羅小飛 游天下

［摘 要］“電流的磁效應(yīng)”揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系，其中“探究影響通電線圈磁性強弱的因素”和“探究電磁鐵的優(yōu)點”是電流的磁效應(yīng)探究中兩個較為重要的探究活動。常規(guī)探究比較注重整體進度和探究結(jié)果，較少關(guān)注學(xué)生的個體差異和能力提升，導(dǎo)致學(xué)困生理解受阻、收獲甚微，學(xué)優(yōu)生展示受限、提升不多。為了照顧學(xué)生的個體差異，充分激發(fā)各層次學(xué)生參與科學(xué)探究的熱情，教師基于科學(xué)探究實施差異教學(xué)，實現(xiàn)探究目標、探究內(nèi)容、探究任務(wù)、探究評價的差異化，最大限度地提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)探究；差異教學(xué)；電流的磁效應(yīng)

［中圖分類號］ ? ?G633.98 ? ? ? ?［文獻標識碼］ ? ?A ? ? ? ?［文章編號］ ? ?1674-6058（2022）23-0090-04

目前，教學(xué)節(jié)奏快、學(xué)生能力發(fā)展緩慢的科學(xué)探究課較為常見，究其根源是探究能力的目標定位、探究活動的實施過程、探究學(xué)習(xí)的反饋評價多關(guān)注學(xué)生的共同性，而較少關(guān)注學(xué)生的差異性。教師往往將關(guān)注對象鎖定為一部分學(xué)生，而對其他學(xué)生關(guān)注不夠；往往注重探究任務(wù)的完成，而忽視學(xué)生的差異發(fā)展。因此，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個體差異，基于科學(xué)探究實施差異教學(xué)，從而激發(fā)各個層次學(xué)生參與科學(xué)探究的熱情，最大限度地提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。下面筆者以“電流的磁效應(yīng)”第二課時為例來細致闡述具體的差異教學(xué)實施過程。

一、照顧學(xué)生能力差異，制訂差異探究目標

中學(xué)生因性格、興趣等方面存在差異，致使其探究能力也存在一定的差異。筆者通過觀察學(xué)生的課堂發(fā)言、實驗操作、科技創(chuàng)新、社會實踐等方面的表現(xiàn)情況，同時結(jié)合階段性的量化檢測，將學(xué)生的探究能力分為A層（探究能力強）、B層（探究能力中等）、C層（探究能力弱）三個層次，然后針對學(xué)生的不同能力層次制訂差異探究目標，盡量讓各個層次學(xué)生的能力培養(yǎng)目標落在其最近發(fā)展區(qū)，從而最大限度地提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

例如，本節(jié)課要探究影響通電線圈磁性強弱的因素，就必須先對其影響因素做出猜想。其中，對于A層學(xué)生，要求能主動聯(lián)系生活、遷移舊知進行發(fā)散性猜想，如聯(lián)系生活中的電磁起重機（由粗壯的鐵芯及密繞的線圈組成，使用時必須通以較強的電流），或遷移奧斯特實驗（通過增強電流使得現(xiàn)象更明顯），或遷移環(huán)形電流磁場知識點（多個環(huán)形電流比一個環(huán)形電流引發(fā)的磁場大）……從而猜想影響通電線圈磁性強弱的因素有電流大小、線圈匝數(shù)、導(dǎo)線粗細、有無鐵芯、鐵芯大小等。對于B層學(xué)生，要求能主動回顧并遷移舊知，但需要教師引導(dǎo)他們聯(lián)系實際生活，發(fā)散思維，盡量實現(xiàn)針對三個影響因素的猜想。對于C層學(xué)生，則需要在教師的幫助下，回顧舊知和聯(lián)系實際生活，從而努力實現(xiàn)針對兩個影響因素的猜想。像這樣，就科學(xué)探究的某一要素制訂既符合學(xué)生學(xué)習(xí)水平又有一定挑戰(zhàn)性的差異探究目標，讓不同層次的學(xué)生都能積極迎接挑戰(zhàn)、展示才華、提升能力，從而提振信心、挖掘潛能、實現(xiàn)價值。

