王蓓

(浙江金華第一中學(xué) 浙江 金華 321015)

近年來，隨著課程改革不斷優(yōu)化與推進(jìn)，核心素養(yǎng)的概念也在不斷推行．《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》堅(jiān)持反映時(shí)代要求，著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)．物理學(xué)科核心素養(yǎng)含有4個(gè)維度：物理觀念(基礎(chǔ))、科學(xué)探究(路徑)、科學(xué)思維(核心)、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(品格)(圖1)．筆者將以“互感和自感”一課為例，根據(jù)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，“以生為本”的教學(xué)理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，讓每一位學(xué)生發(fā)生持久的深度學(xué)習(xí)，以努力服務(wù)于“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”這一根本目標(biāo)．

圖1 物理學(xué)科核心素養(yǎng)間的關(guān)系

1 激趣導(dǎo)學(xué) 實(shí)驗(yàn)引課 電磁互感

課堂實(shí)錄：

上課前期，教師將電磁爐藏于黑匣子中，實(shí)驗(yàn)器材如圖2所示(以下所有圖片中的實(shí)驗(yàn)器材均為課堂實(shí)用)，表演魔術(shù)“空手取電”，意圖引出已學(xué)知識(shí)：法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象，得出互感現(xiàn)象的定義和互感電動(dòng)勢的概念．定義講解的過程中強(qiáng)調(diào)兩個(gè)線圈之間沒有導(dǎo)線相連，可以通過變化的磁場將能量和信息進(jìn)行傳遞，所以互感現(xiàn)象已經(jīng)在電工技術(shù)和電子技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，例如黑匣子中的電磁爐、無線充電、藍(lán)牙耳機(jī)等等．

圖2 “空手取電”演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材

設(shè)計(jì)思路：

(1)首先創(chuàng)設(shè)情境利用魔術(shù)激發(fā)學(xué)生的興趣，引出已學(xué)知識(shí)，在情景化大前提下進(jìn)行教學(xué)，符合學(xué)科邏輯、認(rèn)知邏輯和教學(xué)邏輯．

(2)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該處處重視物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，秉承“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念，培養(yǎng)學(xué)生善于運(yùn)用生活資源，所以選擇的案例均為生活中的物品．

2 互感應(yīng)用 現(xiàn)場制作 概念可視

課堂實(shí)錄：

兩個(gè)線圈之間沒有導(dǎo)線相連，卻可以通過變化的磁場將能量和信息進(jìn)行傳遞．學(xué)生雖然已經(jīng)接受這個(gè)抽象概念，但沒有自身經(jīng)歷只會(huì)成為停留于表面的認(rèn)知，將不會(huì)被內(nèi)化被升華．所以教師展示收音機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提供實(shí)驗(yàn)器材如圖3所示，在學(xué)生們的設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，教師現(xiàn)場制作一臺(tái)簡易收音機(jī)．線圈A與手機(jī)的音頻輸出端連接，線圈B與擴(kuò)音器的輸入端連接，線圈A與線圈B相互靠近，便可播放音頻，實(shí)驗(yàn)成功，效果甚好．此時(shí)，教師追問：如果想把聲音調(diào)大一些，可以有哪些措施？學(xué)生答：提高輸入信號(hào)的強(qiáng)度(手機(jī)音量調(diào)高)，線圈相互靠近，增加線圈匝數(shù)以及插入鐵芯．

圖3 線圈互感實(shí)驗(yàn)器材

設(shè)計(jì)思路：

(1)現(xiàn)場制作收音機(jī)將物理概念(利用互感現(xiàn)象傳遞能量和信息)可視化，有助于學(xué)生感性認(rèn)識(shí)物理概念和規(guī)律，實(shí)現(xiàn)可視化與物理思維的深刻性相輔相成．

(2)實(shí)驗(yàn)成功，提高聲音的措施方面引發(fā)學(xué)生的思考，夯實(shí)學(xué)生發(fā)展基礎(chǔ)．

3 類似關(guān)聯(lián) 觸類旁通 猜想自感

課堂實(shí)錄：

教師口述：線圈A的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對另一個(gè)線圈B有影響．那么，同學(xué)們猜想，當(dāng)通過線圈A的電流發(fā)生變化時(shí)，對自身會(huì)不會(huì)有影響，自身會(huì)不會(huì)出現(xiàn)磁感應(yīng)現(xiàn)象，自身會(huì)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢？答案非常明顯，一定會(huì)有影響．

