿荒芪?。演示鋁環(huán)實(shí)驗(yàn)，如圖1，條形磁鐵從閉合鋁環(huán)中抽出，閉合鋁環(huán)被條形磁鐵吸引，跟著磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)。

（若學(xué)生說：能吸引鋁質(zhì)材料，可以請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)展示，細(xì)微之處，體現(xiàn)課堂教學(xué)的生成性）

看到這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的疑問自然就產(chǎn)生了，也渴望進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)象背后的奧秘。

二、通過問題引導(dǎo)，探索隱藏的規(guī)律

楞次環(huán)實(shí)驗(yàn)簡單，包含的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象豐富，要真正利用簡潔的物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生思維聚焦，探尋實(shí)驗(yàn)所隱含的深層次原理。實(shí)驗(yàn)中磁鐵靠近閉合鋁環(huán)，鋁環(huán)好像被排斥開，磁鐵從鋁環(huán)中抽出，鋁環(huán)好像被吸引過來，在科學(xué)引導(dǎo)下，學(xué)生能主動(dòng)利用等效思想，將產(chǎn)生了環(huán)形感應(yīng)電流的閉合鋁環(huán)等效為一個(gè)小磁鐵，再結(jié)合右手螺旋定則，判斷感應(yīng)電流方向。教學(xué)過程通過問題導(dǎo)向，讓學(xué)生小組合作，運(yùn)用等效思想自主構(gòu)建，體現(xiàn)出創(chuàng)新的理念。具體教學(xué)過程如下：

1.探究磁鐵與鋁環(huán)間的相互作用

教師：可能有同學(xué)會(huì)想，對(duì)鋁質(zhì)材料做成的環(huán)能吸引，對(duì)鋁質(zhì)材料不吸引，是不是這樣的呢？

（不要求學(xué)生馬上回答，只讓學(xué)生思考）

教師演示實(shí)驗(yàn)：鋁環(huán)實(shí)驗(yàn)，用不閉合的鋁環(huán)做。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

教師：磁鐵對(duì)鋁環(huán)是不是一定有吸引作用呢？

（讓學(xué)生思考，簡單回答是或不是，或?qū)W生不回答）

教師演示鋁環(huán)實(shí)驗(yàn)，讓條形磁鐵靠近閉合鋁環(huán)，閉合鋁環(huán)好像被磁鐵排斥，遠(yuǎn)離磁鐵。

教師：這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么原理？請(qǐng)大家小組討論。

學(xué)生：閉合鋁環(huán)中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

通過這一系列實(shí)驗(yàn)，不斷提出問題，激發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生結(jié)合前面所學(xué)內(nèi)容，就能自我發(fā)現(xiàn)磁鐵和鋁環(huán)之間的相互作用，本質(zhì)上是磁鐵和鋁環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的相互作用。

教師：剛才實(shí)驗(yàn)中磁鐵與鋁環(huán)之間存在相互作用，有吸引、有排斥，這里存在怎樣的規(guī)律？我們通過分組實(shí)驗(yàn)（4人一小組）一起進(jìn)行研究。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)表格記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表1

[序號(hào) 實(shí)驗(yàn)情境 N極靠近鋁環(huán) N極遠(yuǎn)離鋁環(huán) S極靠近鋁環(huán) S極遠(yuǎn)離鋁環(huán) 1 實(shí)驗(yàn)圖示 2 現(xiàn)象（排斥、吸引） 排斥 吸引 排斥 吸引 ]

教師：磁鐵與鋁環(huán)相互吸引、相互排斥的原因是什么？請(qǐng)大家小組討論。

學(xué)生：鋁環(huán)中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，環(huán)形電流等效為一個(gè)小磁鐵，小磁鐵和條形磁鐵會(huì)相互吸引或者相互排斥。

教師追問：閉合鋁環(huán)中為什么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？

學(xué)生：閉合鋁環(huán)中磁通量發(fā)生了變化。

教師：在條形磁鐵靠近或者遠(yuǎn)離閉合鋁環(huán)的過程中，閉合鋁環(huán)的磁通量發(fā)生了變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么產(chǎn)生的感應(yīng)電流有什么規(guī)律呢？今天我們研究的重點(diǎn)就是感應(yīng)電流方向的確定。