二、滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需要，呈現(xiàn)差異探究內(nèi)容

為了滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，教師要根據(jù)教學(xué)目標對教學(xué)內(nèi)容做相應(yīng)的調(diào)整，盡量多給學(xué)生選擇的機會。因此，教師可在了解學(xué)生個體差異的前提下靈活處理教材，設(shè)計出可供選擇的探究內(nèi)容，盡量滿足每位學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。

例如，“探究影響通電線圈磁性強弱的因素”是本節(jié)課的核心。通過探究，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案和獲取事實與證據(jù)的能力。因此，教師應(yīng)在課堂上給學(xué)生呈現(xiàn)可供選擇的探究內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進行探究，發(fā)散學(xué)生思維。對此，筆者在學(xué)生做出諸多猜想后，允許學(xué)生根據(jù)自己的喜好選擇某一個或某幾個影響因素來設(shè)計實驗。C層學(xué)生大多會選擇線圈匝數(shù)或電流大小來進行較為簡單的實驗設(shè)計；B層學(xué)生大多會從線圈匝數(shù)、導(dǎo)線粗細、電流大小、有無鐵芯（或鐵芯大?。┻@些影響因素中選擇兩個來設(shè)計研究單一變量或綜合研究兩個變量的實驗方案；A層學(xué)生選擇較為自由，且喜歡設(shè)計綜合性更強的實驗方案。此外，筆者還給學(xué)生提供了以下實驗器材：直徑不同的紙筒若干、粗細不同的漆包銅絲若干、粗細不同的鐵釘若干、大頭針若干、導(dǎo)線若干、1組電源、1個普通開關(guān)、1個單刀雙擲開關(guān)、1個定值電阻、1個滑動變阻器、1個電流表等，從而方便學(xué)生在設(shè)計實驗方案后選所需要的實驗器材進行動手實驗（即實驗DIY）。從中不難發(fā)現(xiàn)，圍繞具體探究任務(wù)呈現(xiàn)差異探究內(nèi)容，可以最大限度地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，同時也為探究活動的有效開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

三、提供學(xué)生探究機會，設(shè)置多元探究任務(wù)

教師應(yīng)從學(xué)生探究能力的差異出發(fā)，根據(jù)可供選擇的探究內(nèi)容，設(shè)置多元探究任務(wù)，努力為學(xué)生提供探究機會。鑒于此，筆者在本節(jié)課安排了由淺入深、由易到難的兩個大的探究任務(wù)，并在每個大任務(wù)中再設(shè)置開放性、綜合性的子任務(wù)，努力給學(xué)生提供參與探究及展示才華的機會。

（一）初探：影響通電線圈磁性強弱的因素

該探究任務(wù)是本節(jié)課的核心。在探究過程中，筆者通過一個開放性子任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案的能力，再通過一個綜合性子任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生獲取事實與證據(jù)的能力。

