(江蘇省海安高級中學(xué)，江蘇 南通 226600)

“楞次定律”是一節(jié)規(guī)律探究課，實驗是必不可少的，我們應(yīng)該關(guān)注實驗呈現(xiàn)的現(xiàn)象和與之相關(guān)的一系列問題：為什么電流計指針偏轉(zhuǎn)的方向不同？偏轉(zhuǎn)方向的不同說明什么？偏轉(zhuǎn)方向與什么因素有關(guān)？為什么與之相關(guān)？要回答這些問題就需要深度挖掘?qū)W生的思維過程，通過師生互動，疑問會得到逐步解決，問題解決的過程就是利用已有的知識學(xué)習(xí)新知識的過程。針對本節(jié)課的特點，本文重點探討學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)策略。

科學(xué)思維是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化，也是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同的觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。

1 重視模型建構(gòu)

模型建構(gòu)的實質(zhì)就是將隱藏在復(fù)雜物理情境中的研究對象或過程進行簡化、抽象、類比、概括，從而揭示客觀事物的本質(zhì)與規(guī)律。要求學(xué)生具有建構(gòu)理想模型的意識和能力，能夠根據(jù)研究問題和情境在一定條件下對客觀事物進行抽象和概括，構(gòu)建易于研究的、能夠從主要方面反映事物本質(zhì)特征和共同屬性的理想模型。

在“楞次定律”的引入環(huán)節(jié)采用視頻與實驗演示相結(jié)合的方式，帶有普通減震系統(tǒng)的汽車在過彎時車身會側(cè)傾、過減速帶時車身會跳動等現(xiàn)象，而帶有電磁減震系統(tǒng)的汽車在上述情況下車身始終非常穩(wěn)定，這是為什么呢？用自制實驗器材進行演示(如圖1)，上端固定在支架上的兩個相同的彈簧下端懸掛著相同的磁鐵，磁鐵的正下方分別放置一個木塊和一個鋁塊，磁鐵靜止時對它們均無作用力。把兩磁鐵向下拉離平衡位置相同距離并同時釋放，會看到放置在鋁塊正上方的磁鐵的振動很快停止，而另一塊磁鐵振動時間較長。學(xué)生通過觀察能夠聯(lián)想到視頻中的電磁減震系統(tǒng)應(yīng)該與磁鐵、鋁塊相關(guān)。查閱相關(guān)資料，關(guān)注汽車電磁減震系統(tǒng)的主要部件的特寫(如圖2)。通過對比，顯然磁鐵快速停下來是磁鐵與鋁塊之間的相互作用的結(jié)果，但是磁鐵并不能吸引鋁塊，這是怎樣的一種作用呢？思維沖突引發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，通過電磁減震系統(tǒng)的簡化、類比等把較為復(fù)雜的研究對象抽象成更為簡單的物理模型，便于學(xué)生進一步地研究車身穩(wěn)定的原因。

圖1

圖2

在實驗探究環(huán)節(jié)，將演示實驗的減震模型簡化成一個條形磁鐵和一個鋁環(huán)之間的相互作用(如圖3)，鋁環(huán)又可以簡化成線圈。通過抽象簡化，一個更容易體現(xiàn)問題本質(zhì)的理想化模型構(gòu)建完成。

圖3

圖4

如圖4所示，在釋疑環(huán)節(jié)將這一模型進一步簡化，固定的線圈就相當于減震系統(tǒng)中的圓柱形金屬管，磁鐵在管中正是受到感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場作用才很快停止振動的，這樣的解釋更具說服力。

教學(xué)圍繞建構(gòu)的物理模型展開討論，并總結(jié)出判斷感應(yīng)電流方向的楞次定律。通過這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生建構(gòu)模型的意識得到了強化。

2 注重科學(xué)推理

推理是思維的基本形式，推理能力是指結(jié)合給定的情境，利用已有的知識和方法，針對問題進行有根據(jù)的推斷，得出正確結(jié)論的能力，科學(xué)推理包括歸納推理、演繹推理和類比推理。

在實驗探究的猜想環(huán)節(jié)，根據(jù)實驗現(xiàn)象推測影響感應(yīng)電流方向的因素時運用推理方法，例如根據(jù)插入的磁極不同，觀察到感應(yīng)電流的方向不同，推測影響感應(yīng)電流方向跟原磁場的方向有關(guān)；根據(jù)同一磁極插入、拔出時電流計指針偏轉(zhuǎn)方向不同，推測影響感應(yīng)電流方向跟磁通量的增減有關(guān)。

在實驗探究的規(guī)律總結(jié)環(huán)節(jié)，“來拒去留”“增反減同”以及最終用“阻礙”二字來概括上述特征的都是科學(xué)推理中的歸納推理(如表1)。

表1

楞次定律內(nèi)容的表述也應(yīng)用了科學(xué)推理，由磁通量增減這個現(xiàn)象來推斷感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向的關(guān)系，再根據(jù)安培定則確定感應(yīng)電流的方向。

3 強化科學(xué)論證，鼓勵質(zhì)疑創(chuàng)新

科學(xué)論證要求學(xué)生具有使用科學(xué)證據(jù)的意識以及評估科學(xué)證據(jù)的能力，具有運用證據(jù)對研究問題進行描述、解釋和預(yù)測的能力。而質(zhì)疑則需要學(xué)生具有批判性精神，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題，追求創(chuàng)新。

根據(jù)實驗現(xiàn)象已經(jīng)總結(jié)出磁鐵與鋁環(huán)的相互作用是有規(guī)律的，而相互作用是因為閉合環(huán)中有感應(yīng)電流，那么環(huán)中感應(yīng)電流方向也必有規(guī)律。有什么樣的規(guī)律呢？學(xué)生一般會從兩個角度去分析，一個是從安培力的角度分析，另一個從等效的角度分析。

從鋁環(huán)受到安培力方向來倒推感應(yīng)電流方向是有一定難度的，首先只知道鋁環(huán)和磁鐵是排斥和吸引關(guān)系，鋁環(huán)受力的方向不好確定；其次鋁環(huán)的形狀是圓形、而不是直導(dǎo)線，學(xué)生對左手定則的使用有一定的難度。所以從安培力角度的分析思路是清晰的，但是對于學(xué)生難度偏大。如果把鋁環(huán)等效成小磁針，根據(jù)磁極間的作用規(guī)律可以很容易找出鋁環(huán)的等效磁極，在磁通量變化時感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向的“增反減同”規(guī)律就得到了，再根據(jù)安培定則可得到感應(yīng)電流方向，不用苦苦尋找原磁場的變化與感應(yīng)電流方向之間的媒介，避免了學(xué)生思維出現(xiàn)斷點，合乎學(xué)生的認知規(guī)律。

從安培力的角度去分析感應(yīng)電流的方向也有更好的辦法，因為鋁環(huán)中的感應(yīng)電流方向只有順時針和逆時針兩種情況，因此我們可以采用假設(shè)法結(jié)合左手定則來判斷鋁環(huán)的受力方向，再結(jié)合實驗現(xiàn)象即可判斷假設(shè)是否成立。利用兩種思路總結(jié)的規(guī)律異曲同工，從實驗和理論上解決了感應(yīng)電流方向的判斷問題。

總之，教師在進行教學(xué)設(shè)計時，應(yīng)當結(jié)合課程內(nèi)容和特點，層層深入，逐步引導(dǎo)，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，發(fā)展其核心素養(yǎng)。