2.探究感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的關(guān)系

教師：大家能不能根據(jù)磁體和鋁環(huán)間的相互作用來判斷感應(yīng)電流的方向？例如用N極從右向左插入鋁環(huán)，如圖2所示，鋁環(huán)中感應(yīng)電流沿什么方向？

請(qǐng)大家小組合作，討論出判斷感應(yīng)電流方向的思路。

學(xué)生上臺(tái)展示講解：將環(huán)形電流等效為一個(gè)小磁鐵，小磁鐵的右邊為N極，左邊為S極，環(huán)形電流內(nèi)部的磁場(chǎng)方向?yàn)橄蛴?，通過右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向，如圖3所示。

教師：剛剛同學(xué)們回答得很好，大家有沒有直接判斷出鋁環(huán)中感應(yīng)電流的方向？

學(xué)生：沒有，先判斷出鋁環(huán)內(nèi)部的磁場(chǎng)方向，再根據(jù)右手螺旋定則確定感應(yīng)電流方向。

維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，強(qiáng)調(diào)教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供帶有適當(dāng)難度的內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。判斷感應(yīng)電流方向并不是直接的，在科學(xué)引導(dǎo)下，學(xué)生也能發(fā)揮潛能，借助感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向這一“中介”，再通過右手螺旋定則確定感應(yīng)電流方向。

3.探究鋁環(huán)感應(yīng)電流磁場(chǎng)與磁通量變化的關(guān)系

根據(jù)磁鐵與閉合鋁環(huán)的相互作用，讓學(xué)生成功找到了判斷感應(yīng)電流方向的“中介”——感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，如何尋找到感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向是關(guān)鍵，是解決更普遍、更深層次問題的突破點(diǎn)[2]。結(jié)合學(xué)生已有的認(rèn)知：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。讓學(xué)生意識(shí)到感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與磁通量變化有必然聯(lián)系。具體教學(xué)過程如下：

教師：請(qǐng)大家根據(jù)我們剛剛總結(jié)的思路完成表格第二行到第五行的填空。

教師（實(shí)驗(yàn)展示，一手拿住鋁環(huán)，另一手拿條形磁鐵插入、拔出）：鋁環(huán)中有沒有感應(yīng)電流？感應(yīng)電流方向怎樣判斷？

學(xué)生：有感應(yīng)電流，不好判斷感應(yīng)電流方向。

教師：我們剛剛為什么能判斷感應(yīng)電流方向？

學(xué)生：剛剛鋁環(huán)運(yùn)動(dòng)了，就知道感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，這樣才能判斷感應(yīng)電流的方向。

教師：找到一個(gè)更普遍的辦法判斷感應(yīng)電流方向，關(guān)鍵是什么呢？

學(xué)生：找到感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向。

教師：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么？

學(xué)生：磁通量發(fā)生變化。

教師：閉合回路的磁通量發(fā)生變化就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流方向的判斷跟感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向有關(guān)，所以我們接下來就要尋找磁通量變化和感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向的關(guān)系。

教師：請(qǐng)大家完成表格第六行和第七行的填寫，小組討論，能不能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？

學(xué)生：磁通量增加，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反；磁通量減少，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同。

4.引導(dǎo)提煉歸納，讓學(xué)生總結(jié)規(guī)律

波普爾認(rèn)為：“有效的問題能引起學(xué)生積極的思維?！痹趧?chuàng)設(shè)的問題引導(dǎo)下，學(xué)生完成有意義的自我建構(gòu)，不斷發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象背后所隱藏的原理，終于得到了楞次定律的雛形：當(dāng)通過閉合鋁環(huán)的磁通量增加時(shí)，鋁環(huán)中感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反；當(dāng)通過鋁環(huán)的磁通量減少時(shí)，鋁環(huán)中感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同。在此基礎(chǔ)上完成進(jìn)一步的抽象與提煉，讓學(xué)生思維達(dá)到更深層次。