設(shè)計(jì)思路：

關(guān)于“自感”，有教師建議用“閉合自感”的實(shí)驗(yàn)(圖4)引入，但筆者認(rèn)為類比已學(xué)概念即可．自感與互感之間的相似程度和關(guān)聯(lián)程度頗高，是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的概念．而高二的學(xué)生從概念的內(nèi)涵和外延、概念生成的路徑、概念建構(gòu)的邏輯等方面都已有充分的經(jīng)驗(yàn)，所以直接引入更為清晰，而“閉合自感”的實(shí)驗(yàn)可作為學(xué)生猜想后的驗(yàn)證．

4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場 閉合自感 科學(xué)論證

課堂實(shí)錄：

教師口述：一切物理真理都來源于實(shí)驗(yàn)，請同學(xué)們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想．明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?，開關(guān)閉合時(shí)，研究線圈對電路的影響．學(xué)生設(shè)計(jì)電路圖，教師現(xiàn)場演示投屏，發(fā)現(xiàn)問題，分析原因，最后修改完善電路，如圖4所示．

圖4 學(xué)生設(shè)計(jì)的“閉合自感”實(shí)驗(yàn)電路圖

在合作實(shí)驗(yàn)的過程中，教師引導(dǎo)如下：

(1)實(shí)驗(yàn)中，哪些儀器可以體現(xiàn)出線圈對電流的影響？(電流表或小燈泡，選擇小燈泡，現(xiàn)象更為直觀)

(2)開關(guān)閉合瞬間，根據(jù)互感現(xiàn)象大致推測：線圈對電路的影響是延遲，即小燈泡延遲發(fā)光．

(3)開關(guān)閉合前，先把滑動(dòng)變阻器的劃片移動(dòng)到電阻最大端．

(4)閉合開關(guān)，注意觀察小燈泡的發(fā)光情況．觀察不到小燈泡發(fā)光延遲，那怎么辦？

(5)并聯(lián)另一個(gè)小燈泡進(jìn)行對比．此時(shí)沒有學(xué)生會(huì)提出該小燈泡需要串聯(lián)另一個(gè)滑動(dòng)變阻器．

(6)再次閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)兩只小燈泡的亮度并不一樣，電路再次修改．

(7)強(qiáng)調(diào)以上步驟均是實(shí)驗(yàn)前的調(diào)試．

(8)閉合開關(guān)，觀察比較兩小燈泡的發(fā)光情況．

設(shè)計(jì)思路：

(1)雖然學(xué)校實(shí)驗(yàn)室有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如圖5所示，但考慮科學(xué)探究需要真實(shí)情境以及物理學(xué)獨(dú)特的育人功能，最后采用學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、教師現(xiàn)場連接電路、分步驟演示投屏．物理實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，學(xué)生自己參與并完成物理實(shí)驗(yàn)所獲得的直接經(jīng)驗(yàn)是任何人、任何方式、任何學(xué)科都無法替代的，這才是物理學(xué)科獨(dú)特的育人功能．

圖5 自感實(shí)驗(yàn)

(2)筆者在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，遇到最大的問題是：小燈泡延遲現(xiàn)象不夠明顯，即線圈的自感系數(shù)不夠大．嘗試很多，甚至把變壓器拆開實(shí)驗(yàn)，效果都不明顯，最后發(fā)現(xiàn)：自耦變壓器、投影儀中的變壓器大約可以實(shí)現(xiàn)延遲2 s發(fā)光，同行們可以嘗試．

(3)“通電自感”實(shí)驗(yàn)在本節(jié)課中屬于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，這里也體現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У嘏囵B(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升．

5 巧妙設(shè)問 因果推理 斷電自感

課堂實(shí)錄：

教師分析電路，演示“斷電自感”實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)儀器中線圈的自感系數(shù)較大)，如圖6所示．

圖6 斷電自感實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物及電路圖

教師的引導(dǎo)如下：

(1)你觀察到了什么現(xiàn)象？教師先肯定學(xué)生們的所見所得——小燈泡閃了一下再熄滅，再拋出下列問題．

(2)該現(xiàn)象包含兩類：延遲+閃現(xiàn)，又如何解釋該現(xiàn)象？

1)對于電路問題應(yīng)先從電流入手，開關(guān)斷開前后，試判斷通過小燈泡的電流情況及電流方向有無發(fā)生變化.教師分析歸納：當(dāng)開關(guān)閉合，從電源出發(fā)的電流將形成順時(shí)針的閉合回路．當(dāng)開關(guān)斷開，由電源發(fā)出的電流，以及通過小燈泡的電流瞬間為零，而通過線圈的電流因?yàn)樽愿凶饔寐郎p小為零．那么接下去線圈將與小燈泡串聯(lián)導(dǎo)通并形成一個(gè)逆時(shí)針的閉合回路．所以小燈泡的電流將發(fā)生反向．在開關(guān)斷開時(shí)，線圈對電路中電流的減小有阻礙作用，即自感現(xiàn)象．

