高中物理單元復(fù)習(xí)如果以試題堆砌替代系統(tǒng)梳理、以機(jī)械回顧替代深度思考，就會(huì)導(dǎo)致知識(shí)關(guān)聯(lián)弱、思維層次低、人文意蘊(yùn)缺失。為破解這一困境，筆者基于HPS教育模式，以歷史情境為依托、以哲學(xué)思辨為內(nèi)核、以社會(huì)應(yīng)用為延伸，構(gòu)建“三環(huán)九步\"單元復(fù)習(xí)模式，以打破知識(shí)鞏固、能力訓(xùn)練與素養(yǎng)培育相互割裂的復(fù)習(xí)樣態(tài)，為素養(yǎng)導(dǎo)向的物理復(fù)習(xí)教學(xué)提供實(shí)踐框架，讓科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)三方面內(nèi)容共同作用于知識(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、思維品質(zhì)提升和價(jià)值觀塑造，助力學(xué)生深入理解物理規(guī)律，提升思維品質(zhì)，增強(qiáng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任核心素養(yǎng)。下面以“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”單元復(fù)習(xí)為例做具體闡釋。

第一環(huán)：在歷史情境中深入理解物理規(guī)律

科學(xué)史并非復(fù)習(xí)教學(xué)的“裝飾品”，而是理解科學(xué)本質(zhì)、內(nèi)化抽象規(guī)律、啟迪科學(xué)思維的寶貴資源。復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師可通過重現(xiàn)關(guān)鍵科學(xué)事件與思想交鋒，引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折歷程與科學(xué)家的精神世界，在認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)是動(dòng)態(tài)建構(gòu)的認(rèn)知實(shí)踐成果而非靜態(tài)僵化的教條集合的同時(shí)，深入理解物理本質(zhì)規(guī)律。

步驟一：現(xiàn)象重現(xiàn)，問題啟思。導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師做演示實(shí)驗(yàn)：在一根上端固定的彈簧下懸掛磁鐵，托起磁鐵后釋放，磁鐵能振動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間；振動(dòng)中，在磁鐵下方放置一個(gè)金屬盤，磁鐵迅速停止振動(dòng)。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，教師引導(dǎo)他們思考“金屬盤為何能快速使磁鐵靜止”及“此過程中的能量如何轉(zhuǎn)化”。學(xué)生基于已有認(rèn)知，分析得出“金屬盤中產(chǎn)生的感應(yīng)電流（渦流）對(duì)磁鐵的安培力阻礙磁鐵運(yùn)動(dòng)，并將機(jī)械能（磁鐵振動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能）轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”，直觀理解了渦流的阻尼效應(yīng)及能量轉(zhuǎn)化過程。在此基礎(chǔ)上，教師拋出挑戰(zhàn)性問題：若磁鐵初始靜止，我們豎直或水平移動(dòng)下方的金屬盤，磁鐵能否動(dòng)起來？此問題激發(fā)了學(xué)生的好奇心與討論熱情。教師適時(shí)點(diǎn)撥：運(yùn)動(dòng)的金屬能否產(chǎn)生磁效應(yīng)的逆向思考，正是英國(guó)物理學(xué)家法拉第等科學(xué)家堅(jiān)信“磁能生電”的思想源頭。

步驟二：史料解疑，建模明理。為解決上述挑戰(zhàn)性問題，教師描述1824年法國(guó)物理學(xué)家阿拉果的實(shí)驗(yàn)，如圖1，旋轉(zhuǎn)的銅盤能使上方原本靜止的磁針隨之轉(zhuǎn)動(dòng)（略有滯后），并提問：銅盤中會(huì)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流？大部分學(xué)生基于通過銅盤的磁通量為零的認(rèn)知，回答“不會(huì)”。教師未直接否定，而是引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如圖2所示平面模型，從整體回路磁通量為零和局部回路磁通量不為零深度辨析。通過辨析，學(xué)生認(rèn)識(shí)到局部回路磁通量不為零時(shí)可產(chǎn)生感應(yīng)電流，明確了不論是豎直或水平移動(dòng)下方金屬盤，還是旋轉(zhuǎn)金屬盤，金屬盤中都會(huì)形成感應(yīng)電流并對(duì)磁鐵產(chǎn)生力的作用，讓磁鐵動(dòng)起來，從而突破了磁通量變化必須針對(duì)閉合回路整體的認(rèn)知局限。

圖2

通過“局部建模\"破解謎題的思維突破，為學(xué)生解構(gòu)劃時(shí)代的技術(shù)創(chuàng)造埋下伏筆一一法拉第面對(duì)如何借助瞬時(shí)磁感應(yīng)生成持續(xù)電流的困惑時(shí)，相似的局部強(qiáng)化策略成為破局之鑰。

