(廣東省清遠(yuǎn)市第一中學(xué),廣東 清遠(yuǎn) 511500)

1 引言

課程改革的核心環(huán)節(jié)是課程實(shí)施，而課程實(shí)施的基本途徑是課堂教學(xué)。為培育學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，要通過(guò)課堂教學(xué)幫助學(xué)生形成物理觀念，發(fā)展學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理觀念源于自然，與現(xiàn)實(shí)生活、實(shí)際生產(chǎn)或現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有著密不可分的聯(lián)系。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出：新一輪課堂教學(xué)改革就是要積極創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)或科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)的物理探究情境，激活學(xué)生學(xué)習(xí)、探究的熱情，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生主動(dòng)參與到課堂學(xué)習(xí)和探究活動(dòng)中來(lái)，著力改變學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人，有效提高課堂效率，培育學(xué)生的核心素養(yǎng)?，F(xiàn)以“渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用”的教學(xué)為例，談?wù)剟?chuàng)設(shè)物理探究情境，有效培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的措施。

2 “渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用”的教學(xué)情境設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)設(shè)“隔空點(diǎn)燈”探究情境，激發(fā)學(xué)生探究熱情

學(xué)生都有探索未知事物的欲望和好奇心。在物理教學(xué)中，若能創(chuàng)設(shè)出讓學(xué)生意想不到的探究情境，既能有效吸引學(xué)生的眼球，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和探究熱情。在引入新課的環(huán)節(jié)，筆者將一個(gè)接有LED燈和開(kāi)關(guān)的線圈展示給全班學(xué)生。

師：為什么燈不發(fā)光？

生：開(kāi)關(guān)沒(méi)閉合。

師：將開(kāi)關(guān)閉合，燈還是沒(méi)有“亮”。為什么閉合開(kāi)關(guān)后燈還是不亮？

生：回路里沒(méi)有電源。

教師演示，將該線圈往一個(gè)方形盒子上一放，燈亮了。

生：哇！沒(méi)有電源的燈也能發(fā)光？太神奇了！

圖1

學(xué)生對(duì)眼前的一幕感到十分驚訝，被這“隔空點(diǎn)燈”的神奇物理現(xiàn)象所吸引。一雙雙渴望探秘的眼睛都睜得大大的，注意力都集中到下面的神秘的盒子。教師慢慢掀開(kāi)盒子，里面露出的是學(xué)生都十分熟悉的電磁爐。然后，教師將電磁爐的臺(tái)板打開(kāi)，利用手機(jī)與電腦同屏功能，將其投放到屏幕上。全體學(xué)生從大屏上清清楚楚地看到電磁爐里面竟然是像黃金餅一樣的線圈(如圖1)，于是探究學(xué)習(xí)的話題便展開(kāi)了。創(chuàng)設(shè)這神奇的“隔空點(diǎn)燈”的物理情境，不僅能把學(xué)生的注意力集中到課堂教學(xué)中來(lái)，還能有效激發(fā)學(xué)生深入探究的熱情。

2.2 設(shè)置“渦流顯形”探究情境，幫助學(xué)生形成渦流概念

渦流既看不見(jiàn)，也摸不著，而且十分抽象。為了豐富學(xué)生対“渦流”的感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生從本質(zhì)上理解“渦流”，筆者用幾個(gè)半徑不同、均連有發(fā)光二極管的單匝圓形線圈由內(nèi)至外呈同心圓狀平鋪在電磁爐的臺(tái)板上，接通電源，二極管都能發(fā)出亮光。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)可以理解那是因?yàn)槊恳粋€(gè)圓形線圈中都產(chǎn)生了感應(yīng)電流(如圖2)。依據(jù)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，筆者繼續(xù)引導(dǎo)：當(dāng)線圈越加越多，直到密不可分時(shí)，就會(huì)構(gòu)成一個(gè)平面，將這些平面層疊起來(lái)就是一整塊導(dǎo)體。一圈一圈的感應(yīng)電流就像“渦旋”一樣，像這種在整塊導(dǎo)體內(nèi)部形成的感應(yīng)電流稱(chēng)為“渦流”！同時(shí)通過(guò)PPT展示出渦流的動(dòng)態(tài)圖(如圖3)。學(xué)生在已有的知識(shí)水平上，通過(guò)觀察真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和形象的渦流動(dòng)態(tài)圖，極大地豐富了對(duì)“渦流”的感性認(rèn)識(shí)，并從本質(zhì)上理解了“渦流”的形成機(jī)理和特點(diǎn)，有效地幫助學(xué)生形成“渦流”的概念。

圖2

圖3

2.3 巧設(shè)“旋轉(zhuǎn)鋁罐”探究情境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

為了展示渦流的電磁驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，筆者演示了“隔空旋轉(zhuǎn)和制動(dòng)鋁罐”小實(shí)驗(yàn)。如圖4所示，將一個(gè)空的易拉罐倒放在一個(gè)帶有底座的針尖上，用手拿著一個(gè)小磁塊在易拉罐前晃動(dòng)幾下，易拉罐便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，待易拉罐飛快轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，使小磁塊停止運(yùn)動(dòng)，易拉罐也很快停止轉(zhuǎn)動(dòng)?？吹竭@一神奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的眼睛瞪得更大，他們發(fā)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程中教師都沒(méi)有將磁鐵碰觸到易拉罐，易拉罐卻能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，還能快速停下來(lái)。

圖4

教師提問(wèn)：為什么磁鐵在易拉罐旁邊晃動(dòng)幾下，易拉罐會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)呢？為什么將磁鐵靠近時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的易拉罐很快就能停下？