1.開放性子任務(wù)——尊重差異，創(chuàng)造性地設(shè)計實驗方案

筆者讓學(xué)生針對“探究影響通電線圈磁性強弱的因素”這一探究內(nèi)容創(chuàng)造性地設(shè)計實驗方案。筆者先利用問題驅(qū)動的方式，對不同層次的學(xué)生做適當?shù)囊龑?dǎo)，為其后續(xù)創(chuàng)造性地設(shè)計實驗方案提供“腳手架”。如：①你將怎樣來比較通電線圈磁性的強弱？②若要研究某一因素（如線圈匝數(shù)），你將采用什么方法？③你將如何控制無關(guān)因素（變量）保持不變？④你又如何改變要研究的因素（變量）？⑤請再列舉一個研究因素（如電流大?。?，說說你的具體研究思路。⑥該探究中主要用到了哪兩種方法？筆者一般會請C層學(xué)生回答①②兩個問題，B層學(xué)生回答③④兩個問題， A層學(xué)生回答⑤⑥兩個問題。筆者尊重學(xué)生的個體差異，讓不同層次的學(xué)生根據(jù)自己的喜好自由選擇研究因素來創(chuàng)造性地設(shè)計實驗方案。比如，對于C層學(xué)生，他們常選擇線圈匝數(shù)或電流大小來設(shè)計實驗方案。其中選擇“線圈匝數(shù)”的設(shè)計如圖1所示，在相同的鐵釘上纏繞匝數(shù)不同的線圈，并先后接入同一電路，觀察通電線圈吸引大頭針的數(shù)目；選擇“電流大小”的設(shè)計如圖2所示，將一定匝數(shù)的線圈與滑動變阻器串聯(lián)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片（改變電流大?。?，觀察通電線圈吸引大頭針的數(shù)目。對于B層學(xué)生，筆者不僅鼓勵他們設(shè)計研究單一變量的實驗方案，還鼓勵他們設(shè)計綜合研究兩個變量的實驗方案。研究“導(dǎo)線粗細”的設(shè)計如圖3所示，將鐵芯、匝數(shù)都相同但導(dǎo)線粗細不同的通電線圈先后與滑動變阻器串聯(lián)，并使電流相同，然后觀察通電線圈吸引大頭針的數(shù)目；研究“有無鐵芯”（或鐵芯大?。┑脑O(shè)計如圖4所示，先后將線圈匝數(shù)相同的帶鐵芯和不帶鐵芯（或較大鐵芯）的線圈接入同一個電路，觀察兩次通電線圈吸引大頭針的數(shù)目。有的學(xué)生利用單刀雙擲開關(guān)改變接入的線圈匝數(shù)，利用滑動變阻器改變電流，這樣既可以研究“線圈匝數(shù)”，又可以研究“電流大小”（如圖5）。對于A層學(xué)生，筆者鼓勵他們設(shè)計綜合研究兩個或三個因素的實驗方案。其中將兩個匝數(shù)不同的線圈與滑動變阻器串聯(lián)，來研究“線圈匝數(shù)” “電流大小”兩個因素（如圖6）；仿照滑動變阻器移動滑片改變線圈匝數(shù)，利用滑動變阻器改變電流大小，同樣能研究兩個因素（如圖7）；將三個螺線管（A、B匝數(shù)相同，導(dǎo)線粗細不同；B、C導(dǎo)線粗細相同，匝數(shù)不同）與滑動變阻器串聯(lián)在同一電路中（如圖8），可以綜合研究猜想中提及的所有因素。其他還有許多，這里就不一一羅列了。

綜上，讓不同層次的學(xué)生在自由開放的環(huán)境下選擇自己喜歡研究的因素，并采用自己喜歡的思維方式，大膽地進行創(chuàng)造性設(shè)計，大大調(diào)動了學(xué)生參與探究活動的積極性，最大限度地挖掘了他們的創(chuàng)造潛能。

2.綜合性子任務(wù)——利用差異，合作式收集事實證據(jù)

學(xué)生的差異正是他們進行交往與合作探究的前提。教師應(yīng)利用學(xué)生的差異，讓學(xué)生在合作探究中相互幫助、相互啟發(fā)、相互激勵，最終實現(xiàn)共同進步。

例如，有了創(chuàng)造性設(shè)計方案之后，讓學(xué)生以4人為一組進行合作式探究實驗來收集事實證據(jù)。首先小組交流、選擇、修改、完善實驗設(shè)計方案，然后互幫互助進行動手制作、調(diào)試、改進、再試等。下面展示部分小組的合作探究情況。有的小組既有圖2的設(shè)計，又有圖4的設(shè)計，經(jīng)組內(nèi)討論，整合了兩種設(shè)計，將線圈繞在紙筒上，并將線圈與滑動變阻器串聯(lián)，這樣可以利用滑動變阻器改變電流大小，及通過在紙筒內(nèi)放不放鐵芯或放入不同大小的鐵芯來實現(xiàn)有無鐵芯或改變鐵芯的大?。ㄈ鐖D9）；有的小組根據(jù)圖3的設(shè)計，在兩根相同的鐵釘上分別用粗細不同的漆包銅絲密繞了100匝，然后先后接入同一個電路，通過移動滑動變阻器滑片控制兩次的電流相同，從而研究通電線圈磁性強弱與導(dǎo)線粗細的關(guān)系（如圖10）；有的小組根據(jù)圖6的設(shè)計，將兩個匝數(shù)不同的線圈（內(nèi)含鐵釘）接入電路來研究通電線圈磁性強弱與線圈匝數(shù)的關(guān)系，然后移動滑動變阻器滑片，觀察同一線圈先后吸引大頭針的數(shù)目，以此來研究通電線圈磁性強弱與電流大小的關(guān)系（如圖11）；有的小組則根據(jù)圖8的設(shè)計，利用控制變量法來綜合研究猜想中提及的所有因素（如圖12）。在這樣的合作式探究實驗中，學(xué)生不僅能各司其職，還能組內(nèi)互助、組內(nèi)交流、差異共享。