步驟三：原型解構(gòu)，工程拓識(shí)。教師展示1831年法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置照片（如圖3）和他發(fā)明的人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)照片（如圖4），并提出遞進(jìn)式問題。問題 ① ：圖3中的鐵芯有何作用？為何繞這么多匝線圈？學(xué)生分析得出鐵芯能顯著增強(qiáng)磁場(chǎng)、增加線圈匝數(shù)可增大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。問題 ② ：如何操作能使圖3右側(cè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流？學(xué)生提出對(duì)左側(cè)線圈進(jìn)行開關(guān)通斷、改變電流大小等操作方法，深入理解了“變化引發(fā)感應(yīng)電流”。問題 ③ ：為何不用圖3所示裝置直接制作發(fā)電機(jī)？學(xué)生認(rèn)為原始裝置依賴的感應(yīng)電流難以持續(xù)，而圖4所示旋轉(zhuǎn)銅盤的方案更便捷、高效，并由此體會(huì)到從原理發(fā)現(xiàn)到實(shí)用發(fā)明的工程轉(zhuǎn)化思路。

圖3

圖4

通過以上三個(gè)復(fù)習(xí)步驟，學(xué)生不僅系統(tǒng)復(fù)習(xí)和深人理解了電磁感應(yīng)規(guī)律等，還親歷了像科學(xué)家一樣的思考過程，體驗(yàn)到突破思維局限的喜悅，感悟到科學(xué)探索需要堅(jiān)定信念、嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和創(chuàng)新思維，及其受限于時(shí)代背景的曲折性。

第二環(huán)：在認(rèn)知沖突中提升思維品質(zhì)

物理學(xué)發(fā)展歷程充滿深刻的哲學(xué)思辨，教師可聚焦物理規(guī)律的內(nèi)涵、外延及相互關(guān)系的辨析，設(shè)置問題情境，引導(dǎo)學(xué)生在解法碰撞中展開批判性思考，借助模型有理有據(jù)地辯駁，進(jìn)而把握物理規(guī)律、澄清迷思概念、拓展認(rèn)知邊界，提升思維品質(zhì)。

步驟四：多法辯證，規(guī)律求同。為強(qiáng)化學(xué)生分析“動(dòng)生與感生雙源共存\"綜合問題的能力，教師呈現(xiàn)如下問題情境：“如圖5所示，固定于水平面上的金屬架CDEF處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象如圖6所示，電阻為 R 的金屬棒MN沿金屬架以速度 v 向右做勻速運(yùn)動(dòng)。 t=0 時(shí)， MN 的位置恰好使MDEN構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為 L 的正方形。求出任意時(shí)刻電路的電動(dòng)勢(shì)，以及 0～T₀ 這段時(shí)間內(nèi)通過金屬棒的電荷量。”

教師鼓勵(lì)學(xué)生用不同方法分析、解答這個(gè)既有感生電動(dòng)勢(shì)又有動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的復(fù)雜電路問題。學(xué)生提出兩種思路：一是先分別求出動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)，再求總電動(dòng)勢(shì)；二是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解。關(guān)于思路一，因?yàn)閮煞N電動(dòng)勢(shì)方向相反，所以總 進(jìn)而推出感應(yīng)電流 I_Δt 的表達(dá)式，然后作 I-t 圖象，通過圖象面積求出電荷量 關(guān)于思路二，有學(xué)生提出回路任意時(shí)刻的磁通量 通過求導(dǎo)可得 ，進(jìn)而可利用思路一的方法求電荷量，也有學(xué)生根據(jù) 求解。在解答過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同的解題路徑指向相同的結(jié)果，領(lǐng)悟到物理規(guī)律內(nèi)在的一致性。

步驟五：沖突激辯，走出誤區(qū)。學(xué)生用“多法辯證”驗(yàn)證電磁感應(yīng)的普適規(guī)律（ ）后，教師聚焦鋁環(huán)下落問題，呈現(xiàn)如圖7所示俯視圖并引導(dǎo)：均勻輻向分布的磁場(chǎng)中有一密度為 ρ₀ 、電阻率為 ρ 、橫截面積為 s 的鋁環(huán)自由下落，設(shè)鋁環(huán)下落時(shí)其平面始終保持水平，若鋁環(huán)所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 求鋁環(huán)下落速度為 v 時(shí)，環(huán)中感應(yīng)電流的表達(dá)式，并求出下落的最大速度。

圖7

圖5

圖6

一名學(xué)生匯報(bào)：電動(dòng)勢(shì) ，電流I= ，安培力 鋁環(huán)以最大速度下落時(shí)F=po2πr·Sg，解得v=PPog 另一名學(xué)生質(zhì)疑：鋁環(huán)下落時(shí)，穿過它的磁通量應(yīng)該沒有變化，磁通量不變能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)嗎？這個(gè)問題引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突。教師適時(shí)展示裝置的完整磁場(chǎng)分布圖（如圖8），讓學(xué)生看到穿過鋁環(huán)的磁感線條數(shù)及密集程度。學(xué)生恍然大悟：隨著鋁環(huán)下落，鋁環(huán)平面所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，穿過它的磁感線增加，磁通量隨之增大，之前的困惑源于對(duì)磁場(chǎng)分布理解的片面性，即誤將磁場(chǎng)方向輻向分布等同于鋁環(huán)所在位置磁場(chǎng)強(qiáng)度處處相等，忽視了空間梯度對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響。

