(江蘇省丹陽高級中學(xué),江蘇 丹陽 212300)

1 引言

歷經(jīng)多年的教學(xué)改革，素質(zhì)教育的成效顯著，但與當(dāng)下立德樹人的要求還有差距，主要表現(xiàn)在學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和社會責(zé)任感亟待加強(qiáng)，因此更須倡導(dǎo)發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)是對三維課程目標(biāo)的發(fā)展和深化，特別是對過程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)的具體化。教師要從“學(xué)科教學(xué)”轉(zhuǎn)向“學(xué)科教育”，不斷回歸育人本位；實(shí)現(xiàn)從知識重現(xiàn)到知識重演的轉(zhuǎn)變，不斷促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。在物理教學(xué)中，我們要關(guān)注物理知識的文化取向，開發(fā)物理知識的育人價(jià)值，從傳統(tǒng)的以知識為本的物理教學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)核心素養(yǎng)為主的物理教育。筆者認(rèn)真研讀了專家的報(bào)告，結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，對人教版“通電導(dǎo)線在磁場中受到的力”一節(jié)進(jìn)行了創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 以科技小制作引入課題

師：最近我用一節(jié)干電池、磁鐵和一根導(dǎo)線制成了一個(gè)小電動機(jī)，請大家欣賞(如圖1)。請同學(xué)們思考，線圈為什么會轉(zhuǎn)動起來？

圖1

生：受到力的作用。

設(shè)計(jì)意圖：利用趣味性小實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，可以迅速地集中學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)裝置簡單說明：由干電池、磁鐵和導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路。學(xué)生發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線在磁場中受到了力的作用，線圈轉(zhuǎn)動起來了。

2.2 科學(xué)猜想：影響安培力方向的因素

師：科學(xué)研究常常從猜想開始，請同學(xué)們猜想安培力的方向可能與哪些因素有關(guān)？

教師可以適時(shí)加以引導(dǎo)：我們在第二節(jié)學(xué)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的時(shí)候，已經(jīng)知道F=IBL(I⊥B)，F(xiàn)=0(I//B)，這表明什么呢？

學(xué)生思考、猜想，并請學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證猜想。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生知道物理規(guī)律的建立來源于科學(xué)猜想、實(shí)驗(yàn)與探究，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

2.3 分組實(shí)驗(yàn)，探究安培力的方向

提供的實(shí)驗(yàn)器材有：安培力演示儀(包括平板狀磁鐵、兩根金屬導(dǎo)軌、一根銅棒)、導(dǎo)線、電源(如圖2)。

圖2

師：該實(shí)驗(yàn)涉及三個(gè)物理量，所以我們在探究過程中應(yīng)該采用什么科學(xué)方法？

生：控制變量法。

師：很好，控制其中一個(gè)量，觀察剩下一個(gè)量對安培力方向的影響。請同學(xué)們思考：(1) 怎樣改變電流方向？(2) 怎樣改變磁場方向？(3) 導(dǎo)體棒的受力方向如何體現(xiàn)？(4) 該實(shí)驗(yàn)有幾種組合情況？

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析歸納能力。

學(xué)生展示探究成果，并請他們將記錄得到的四組模型擺一擺、轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)(如圖3)，看看發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？

圖3

生：四組結(jié)果都一樣。

師：但是，我們每次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流方向和磁場方向是不一樣的，怎么會得到一樣的結(jié)果呢？這很好地說明了安培力的方向遵從一定的規(guī)律，可采用什么方法得到？

生：經(jīng)過翻轉(zhuǎn)得來的。

師：說明安培力的方向的確遵從一定的規(guī)律。接下來，我們只需要研究其中一種情況就可以了。那么，這個(gè)規(guī)律究竟是什么？

設(shè)計(jì)意圖：請四名學(xué)生上講臺展示探究成果，可以提高課堂的參與率，使結(jié)果更直觀。翻轉(zhuǎn)的目的是讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)各種情況下的結(jié)果是相同的，為三維模型的引入做鋪墊。

師：在這個(gè)模型里，安培力方向和磁場方向、電流方向之間有什么關(guān)系呢？

生：安培力方向與磁場方向垂直，與電流方向垂直。

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步看模型，得出安培力方向與磁場方向和電流方向構(gòu)成的平面垂直。

設(shè)計(jì)意圖：由學(xué)生自主總結(jié)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力和分析歸納能力。

師：如果電流方向和磁場方向不垂直，這個(gè)結(jié)論還正確嗎？

生：將磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿平行于電流方向和垂直于電流方向進(jìn)行分解，其中平行分量對電流無作用力，垂直分量對電流的安培力仍然與磁場、電流構(gòu)成的平面垂直。

