何景佳 徐曉梅 龍云

［摘 要］將學(xué)習(xí)進階理論應(yīng)用于中學(xué)物理教學(xué)，并適時運用問題進行驅(qū)動，可以有效幫助教師開展物理教學(xué)，這樣的教學(xué)有助于學(xué)生把握物理核心概念，形成物理觀念。文章以“楞次定律”教學(xué)為例，探討問題驅(qū)動式教學(xué)在物理教學(xué)中的應(yīng)用。實際教學(xué)中，教師可以設(shè)計層層遞進的問題，讓學(xué)生通過對問題的分析思考逐步深入地學(xué)習(xí)楞次定律。

［關(guān)鍵詞］學(xué)習(xí)進階；問題驅(qū)動；楞次定律

［中圖分類號］ ? ?G633.7 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）23-0037-03

基于學(xué)習(xí)進階理論，按照學(xué)生思維發(fā)展水平將某一核心概念劃分層級，確認相應(yīng)的教學(xué)目標。實際教學(xué)中，將問題引入學(xué)生的學(xué)習(xí)活動中，以問題為學(xué)習(xí)任務(wù)的載體，以解決問題為學(xué)習(xí)的驅(qū)動力，可以有效幫助學(xué)生把握物理核心概念，形成物理觀念［1］。

一、學(xué)習(xí)進階與問題驅(qū)動式教學(xué)

學(xué)習(xí)進階是對學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題的概念時所遵循的連貫的典型的學(xué)習(xí)提升路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列［2］。

問題驅(qū)動式教學(xué)指在實際情境中產(chǎn)生問題，以激發(fā)學(xué)生主動探索的求知欲，在教師的引導(dǎo)下通過探究、討論、辨析等方式解決問題的教學(xué)。它要求教師創(chuàng)設(shè)貼合學(xué)生水平的情境，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提高學(xué)生的課堂參與度［3］。

基于學(xué)習(xí)進階理論的問題驅(qū)動式教學(xué)就是教師以問題為核心組織的教學(xué)。通過問題層層推進，讓學(xué)生在解決問題的過程中不斷深化思維，逐步達到學(xué)習(xí)進階的教學(xué)目標，使學(xué)生連貫地、不脫節(jié)地學(xué)習(xí)相關(guān)知識。

二、“楞次定律”問題驅(qū)動式教學(xué)案例

以 2019 年人教版選擇性必修第二冊第二章第一節(jié)“楞次定律”作為案例，設(shè)計有邏輯關(guān)聯(lián)且不斷遞進的問題驅(qū)動教學(xué)方案。

（一）進階分析

1.進階起點分析

學(xué)生已有的事實經(jīng)驗：在進行感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的探究實驗中，學(xué)生通過實驗觀察了大量的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在對這些現(xiàn)象進行觀察的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)用來檢驗感應(yīng)電流的電流表與以往的電流表不一樣，此電流表的指針有時候向左偏，有時候向右偏。學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的方向與操作有關(guān)。

2.進階目標分析

學(xué)生要達到的目標：楞次定律體現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒，學(xué)生要學(xué)會從運動與相互作用、能量轉(zhuǎn)化的角度分析，深入理解楞次定律［4］。

3.進階層級預(yù)設(shè)

將學(xué)習(xí)進階理論應(yīng)用于物理教學(xué)，需要圍繞某一核心概念，構(gòu)建該概念學(xué)習(xí)的水平進階層級，以追蹤學(xué)生在學(xué)習(xí)該概念的過程中的認知發(fā)展情況，方便教師調(diào)控教學(xué)方式方法，進而促使學(xué)生學(xué)好該概念?；趯W(xué)習(xí)進階理論，將學(xué)習(xí)進階分為“事實經(jīng)驗”“映射”“關(guān)聯(lián)”“系統(tǒng)”和“整合”五個臺階［5］，相應(yīng)的描述見表1。

學(xué)生的學(xué)習(xí)從直觀的事實經(jīng)驗出發(fā)，經(jīng)歷知識、思維發(fā)展由淺入深、由簡單到復(fù)雜的過程，完成對楞次定律概念的進階理解。如表 2 所示，該發(fā)展層級詳細地指出學(xué)生在楞次定律不同水平下的具體表現(xiàn)，讓教師清晰明了地知道這一節(jié)課不同時間段的教學(xué)目標，以此來安排整堂課的教學(xué)內(nèi)容就使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有連貫性，這樣學(xué)生也會學(xué)得更好。