步驟六：追溯本質(zhì)，觀念融通。為幫助學(xué)生深入認(rèn)識(shí)感應(yīng)電流方向，突破對(duì)“阻礙變化\"規(guī)律的認(rèn)知局限，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)楞次定律的本質(zhì)進(jìn)行哲學(xué)思辨：為什么感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化？鋁環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向能否與原磁場(chǎng)方向相同？教師借助問題串引導(dǎo)學(xué)生逐步推理：磁通量變化時(shí)，安培力對(duì)鋁環(huán)做正功還是負(fù)功？這會(huì)導(dǎo)致鋁環(huán)的機(jī)械能怎樣變化？如果原磁通量發(fā)生變化時(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，會(huì)出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象？這種情況可能存在嗎，為什么？學(xué)生結(jié)合情境分析：安培力對(duì)鋁環(huán)做負(fù)功，鋁環(huán)機(jī)械能減小，減小的部分轉(zhuǎn)化為電能，符合能量守恒；若感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向，則安培力對(duì)鋁環(huán)做正功，導(dǎo)致鋁環(huán)機(jī)械能與電能同時(shí)增加，違反能量守恒。由此，學(xué)生得出：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)必然阻礙原磁通量的變化維持能量守恒，不可能與原磁場(chǎng)同向增強(qiáng)變化。通過思辨，學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到楞次定律的本質(zhì)是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)，并將能量觀與電磁相互作用觀有機(jī)融合。

第三環(huán)：在真實(shí)問題下培育科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

教師將電磁感應(yīng)原理問題與現(xiàn)代科技、社會(huì)熱點(diǎn)緊密結(jié)合，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)知識(shí)的深度理解與遷移運(yùn)用，還能引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)的社會(huì)功能，涵養(yǎng)理性、負(fù)責(zé)的科學(xué)態(tài)度，樹立社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

步驟七：科技溯源，原理遷移。課堂上，教師聚焦“電動(dòng)自行車動(dòng)能回收系統(tǒng)”創(chuàng)設(shè)問題情境：“某些電動(dòng)自行車剎車時(shí)，儀表盤顯示電量不降反升。你了解此現(xiàn)象嗎？其蘊(yùn)含的物理原理是什么？\"這一生活現(xiàn)象有效激發(fā)了學(xué)生的好奇心，引領(lǐng)他們進(jìn)入“發(fā)電機(jī)原理\"復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)。

為引導(dǎo)學(xué)生理清其中的物理原理，教師設(shè)置遞進(jìn)式問題。問題 ① ：電動(dòng)自行車啟動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的核心裝置是什么？學(xué)生回答“電動(dòng)機(jī)”并回顧了其工作原理——通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)。問題 ② ：能否將電動(dòng)機(jī)“變成\"發(fā)電機(jī)？如何實(shí)現(xiàn)？學(xué)生遷移所學(xué)知識(shí)，提出利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功能轉(zhuǎn)換的想法：當(dāng)外力驅(qū)動(dòng)線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)切割磁感線時(shí)，就能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)從電動(dòng)機(jī)到發(fā)電機(jī)的功能轉(zhuǎn)換。這個(gè)過程幫助學(xué)生深刻理解了電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的可逆性。

步驟八：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，模型論理。為強(qiáng)化學(xué)生的探究能力，教師做演示實(shí)驗(yàn)：將兩臺(tái)風(fēng)扇電機(jī)A、B串聯(lián)，用外力驅(qū)動(dòng)電機(jī)A轉(zhuǎn)動(dòng)。學(xué)生清晰地觀察到電機(jī)B也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速明顯慢于電機(jī)A。教師追問：電機(jī)B為何會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)？學(xué)生分析得出：電機(jī)A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割磁感線產(chǎn)生電流，該電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)。教師追問“電機(jī)B的轉(zhuǎn)速為什么總是低于電機(jī)A”，促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到能量在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)有所損耗。這個(gè)實(shí)驗(yàn)直觀地模擬了電動(dòng)自行車動(dòng)能回收的核心過程一一剎車時(shí)，車輪（相當(dāng)于電機(jī)A）驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于電池中（相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)B轉(zhuǎn)動(dòng)），使學(xué)生對(duì)能量轉(zhuǎn)換的路徑和能量轉(zhuǎn)換存在損耗有了具象化認(rèn)知。

步驟九：反思改進(jìn)，創(chuàng)新應(yīng)用。最后，教師提出實(shí)際問題：當(dāng)前電動(dòng)自行車動(dòng)能回收效率一般為5%～20% ，哪些因素制約了動(dòng)能回收效率提升？有何改進(jìn)思路？學(xué)生通過討論，提出機(jī)械摩擦損耗、控制系統(tǒng)響應(yīng)延遲、電能存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換效率低、路況及駕駛習(xí)慣的影響等制約因素，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，如優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)減少摩擦、采用高性能電池、應(yīng)用智能算法等。在此過程中，學(xué)生不僅認(rèn)識(shí)到提升能效涉及多學(xué)科知識(shí)與技術(shù)的協(xié)同，需兼顧成本、安全和可持續(xù)性，還意識(shí)到工程師在推動(dòng)綠色交通中應(yīng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。

（作者單位：咸寧市第一高級(jí)中學(xué)）