有一位同學(xué)說(shuō)：磁鐵會(huì)吸引易拉罐。但他話音剛落，就有同學(xué)反駁說(shuō)易拉罐是鋁制的，磁鐵是不吸引鋁的。

教師接著問(wèn)：磁鐵會(huì)吸引鋁罐嗎？并將易拉罐放在講臺(tái)上，請(qǐng)一位同學(xué)到臺(tái)前開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作，將磁鐵慢慢靠近易拉罐，結(jié)果發(fā)現(xiàn)易拉罐真的絲毫不動(dòng)，磁鐵不會(huì)吸引鋁罐。

教師又追問(wèn)：既然磁鐵不會(huì)吸引易拉罐，但為什么用磁鐵在易拉罐附近晃動(dòng)幾下，易拉罐能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)？為了讓學(xué)生更好地理解其中的道理，讓學(xué)生以小組為單元展開(kāi)討論，并要求學(xué)生畫(huà)原理圖進(jìn)行分析。結(jié)果部分學(xué)生畫(huà)出了如圖5所示的原理圖，通過(guò)相互討論逐漸明白：當(dāng)磁體N極從右向左靠近鋁罐時(shí)，在鋁罐上會(huì)產(chǎn)生如圖5所示的感應(yīng)電流，根據(jù)右手定則可以判斷出：鋁罐中的感應(yīng)電流所受到的作用力會(huì)讓鋁罐從上往下看做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，或根據(jù)楞次定律從受力的“來(lái)拒去留”的特點(diǎn)，也可以判斷出同樣的結(jié)果。當(dāng)磁體的N極靠近轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁罐時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向如圖6所示，感應(yīng)電流受到的安培力會(huì)阻礙鋁罐的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了電磁驅(qū)動(dòng)和電磁制動(dòng)原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和畫(huà)原理圖的探究過(guò)程，既能讓學(xué)生深刻地領(lǐng)悟到其中的物理原理，也能讓學(xué)生在構(gòu)建物理模型的過(guò)程中提升了科學(xué)思維能力。

圖5

圖6

2.4 開(kāi)展“用塑料桶加熱”實(shí)驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生探究能力

發(fā)展學(xué)生科學(xué)的探究能力是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，在教材內(nèi)容與學(xué)生原有知識(shí)結(jié)構(gòu)之間創(chuàng)設(shè)矛盾情境，可使學(xué)生萌生解決問(wèn)題的欲望。學(xué)生一旦有了解決問(wèn)題的愿望，便能促使學(xué)生認(rèn)真思考，深入分析，激活思維，積極主動(dòng)地參與到探究活動(dòng)中。

師：電流能產(chǎn)生熱效應(yīng)，因此我們可以利用渦流來(lái)進(jìn)行加熱。誰(shuí)家在用電磁爐燒水時(shí)使用了塑料桶？

學(xué)生不約而同地笑了起來(lái)，并七嘴八舌說(shuō)：怎么可能？

有學(xué)生說(shuō)出了原因：因?yàn)樗芰喜皇菍?dǎo)體，不能產(chǎn)生渦流。

教師繼續(xù)提問(wèn)：現(xiàn)有一個(gè)盛有冷水的塑料水槽，能用電磁爐來(lái)加熱其中的水嗎？

此時(shí)，學(xué)生開(kāi)展熱烈討論。一會(huì)兒，有一個(gè)學(xué)生就站了起來(lái)，并大膽地提出“將鐵飯盒放入水槽里”，于是筆者真的按照這個(gè)學(xué)生的方法將鐵飯盒放入盛有冷水的水槽里，接通電磁爐的電源，結(jié)果冷水很快就被燒開(kāi)了。這個(gè)學(xué)生還給大家分享了他們的觀點(diǎn)：“電磁爐里的線圈通入高頻交變電流，產(chǎn)生高頻變化的磁場(chǎng)，從而在鐵飯盒中產(chǎn)生渦流，利用渦流的熱效應(yīng)，使飯盒發(fā)熱，再通過(guò)熱傳遞使水升溫。”此時(shí)，課室響起了熱烈的掌聲。

使用鐵飯盒加熱塑料桶里的水，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到電磁爐加熱是在鐵質(zhì)飯盒中產(chǎn)生渦流，利用渦流的熱效應(yīng)，使飯盒發(fā)熱，再通過(guò)熱傳遞使水升溫。這種實(shí)驗(yàn)方法突破了傳統(tǒng)的思維模式，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升了學(xué)生的探究能力。

3 結(jié)語(yǔ)

在物理教學(xué)中，要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的年齡特征和實(shí)際情況，有目的、有針對(duì)性地創(chuàng)設(shè)物理探究情境，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：(1) 情境的創(chuàng)設(shè)要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，這樣才能引導(dǎo)學(xué)生由淺入深、由表及里地構(gòu)建物理觀念、認(rèn)識(shí)物理規(guī)律；(2) 情境的創(chuàng)設(shè)要貼近自然現(xiàn)象，緊扣生活實(shí)際，這樣才能幫助學(xué)生把握學(xué)習(xí)物理的根本，促進(jìn)學(xué)生活學(xué)活用、學(xué)以致用；(3) 情境的創(chuàng)設(shè)要聚焦學(xué)生認(rèn)知的盲點(diǎn)、疑點(diǎn)，這樣才能做到有的放矢，激發(fā)學(xué)生的求知欲；(4) 情境的創(chuàng)設(shè)要聚焦教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，這樣才能提高教學(xué)效能，培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。