2)在斷開過程中，小燈泡閃亮一下再熄滅，這說明了什么？教師分析歸納：斷開開關(guān)，由線圈發(fā)出通過小燈泡的電流更大．

3)如何設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)小燈泡閃亮一下再熄滅？教師分析歸納：線圈的“直流電阻”小于燈泡的電阻即可．

設(shè)計(jì)思路：

(1)教師巧妙構(gòu)思設(shè)計(jì)問題，有助于每一位學(xué)生發(fā)生深度思考，提升學(xué)生分析解決問題能力和科學(xué)探究能力．

(2)物理規(guī)律揭示物理概念之間的因果關(guān)系，物理規(guī)律的普適性必然擴(kuò)大學(xué)生的視野，擴(kuò)展學(xué)生的思維，促使學(xué)生的思維活動(dòng)在深度和廣度上前行了一大步．

6 物理學(xué)史 態(tài)度責(zé)任 感情共鳴

課堂實(shí)錄：

教師口述介紹這位偉大的物理學(xué)家：約瑟夫·亨利．1867年起，亨利任美國科學(xué)院第一任院長，1829年制成能提起一噸重鐵塊的電磁鐵，1830年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象．此時(shí)學(xué)生們會(huì)小聲私語，課本中寫道：法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象．這是怎么回事，教師解釋：亨利確實(shí)早法拉第一年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但當(dāng)時(shí)亨利正在集中精力制作更大的電磁鐵，沒有及時(shí)發(fā)表實(shí)驗(yàn)成果，最后亨利失去了發(fā)明權(quán)．教師接著說：潛心研究的亨利時(shí)隔兩年1832年又發(fā)現(xiàn)了電流的自感現(xiàn)象．他被認(rèn)為是美國最偉大的科學(xué)家之一，尤其對電磁學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)．

教師口述：像這樣淡泊名利、潛心研究、無私奉獻(xiàn)的科學(xué)巨匠我們國家也數(shù)不勝數(shù)．學(xué)生們會(huì)一起說道：有原子彈之父——錢學(xué)森，雜交水稻之父——袁隆平，“共和國勛章”獲得者——鐘南山等．教師最后緩緩口述道：他們的這種科學(xué)精神更將成為“一種文化”“一種傳承”．

設(shè)計(jì)思路：

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任不是教師站在高高講臺(tái)上宣講“大道理”，而應(yīng)該通過各種形式融入科學(xué)觀念和科學(xué)思維教學(xué)之中，加強(qiáng)愛國主義、民族文化自信心的教育，力求做到“隨風(fēng)潛入夜，潤物細(xì)無聲”．淡泊名利、潛心研究的奉獻(xiàn)精神，是老一輩科學(xué)家的優(yōu)良傳統(tǒng)，更是新時(shí)代科學(xué)家精神的重要內(nèi)涵．

7 意義與體會(huì)

學(xué)生在感知生活、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中，時(shí)時(shí)刻刻沐浴在物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)之中，時(shí)刻都在開發(fā)著學(xué)生的創(chuàng)造“潛能”．實(shí)踐表明，指向核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)“以生為本”的教學(xué)理念(圖7)，強(qiáng)化學(xué)生深度學(xué)習(xí)的過程．教師們應(yīng)站位于學(xué)生的視角，關(guān)注學(xué)生的需求，運(yùn)用循循善誘的問題導(dǎo)向教學(xué)法激發(fā)學(xué)生的思考．在自主實(shí)驗(yàn)的探究過程中掌握技能、提高能力，基于物理學(xué)科的獨(dú)特育人功能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)價(jià)值觀，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科在立德樹人方面的使命，以期更加適應(yīng)學(xué)生終身發(fā)展的需要．教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的重要意義，認(rèn)識(shí)到學(xué)生讀書的真正寶貴的收益恰恰是我們在今天稱之為“潛在素質(zhì)”的東西，無用之用是為大用．物理學(xué)家勞厄曾說過：“重要的不是獲取知識(shí)，而是發(fā)展思維能力，教育無非是一切都忘掉的時(shí)候，所剩下來的東西．”

圖7 “以生為本”教學(xué)理念