（二）再探：電磁鐵的優(yōu)點

不同層次學(xué)生通過創(chuàng)造性的實驗設(shè)計和合作式探究實驗，獲得結(jié)論：通電線圈磁性強弱與線圈匝數(shù)、電流大小、有無鐵芯（或鐵芯大?。┯嘘P(guān)，與線圈導(dǎo)線粗細無關(guān)。在此基礎(chǔ)上，引出電磁鐵的概念——帶鐵芯的通電線圈。筆者順勢引導(dǎo)學(xué)生探究電磁鐵的優(yōu)點，該探究是本節(jié)課的難點，也安排了兩個子任務(wù)，著重培養(yǎng)學(xué)生獲取事實與證據(jù)的能力和表達與交流的能力。

1.開放性子任務(wù)——利用差異，從探究實驗中發(fā)掘優(yōu)點

在學(xué)生合作探究后，筆者在原有實驗儀器的基礎(chǔ)上再給每個小組提供一根條形磁鐵，繼續(xù)讓小組學(xué)生通過團結(jié)協(xié)作、交流啟發(fā)、共同實驗來探究電磁鐵的優(yōu)點。

一些小組直接回想之前的探究結(jié)論，并再次進行簡單實驗操作后指出電磁鐵的優(yōu)點——可以改變磁性強弱。筆者追問：那通過改變什么因素來改變磁性的強弱最為方便呢？學(xué)生通過實驗達成共識：改變電流的大小最方便。于是，小結(jié)出電磁鐵的優(yōu)點1：電磁鐵磁性的強弱可以通過改變電流的大小來控制。一些小組則直接利用圖9、圖10、圖11、圖12等創(chuàng)新設(shè)計和合作實驗的裝置，再次進行實驗，發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)，電磁鐵有磁性，能吸引大頭針；斷開開關(guān)，電磁鐵無磁性，無法吸引大頭針，從而得出電磁鐵的優(yōu)點2：電磁鐵的磁性有無可以通過開關(guān)的通斷來控制。在此基礎(chǔ)上，筆者繼續(xù)讓小組學(xué)生思考討論：你還能通過實驗發(fā)掘電磁鐵的優(yōu)點嗎？這里必須聯(lián)系前面學(xué)過的通電直導(dǎo)線或通電螺線管周圍磁場的方向與電流方向有關(guān)。在該環(huán)節(jié)中，A層學(xué)生在小組合作探究中發(fā)揮較為重要的作用，他們帶領(lǐng)B層和C層學(xué)生一起經(jīng)歷實驗方案的設(shè)計（如圖13），并且一起搭建電路進行實驗。當單刀雙擲開關(guān)擲于a時，實驗情況如圖14所示；當單刀雙擲開關(guān)擲于b時，實驗情況如圖15所示。當然也可以直接將電源的正負極調(diào)換后接入電路，這樣可以得出電磁鐵的優(yōu)點3：電磁鐵的磁場方向可以通過改變電流方向來控制。在課堂上僅依靠教師一個人來關(guān)照學(xué)生的差異是有困難的，但如果能將A層學(xué)生發(fā)展成教師的助手，由他們來幫助其他學(xué)生，就可讓整個團隊協(xié)同合作、互惠共贏。

2.綜合性子任務(wù)——尊重差異，從表達交流中認識原理

既然電磁鐵較一般磁鐵有明顯的優(yōu)點，那么它在實際生活中一定有更為廣泛的用途。為了更好地讓不同層次的學(xué)生表達實際生活中電磁鐵的工作原理，提升學(xué)生表達與交流的能力，教師應(yīng)給學(xué)生設(shè)置綜合性子任務(wù)。