教師：鋁環(huán)中原磁場(chǎng)磁通量增加，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁通量增加有什么影響？鋁環(huán)中原磁場(chǎng)磁通量減少，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁通量增加有什么影響？

學(xué)生：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁通量的變化。

教師：楞次定律內(nèi)容：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。

（該規(guī)律是俄國物理學(xué)家楞次在 1834年發(fā)現(xiàn)的，人們?yōu)榱思o(jì)念他對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，就把這個(gè)規(guī)律叫作楞次定律）

5.回歸教材實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主驗(yàn)證

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生得出楞次定律后喜悅之余也想驗(yàn)證自己的成果，根據(jù)教材上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，考慮到上課時(shí)間有限，讓學(xué)生小組合作完成條形磁鐵相對(duì)螺線管運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，用靈敏電流計(jì)檢驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

教師：學(xué)習(xí)了楞次定律后，我們進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行研究。根據(jù)我們準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材，按照表格中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下，通過楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向是否正確。

三、聯(lián)系社會(huì)實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生課后思考

利用圖片、動(dòng)畫等形式講解楞次定律在汽車電渦流緩速器和軍事上電磁炮的運(yùn)用及原理（如圖4），將物理規(guī)律應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，符合新課標(biāo)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念。并利用趣味實(shí)驗(yàn)演示電磁炮現(xiàn)象。

物理本是一門闡述世間萬物運(yùn)行規(guī)律的學(xué)科，目的是解答各種疑問，幫助人們更清楚地認(rèn)識(shí)世界。如果把物理僅僅變成“抽象概念、公式、難題”的結(jié)合體，則會(huì)因?yàn)槠D難晦澀而被學(xué)生排斥，這無疑太可惜了。通過有趣的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在深層次思維之余多一些興趣，在分析實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上體驗(yàn)成功的快樂，這樣對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)很有幫助。

演示趣味實(shí)驗(yàn)——“跳環(huán)”，讓學(xué)生思考鋁環(huán)為什么會(huì)跳起來。將可拆變壓器的條形鐵軛豎直放在U 形鐵芯的一個(gè)芯柱上，再放入鋁圈（如圖5）。線圈的匝數(shù)可以是 0～1400匝（或0～800），接220V交流電流。通電，鋁圈會(huì)突然跳起。解釋：閉合開關(guān)的瞬間，穿過鋁環(huán)的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流， 環(huán)受到安培力

作用，而向上跳起。

四、小結(jié)

馬赫穆托夫認(rèn)為：“問題教學(xué)是真正的發(fā)展性教學(xué)，教學(xué)過程的組織是以問題為基礎(chǔ)的，而有系統(tǒng)地解決學(xué)習(xí)性問題乃是此種教學(xué)的突出特征?！北驹O(shè)計(jì)首先通過磁鐵與楞次環(huán)之間的相互作用，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的求知欲，通過問題層層引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流磁場(chǎng)是判斷感應(yīng)電流方向的重要“中介”；在實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)探究感應(yīng)電流的磁場(chǎng)和原磁通量變化之間關(guān)系，并總結(jié)得出楞次定律的雛形：當(dāng)閉合鋁環(huán)中的磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反；當(dāng)閉合鋁環(huán)中的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同。在提煉的基礎(chǔ)上總結(jié)出楞次定律的完整表述。通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證楞次定律，讓學(xué)生在應(yīng)用中內(nèi)化知識(shí)。最后，讓學(xué)生在趣味實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)科學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系。教學(xué)主線就是：通過科學(xué)探究讓學(xué)生在主動(dòng)思維中建構(gòu)知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 邢紅軍，寧成，胡揚(yáng)洋.楞次定律教學(xué)的高端備課[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2013（4）：18-20.

[2] 陳慶煒，張軍朋.“楞次定律”教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].物理通報(bào)，2016（8）：52-55.

（責(zé)任編輯 易志毅）