龔知棟 楊章盛(麻城市第二中學(xué) 湖北 黃岡 438300)

1 引言

在2016年教育部發(fā)布的《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中，“科學(xué)精神”被列為中國(guó)學(xué)生的六大核心素養(yǎng)之一提出，它主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解、運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和技能等方面所形成的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、思維方式和行為表現(xiàn)，具體包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等基本要點(diǎn)[1].小到個(gè)人的求學(xué)、求知和終身發(fā)展，中到國(guó)家的基礎(chǔ)科學(xué)研究、科技進(jìn)步能力、國(guó)家的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和未來(lái)的全球核心競(jìng)爭(zhēng)力，大到整個(gè)人類社會(huì)對(duì)未知的探索和健康發(fā)展，無(wú)一不與科學(xué)精神的培養(yǎng)息息相關(guān).可以說(shuō)“科學(xué)精神”的內(nèi)涵是十分豐富的，但其核心和精髓就是批判質(zhì)疑.“批判質(zhì)疑”，指具有問(wèn)題意識(shí)，能獨(dú)立思考與判斷，能多角度、辯證地分析問(wèn)題[1]， 它表現(xiàn)為對(duì)既有“真理”的質(zhì)疑，意味著對(duì)權(quán)威的挑戰(zhàn)和批判，它是從“錯(cuò)誤”走向“正確”邁出的最寶貴的一步.縱觀物理學(xué)史，以伽利略、牛頓、愛(ài)因斯坦等為代表的一大批物理學(xué)家所具有的批判質(zhì)疑的科學(xué)精神，對(duì)整個(gè)物理科學(xué)的誕生與發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用.

本文將基于批判質(zhì)疑科學(xué)精神的培養(yǎng)目標(biāo)，以教材中一道經(jīng)典老題的糾錯(cuò)(微課錄制)為例，完成一節(jié)微課的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)微課這種特殊的教學(xué)形式實(shí)例，來(lái)具體展現(xiàn)批判質(zhì)疑的培養(yǎng)策略.

2 教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施

2.1 教學(xué)目的

(1)本次微課錄制，主要是為糾正教材中一道流傳了幾十年的經(jīng)典老題存在的錯(cuò)誤，以使高中物理教師和學(xué)生了解這道物理題究竟錯(cuò)在哪里？怎么錯(cuò)的？合理的解釋又是怎樣的？

(2)通過(guò)對(duì)這一道教材經(jīng)典題的糾錯(cuò)，喚醒學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的批判質(zhì)疑和勇于探究的科學(xué)精神，最終提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人才的培養(yǎng).

2.2 教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)法、講授法.

2.3 教學(xué)工具

楞次定律演示器，普通條形磁鐵，強(qiáng)力磁鐵.

2.4 教學(xué)步驟

第一步：老題呈現(xiàn)，介紹歷史沿用

呈現(xiàn)經(jīng)典老題(本文所引題目來(lái)自筆者手頭可查的兩個(gè)教材版本).第一次出現(xiàn)在人教版(2004版)高中物理選修3- 2，第四章第3節(jié)“楞次定律”課后習(xí)題(第14頁(yè))第6題.

【題目】圖1中的A和B都是鋁環(huán)，環(huán)A是閉合的，環(huán)B是斷開(kāi)的，橫梁可以繞中間的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，用磁鐵的任意一極去接近A環(huán)，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？把磁鐵從A環(huán)移開(kāi)，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？磁極移近或遠(yuǎn)離B環(huán)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？解釋發(fā)生的現(xiàn)象.

圖1 磁極移近或遠(yuǎn)離圓環(huán)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象

本題要求學(xué)生用圖示實(shí)驗(yàn)裝置具體做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后由兩次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比，探究原因，得出結(jié)論.可以說(shuō)，這是一個(gè)基于實(shí)驗(yàn)探究的題目.

該題第二次出現(xiàn)在最新改版的人教版(2019版)高中物理選擇性必修第二冊(cè)，電磁感應(yīng)章節(jié)第28頁(yè)第5題(圖2)，相對(duì)于舊版教材的原題，該題做了改動(dòng)，這里沒(méi)有要求學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn)探究，而是直接告訴實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——磁鐵移近或遠(yuǎn)離A環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)；磁鐵移近或遠(yuǎn)離B環(huán)，不動(dòng)，只是要求解釋現(xiàn)象.

圖2 最新版教材情境圖

最后告訴學(xué)生，該題目在30多年前至今一直存在，而且還設(shè)計(jì)了專門的實(shí)驗(yàn)器材——楞次定律演示器(圖示器材)，實(shí)驗(yàn)室基本都有裝備，不僅如此，30多年來(lái)很多的教輔資料上都沿用了此題或者變式題目.可謂流傳甚廣，歷久彌新，是一道“經(jīng)典永流傳的”老題.