教師用演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的觀點(diǎn)，師生共同總結(jié)：安培力方向與磁場、電流構(gòu)成的平面垂直。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用從特殊到一般和從現(xiàn)象到本質(zhì)的研究方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)探求物理規(guī)律的方法，提高學(xué)生的分析歸納能力。

師：請大家伸出左手，對于這樣一種方向關(guān)系，有沒有通用的辦法，把它們形象、簡單地表示出來。

學(xué)生用左手展示，自然引入左手定則。

設(shè)計(jì)意圖：通過自制教具形象直觀地得出左手定則，引導(dǎo)學(xué)生將知識與形體相結(jié)合，方便學(xué)生快速構(gòu)建知識，從而對新知識有更深的體會，更快地學(xué)會應(yīng)用。

2.4 解決問題，學(xué)以致用

例1：圖4中分別標(biāo)明了電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和安培力這三個(gè)量中任意兩個(gè)量的方向，請畫出第三個(gè)量的方向。

圖4

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用新知識去分析、討論，強(qiáng)化學(xué)生對左手定則的掌握，同時(shí)幫助學(xué)生熟悉立體圖和平面圖。

師：我們知道電流的周圍存在磁場，那么電流之間是否有作用力呢？同向電流之間、異向電流之間的作用力又有什么特點(diǎn)呢？大家先來猜一猜！

生：同向電流相互排斥、反向電流相互吸引。

圖5

師：大家的猜想是否正確呢？

教師演示實(shí)驗(yàn)，觀察、總結(jié)通電平行直導(dǎo)線間作用力的特點(diǎn)(如圖5)，并引導(dǎo)學(xué)生思考。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生思考、討論，分享各自的理解，從而在學(xué)習(xí)中享受成功的喜悅，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣。

2.5 探究安培力的大小

師：以上我們研究了安培力的方向，下面我們來研究安培力的大小。我們已經(jīng)知道，導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)，安培力F=ILB。而當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線的方向平行時(shí)，安培力為0。請同學(xué)們思考一下，當(dāng)導(dǎo)線與磁場既不平行也不垂直，而是成θ角時(shí)，安培力應(yīng)如何計(jì)算？

生：將磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解，計(jì)算其垂直分量對導(dǎo)線的作用力。

學(xué)生分解磁感應(yīng)強(qiáng)度，得出此時(shí)的安培力F=ILBsinθ。

設(shè)計(jì)意圖：以復(fù)習(xí)的方式進(jìn)行引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生討論、探究，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

2.6 實(shí)際應(yīng)用：磁電式電流表

師：安培力已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、軍事和科研等領(lǐng)域，例如電動機(jī)、磁懸浮列車、電磁炮、磁電式電流表等，下面我們來學(xué)習(xí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)使用的磁電式電流表的構(gòu)造與原理。

教師拿出實(shí)物，屏幕上展示實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)圖(如圖6、圖7)，并解釋其工作原理。

設(shè)計(jì)意圖：將電流表分解后進(jìn)行組裝，在組裝過程中解釋各部分的原理和作用，使學(xué)生能輕松理解和掌握。

圖6

圖7

2.7 首尾呼應(yīng)，解答懸念

師：請解釋剛開始的實(shí)驗(yàn)中線圈為什么會轉(zhuǎn)動。

學(xué)生回答，教師點(diǎn)評。

設(shè)計(jì)意圖：對課前所設(shè)懸念進(jìn)行解答，首尾呼應(yīng)，起到點(diǎn)題作用，更讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)新知識的喜悅，從中認(rèn)識物理學(xué)的價(jià)值。

3 教學(xué)感悟

3.1 生動有趣地引入課題

通過趣味性的實(shí)驗(yàn)、科技制作引入課題，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生有了濃厚的興趣，便有了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動力，就能積極思考，進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3.2 由教師講授向?qū)W生的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)進(jìn)行轉(zhuǎn)變

教師進(jìn)行角色轉(zhuǎn)變，教師不再是知識的傳授者，而是資源的提供者、學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和課堂的組織者，學(xué)生是構(gòu)建、內(nèi)化知識的自主學(xué)習(xí)者。

3.3 讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)思維和科學(xué)探究的過程

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生猜想，然后積極思考，進(jìn)行科學(xué)探究。讓學(xué)生感受物理知識形成的經(jīng)過，在重演物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

3.4 滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

在學(xué)生科學(xué)探究過程中，教師不時(shí)加以指導(dǎo)，養(yǎng)成學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的世界觀、價(jià)值觀和責(zé)任感。