鄒 萍 張軼炳

(寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

1 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對三維目標(biāo)進(jìn)行了整合,凝練為“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個(gè)方面,對中學(xué)物理教學(xué)提出了更高要求。筆者以“探究安培力”的教學(xué)為例,基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，展示教學(xué)實(shí)踐。

2 分析學(xué)情，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)

本節(jié)教學(xué)是在學(xué)習(xí)磁場的基礎(chǔ)上,以演示實(shí)驗(yàn)為突破口,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法,落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.1 學(xué)情分析

學(xué)生在初中時(shí)就已對電磁現(xiàn)象有了初步的認(rèn)識。掌握了控制變量法、類比法、等效替代法等,具備一定的觀察實(shí)驗(yàn)、歸納分析、科學(xué)推理能力，學(xué)生具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

2.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)

表1

針對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容,從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面提出學(xué)習(xí)目標(biāo)(表1)。

3 基于核心素養(yǎng)的“探究安培力”教學(xué)過程

3.1 新課導(dǎo)入

通過電風(fēng)扇等生活常見的應(yīng)用實(shí)例,提出問題:電動(dòng)機(jī)是如何工作的?

教師展示自制簡易電動(dòng)機(jī)模型(圖1),帶領(lǐng)學(xué)生回顧初中物理中電動(dòng)機(jī)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

圖1

3.2 實(shí)驗(yàn)探究

教師引導(dǎo)學(xué)生探究通電導(dǎo)線在磁場中受力的方向。

3.2.1 提出問題

教師通過介紹物理學(xué)家安培,使學(xué)生了解物理學(xué)史的同時(shí)引入物理概念——安培力,即通電導(dǎo)線在磁場中受到的力,可從力的三要素(方向、大小、作用點(diǎn))入手,進(jìn)行探究。

教師提出問題：安培力的大小與哪些因素有關(guān)?

3.2.2 設(shè)計(jì)與進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

教師提供圖2所示的實(shí)驗(yàn)器材,學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

圖2

3.3 安培力方向的確定

為直觀呈現(xiàn)安培力、電流、磁場三者方向的空間關(guān)系,教師利用三種不同顏色的箭頭分別代表三者方向,將每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出來,引導(dǎo)學(xué)生尋找其中規(guī)律。

如圖3所示,將磁場方向、電流方向、導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)方向分別用帶箭頭的直線表示,“×”表示方向垂直黑板平面朝里、“·”表示方向垂直黑板平面朝外,學(xué)生通過三維示意圖尋找規(guī)律。

圖3

圖4

為了方便判斷安培力的方向,教師指導(dǎo)學(xué)生利用左手大拇指、四指、手掌心來判斷安培力的方向(圖4)，進(jìn)而總結(jié)出左手定則。

教師進(jìn)一步提出問題:如知道了安培力、電流、磁場中任意兩者方向,第三者方向是否可以判定?給出幾種情境,請同學(xué)們嘗試判斷圖5中磁場和電流方向。學(xué)生利用左手定則判斷出相應(yīng)的磁場和電流方向,再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5

3.4 左手定則的應(yīng)用

教師提出問題:由于圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置中導(dǎo)軌長度有限,不能持續(xù)地將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,而電動(dòng)機(jī)卻能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，為什么?

學(xué)生討論、交流,教師補(bǔ)充講述:如圖6所示,通電線框在磁場中會受到安培力作用,由于流過左右兩邊金屬棒的電流方向不同,根據(jù)左手定則判斷，它們所受安培力的方向不同,在合力矩的作用下,線框會發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),為了讓線框持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),左側(cè)金屬棒必須始終受向上的安培力作用,右側(cè)金屬棒受向下的安培力作用;為了達(dá)到這樣的目的,在線框上安裝了換向器,即兩個(gè)半圓形銅環(huán),讓與電源正負(fù)極相連的電刷與半圓形銅環(huán)接觸來給線框供電,與電源正極相連的電刷始終與左側(cè)銅環(huán)接觸,與電源負(fù)極相連的電刷始終與右側(cè)銅環(huán)接觸,這樣就能保證線框始終沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),這便是我們課堂引入時(shí)提到的電動(dòng)機(jī)的工作原理。將本節(jié)內(nèi)容與電動(dòng)機(jī)原理相聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理原理和科學(xué)方法解決生活實(shí)際問題的能力。

圖6

3.5 左手定則的應(yīng)用拓展

在現(xiàn)實(shí)生活中,電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛,但磁場都是由磁鐵提供的嗎?其實(shí),更多情況下是電流提供磁場,教師提出問題:兩根平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用力又是怎樣的?

教師引導(dǎo)學(xué)生分析，把其中一根通電導(dǎo)線視為磁場源,根據(jù)之前學(xué)過的安培定則即右手螺旋定則,得出左邊通電導(dǎo)線的磁場如圖7所示,通以反向電流的平行導(dǎo)線所受安培力的方向向右,同理可得,左邊通電直導(dǎo)線在右邊通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中受到向左的安培力,電流方向相反的兩條通電導(dǎo)線之間的相互作用力方向相反，兩根導(dǎo)線相互排斥;當(dāng)兩根導(dǎo)線通以同向電流時(shí)則是相互吸引,再用實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證(圖8)。

圖7

圖8

3.6 課后小制作

教師提供電池、柱形磁鐵、線圈等材料，請學(xué)生課后利用所學(xué)知識，自制電動(dòng)機(jī),寫出設(shè)計(jì)方案,并分析其原理，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)課外探究相結(jié)合,達(dá)成物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

4 結(jié)語

高中物理教材按照學(xué)科邏輯進(jìn)行編排,知識點(diǎn)抽象且概括性強(qiáng),筆者的教學(xué)設(shè)計(jì)立足于教材,通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生自主探究，在整個(gè)教學(xué)過程中以情境引問題,以問題導(dǎo)探究,以探究促真知。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)出確定安培力方向的左手定則,學(xué)以致用,提升了學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。