第二步：提出質(zhì)疑，引出思考點(diǎn)

本題的最初設(shè)計(jì)，無(wú)論是舊版教材中的實(shí)驗(yàn)探究，還是新版教材的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，都是要表達(dá)：A環(huán)是閉合的，當(dāng)有磁通變化時(shí)就能產(chǎn)生感應(yīng)電流(沿圓環(huán)方向形成環(huán)形電流)；而B(niǎo)環(huán)是有缺口的，不閉合，在磁鐵靠近或遠(yuǎn)離時(shí)，即使有磁通變化依然沒(méi)有感應(yīng)電流.最終目的：是想通過(guò)這道習(xí)題的訓(xùn)練，說(shuō)明產(chǎn)生感應(yīng)電流的必要條件之一，必須是電路(導(dǎo)體)閉合.

無(wú)疑題目的設(shè)計(jì)思想是非常好的.然而物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，現(xiàn)象描述是否真的如題目設(shè)計(jì)那樣？這是決定本題是對(duì)是錯(cuò)的關(guān)鍵，所以最終須經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn).

第三步：實(shí)驗(yàn)探究，還原實(shí)驗(yàn)事實(shí)

實(shí)驗(yàn)探究部分的設(shè)計(jì)又分成兩次完成，對(duì)比實(shí)驗(yàn)，容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在.第一次用普通條形磁鐵做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與題目最初的描述是完全吻合的，貌似題目并沒(méi)有任何問(wèn)題.第二次改用強(qiáng)力磁鐵做實(shí)驗(yàn)，這一次實(shí)驗(yàn)得到的現(xiàn)象與題目的設(shè)計(jì)就有非常大的區(qū)別——當(dāng)磁鐵靠近或遠(yuǎn)離時(shí)，有缺口的鋁環(huán)B環(huán)中也運(yùn)動(dòng)起來(lái)了，這說(shuō)明當(dāng)磁通量變化時(shí)，有缺口的鋁環(huán)中也產(chǎn)生了感應(yīng)電流！這種意外現(xiàn)象的出現(xiàn)似乎并不是題目設(shè)計(jì)者想看到的.

第四步：提出批判，尋求合理解釋

本題設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)——實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，在另一種條件下可能是完全錯(cuò)誤的，或者說(shuō)題目設(shè)計(jì)依據(jù)的現(xiàn)象只是在磁鐵磁性不強(qiáng)的情況下，所表現(xiàn)出來(lái)的一個(gè)現(xiàn)象.而且這個(gè)現(xiàn)象也只是表象，并不能據(jù)此說(shuō)明有缺口的鋁環(huán)此時(shí)沒(méi)有感應(yīng)電流.因此，題目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是錯(cuò)誤的，那么整個(gè)題目就是錯(cuò)誤的了.只是非常困惑，為什么一道錯(cuò)題會(huì)一直沿用下來(lái)？而且改版的新教材居然把實(shí)驗(yàn)探究省去，卻對(duì)一個(gè)具有片面性和欺騙性的現(xiàn)象加以分析，如此處理難道是為了回避問(wèn)題嗎？這與科學(xué)精神的培養(yǎng)豈不是背道而馳？

另外，對(duì)于有缺口的鋁環(huán)中也會(huì)有感應(yīng)電流，該如何給出合理的解釋呢？難道是楞次定律錯(cuò)了嗎？當(dāng)然不是！

為了尋求答案，不妨進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn).新實(shí)驗(yàn)采取回避A，B兩環(huán)有缺口的差異，以強(qiáng)力磁鐵在A，B兩環(huán)的上下左右多側(cè)面分別對(duì)兩環(huán)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)兩環(huán)都會(huì)運(yùn)動(dòng).可見(jiàn)這時(shí)的感應(yīng)電流與兩環(huán)是否有缺口無(wú)關(guān)，感應(yīng)電流的方向也不是沿著兩環(huán)的環(huán)形方向.

考慮到實(shí)驗(yàn)中的A，B兩環(huán)及其橫梁，都是有一定厚度和寬度的鋁塊，在磁場(chǎng)變化時(shí)，整個(gè)鋁塊中會(huì)出現(xiàn)渦流[2]！具體對(duì)于有缺口的B環(huán)而言，雖然不能形成沿圓環(huán)方向的感應(yīng)電流，但是在整個(gè)鋁塊中形成閉合回路，產(chǎn)生了渦流.只是在磁鐵磁性較弱時(shí)，渦流現(xiàn)象非常弱，根本體現(xiàn)不出來(lái)(無(wú)法體現(xiàn)出較強(qiáng)的力的作用效果，所以不動(dòng))，但是磁性加強(qiáng)后，渦流現(xiàn)象及其安培力作用效果就充分體現(xiàn)出來(lái)了.

3 教學(xué)總結(jié)

(1)本節(jié)微課的教學(xué)重點(diǎn)在于實(shí)例引導(dǎo)，教給學(xué)生如何針對(duì)具體問(wèn)題去批判質(zhì)疑，如何用實(shí)驗(yàn)探究的方法解決問(wèn)題.

(2)告訴學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，應(yīng)該保有基本的批判性思維，不唯書不唯上，著力培養(yǎng)自己批判質(zhì)疑的科學(xué)精神.