學(xué)生通過上節(jié)課實驗探究出了感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，知道條形磁鐵沿不同方向插入或拔出對感應(yīng)電流的方向有影響，具有一定的經(jīng)驗，為這節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。隨著實驗探究的深入，就達到了“映射”層級，知道原磁場方向與磁通量的變化都會影響感應(yīng)電流的方向。接著通過分析實驗結(jié)果，將原磁場方向與磁通量的變化具體如何影響感應(yīng)電流的方向討論出來。在此結(jié)論的基礎(chǔ)上，將楞次定律用簡潔的語言表達出來。接下來，就要拔高學(xué)生的思維，讓學(xué)生將楞次定律的本質(zhì)理解透徹，學(xué)生要學(xué)會從運動與相互作用、能量轉(zhuǎn)化的角度分析，從能量守恒的角度理解楞次定律。最后就是根據(jù)楞次定律的概念理解發(fā)展層級，通過問題驅(qū)動幫助學(xué)生一級一級地進階。

（二）進階過程

1.舊知回顧：激發(fā)疑問，幫助學(xué)生提取已有的經(jīng)驗和認知，達到“經(jīng)驗”層級。

【驅(qū)動性問題】如何判斷閉合電路中是否能產(chǎn)生感應(yīng)電流？

上節(jié)課學(xué)生已經(jīng)通過學(xué)習(xí)知道了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是閉合回路以及穿過回路的磁通量發(fā)生變化。引導(dǎo)學(xué)生回憶將條形磁鐵插入或拔出線圈的實驗。學(xué)生觀察了大量的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在觀察這些現(xiàn)象的過程中，發(fā)現(xiàn)用來檢驗感應(yīng)電流的電流表的指針有時候向左偏，有時候向右偏。發(fā)現(xiàn)改變條形磁鐵的N極和S極，拔出、插入時對感應(yīng)電流的方向有影響。

2.實驗探究：學(xué)生通過具體的實驗操作理解概念，是從“經(jīng)驗”到“映射”進階的過程。

【驅(qū)動性問題】感應(yīng)電流方向與哪些因素有關(guān)？

通過上次探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件發(fā)現(xiàn)，線圈中磁通量的變化會引起感應(yīng)電流， 由此可以引導(dǎo)學(xué)生猜想感應(yīng)電流的方向可能與磁通量的變化有關(guān)。為了檢驗學(xué)生提出的猜想是否正確，引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有的實驗器材（線圈、條形磁鐵、靈敏電流計、導(dǎo)線），根據(jù)上節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進行實驗驗證。

實驗過后發(fā)現(xiàn)學(xué)生不容易將感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化建立直接聯(lián)系。這時，教師需要引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思考問題的角度。學(xué)生發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁場息息相關(guān)，于是再次猜想感應(yīng)電流的方向與原磁場方向有關(guān)。

為了檢驗以上猜想是否正確，教師設(shè)計下面 3 個問題引導(dǎo)學(xué)生進行實驗驗證。

問題1.如何知道引起感應(yīng)電流的線圈中原磁場的方向與變化？

問題2.如何知道感應(yīng)電流的方向？

問題3.如何知道感應(yīng)電流激發(fā)的磁場方向？

學(xué)生利用實驗器材根據(jù)以上問題設(shè)計實驗，在表3中記錄實驗結(jié)果。

從表3可知磁通量發(fā)生了變化，感應(yīng)電流的方向也發(fā)生了變化，但是從表3無法得到直接關(guān)系。原磁場的方向變化也影響感應(yīng)電流的方向，但是依舊無法得到任何結(jié)論。由表3記錄的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，似乎都對感應(yīng)電流的方向有影響，就是沒辦法直接得到它們之間的關(guān)系。因此，教師必須帶領(lǐng)學(xué)生分析實驗結(jié)果，才可以得到正確結(jié)論。

3.實驗分析：教師帶領(lǐng)學(xué)生對實驗結(jié)果進行細致分析，實現(xiàn)概念理解從“映射”到“關(guān)聯(lián)”的進階。

【驅(qū)動性問題】感應(yīng)電流方向究竟與原磁場方向和磁通量的變化有什么關(guān)系？

為了幫助學(xué)生厘清思路，解決上述問題，教師設(shè)計下面兩個問題引導(dǎo)學(xué)生進一步分析。

問題 1.觀察表3，思考感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向是否相同。

學(xué)生回答：不一定，有時相同，有時相反。

問題2.觀察表3，思考并分析感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向在什么情況下同向，在什么情況下反向。

學(xué)生回答：與磁通量變化有關(guān)。當磁通量增大時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；當磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。