例如，生活中利用電磁鐵的優(yōu)點設(shè)計制作的電磁繼電器應(yīng)用十分廣泛。于是，筆者就根據(jù)電路圖（如圖16）來連接實物（如圖17、圖18），并將實驗過程用實物投影展示出來：當控制電路的開關(guān)斷開時，工作電路中的藍燈L1亮；當控制電路的開關(guān)閉合時，工作電路中的綠燈L2亮。隨即，請學(xué)生嘗試表達電磁鐵的工作原理，并說明應(yīng)用了電磁鐵的哪個優(yōu)點。筆者一般會先請C層學(xué)生來表達，并用問題鏈來做適當引導(dǎo)，如開關(guān)閉合時，電磁鐵是否有磁性？電磁鐵若有磁性將會對銜鐵產(chǎn)生怎樣的力？銜鐵向下運動，使得銜鐵的動觸點與哪個靜觸點接通？這樣的話，工作電路中哪個燈會亮？若開關(guān)斷開又會怎樣？然后，再請B層學(xué)生來補充表達，并引導(dǎo)他們表述出電磁鐵在電路中的作用。最后，請A層學(xué)生來歸納提煉，表達出電磁鐵類似于單刀雙擲開關(guān)。經(jīng)過不同層次學(xué)生的共同表述，達成共識：電磁繼電器利用了電磁鐵磁性的有無可以通過電流的有無來控制的優(yōu)點，電磁鐵類似于單刀雙擲開關(guān)，在實際生活中經(jīng)常利用它來實現(xiàn)“低電壓、弱電流控制高電壓、強電流”。在此基礎(chǔ)上，筆者再出示光敏電阻（說明電阻隨光照強度的變化規(guī)律）、壓敏電阻（說明電阻隨壓力大小的變化規(guī)律），讓各小組學(xué)生按照自己的喜好認領(lǐng)一個，并思考討論：若用這樣特殊的電阻替代圖16中的開關(guān)，可利用電磁鐵的什么優(yōu)點來實現(xiàn)對工作電路的控制？并具體闡述其工作原理。對于這樣有較高難度的應(yīng)用，可先組內(nèi)討論，發(fā)揮A層學(xué)生對其他層次學(xué)生的引領(lǐng)和幫扶作用；再組間互動交流，要盡量給B層和C層學(xué)生表達交流的機會，這既是對探究能力稍弱學(xué)生的照顧，也是對本節(jié)課探究能力培養(yǎng)效果的一次驗收。最終歸納得出：特殊電阻與電磁鐵串聯(lián)是應(yīng)用了電磁鐵磁性強弱可以通過改變電流的大小來控制的優(yōu)點，這樣只需通過改變光照強度（或壓力大?。┚涂蓪崿F(xiàn)對工作電路的動態(tài)控制。

四、促進學(xué)生差異發(fā)展，實施差異探究評價

教學(xué)評價是課堂的調(diào)味劑，它貫穿教學(xué)的始終。為了促進學(xué)生的差異發(fā)展，教師應(yīng)通過及時的反饋和評價來對教學(xué)過程進行調(diào)控和校正。

例如，在動手實驗環(huán)節(jié)，首先進行組內(nèi)學(xué)生相互評價，評價原有設(shè)計方案在具體實施過程中 “是否易于操作”“是否現(xiàn)象明顯”“是否需要改進”。然后進行組間匯報交流，開展自評和互評。自評中可以中肯評價組員的個人表現(xiàn)情況、團隊合作情況、解決疑難問題的情況，甚至可以展示實施過程中的困惑，尋求幫助等；互評中可以客觀地評價其他組設(shè)計的實驗方案的優(yōu)缺點，及提供改進方案等。教師可以針對個別學(xué)生在某一方面的表現(xiàn)（如操作技能）進行點評，也可以針對某個組或某幾組學(xué)生的情況（如團隊合作）進行點評，還可以針對全班學(xué)生的表現(xiàn)情況進行總結(jié)性點評等。這樣的差異探究評價能激發(fā)興趣、激勵創(chuàng)新、鼓勵合作，取得了一般探究評價無法匹敵的效果。

總之，在科學(xué)教學(xué)中教師應(yīng)時刻關(guān)注學(xué)生的個體差異，從差異出發(fā)、為了差異發(fā)展而開展基于科學(xué)探究的差異教學(xué)，最終激發(fā)學(xué)生的興趣，激活學(xué)生的思維，提升學(xué)生的能力。

［ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ］

［1］ ?華國棟.差異教學(xué)論［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2007.

［2］ ?毛國永. 開放過程，實施差異教學(xué)：以《阿基米德原理》一課為例［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2014（8）：119-120.

（責任編輯 黃春香）