通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們發(fā)現(xiàn)，不是所有的結(jié)論只要實驗就可以直接得到。在物理學(xué)習(xí)中，對實驗結(jié)果或者實驗數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，也是非常重要的。

4.概念定義：學(xué)生通過對實驗的總結(jié)定義概念，實現(xiàn)概念理解從“關(guān)聯(lián)”到“系統(tǒng)”的進階。

【驅(qū)動性問題 1】對上述結(jié)果分析進行總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試提煉關(guān)系，并思考感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場對磁通量的變化起什么作用。

通過前面對實驗結(jié)果的分析，就可以引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得到楞次定律：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

這里需要學(xué)生深入理解楞次定律中“阻礙”的意思。學(xué)生通過表3和之前的總結(jié)發(fā)現(xiàn)：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場“老是”不想讓穿過線圈的磁通量繼續(xù)變化。當磁通量增大時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，不利于穿過線圈的磁通量的增大；當磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，不利于穿過線圈的磁通量的減小。這就是“阻礙”作用。

【驅(qū)動性問題 2】用楞次定律可以判斷感應(yīng)電流的方向，除此之外還有其他更簡便的方法嗎？

引導(dǎo)學(xué)生回憶之前所學(xué)的右手螺旋定則。在判斷直線電流的方向和它的磁感線方向時，就是利用右手螺旋定則。通過知識遷移提出，用手指來簡單判斷感應(yīng)電流的方向，即右手定則。

5.概念整合：學(xué)生最后通過思維拔高學(xué)習(xí)，實現(xiàn)概念理解從“系統(tǒng)”到“整合”的進階。

【驅(qū)動性問題】如何從能量守恒角度解釋楞次定律？

楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)［4］。可以在課堂中播放視頻重現(xiàn)“落磁”實驗，設(shè)計下面兩個問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

問題 1.用這節(jié)課所學(xué)的楞次定律解釋下落的磁鐵為什么會減速。

問題 2.磁鐵在下落過程中減少的機械能去哪里了？

根據(jù)楞次定律可知，下落的磁鐵周圍會產(chǎn)生一個磁場，進入螺線管中后，螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電流也會產(chǎn)生磁場，排斥下落的磁鐵，這就是磁鐵下落會減速的原因。若要維持下落的磁鐵運動速度不變則需要有外力對磁鐵做功。根據(jù)能量守恒規(guī)律知道減少的機械能是不會憑空消失的，這些減少的機械能其實是轉(zhuǎn)化成了電能，就是產(chǎn)生了感應(yīng)電流。因此，楞次定律與能量轉(zhuǎn)換和能量守恒規(guī)律是相符合的。

三、總結(jié)

這是一節(jié)實驗探究課，在猜想與假設(shè)階段，由教師提出驅(qū)動性問題，明確猜想和探究的方向，在總結(jié)定律階段更需要教師用有邏輯的、連貫的問題厘清學(xué)生的思路。本節(jié)課充分發(fā)揮問題的引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生一步一步地解決問題，順利總結(jié)出楞次定律。根據(jù)上節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，實驗設(shè)計在這次探究過程中較為容易，難度也不是最大的，教師只需適當?shù)靥釂栆龑?dǎo)，讓學(xué)生小組合作、討論和動手操作，就可以使實驗簡單易做， 且現(xiàn)象明顯。但是，學(xué)生在分析實驗結(jié)果、尋找規(guī)律、得出結(jié)論時，總結(jié)規(guī)律是困難的。因此，教師可以通過驅(qū)動性問題引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生有思考的方向，減輕學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。在此過程中教師設(shè)計適當?shù)尿?qū)動性問題就顯得很重要。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?蔡蕾.基于學(xué)習(xí)進階的問題驅(qū)動式教學(xué)：以“ 機械能守恒定律” 教學(xué)為例［J］.湖南中學(xué)物理，2019（2）：33-35.

［2］ ?劉晟，劉恩山.學(xué)習(xí)進階：關(guān)注學(xué)生認知發(fā)展和生活經(jīng)驗［J］.教育學(xué)報，2012（2）：81-87.

［3］ ?吳志明.學(xué)習(xí)進階理念下的問題驅(qū)動教學(xué)研究：以蘇科版八年級“壓強”教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2020（11）：18-21.

［4］ ?張玉峰.基于學(xué)習(xí)進階的中學(xué)物理教學(xué)改進研究：電與磁［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2020.

［5］ ?張春麗.從小學(xué)、初中、高中三節(jié)研究課看“速度”概 念的學(xué)習(xí)進階［J］.中學(xué)物理，2019（3）：2-6.

（責(zé)任編輯 易志毅）