吳興寶

【摘要】物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其中科學(xué)思維，也叫科學(xué)邏輯，即形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)、對(duì)感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系.《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的“科學(xué)思維”素養(yǎng)，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等四個(gè)要素.本文以“法拉第電磁感應(yīng)定律一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案”為例，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)導(dǎo)學(xué)，提升學(xué)生科學(xué)思維.

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)學(xué)案；科學(xué)思維；高中物理

筆者于2021年9月對(duì)2022屆高三學(xué)生進(jìn)行了高中物理電磁學(xué)學(xué)習(xí)情況問(wèn)卷調(diào)查及數(shù)據(jù)采集.通過(guò)問(wèn)卷星發(fā)放問(wèn)卷238份，調(diào)查發(fā)現(xiàn)僅僅36%的學(xué)生對(duì)當(dāng)前電磁學(xué)成績(jī)滿意，66.81%學(xué)生認(rèn)為電磁學(xué)難學(xué)，86.13%的同學(xué)希望老師整合教材和教輔資源，以導(dǎo)學(xué)案和專題訓(xùn)練的方式形成適合我校學(xué)生學(xué)習(xí)的校本教輔資源，以提高教學(xué)成效.2022年9月對(duì)已畢業(yè)的同一批學(xué)生進(jìn)行高中物理電磁學(xué)學(xué)習(xí)情況問(wèn)卷調(diào)查及數(shù)據(jù)采集.回收有效問(wèn)卷229份，調(diào)查發(fā)現(xiàn)73.36%的學(xué)生對(duì)電磁學(xué)成績(jī)滿意，對(duì)比提高了37.36%，54%的學(xué)生認(rèn)為電磁學(xué)難學(xué)，對(duì)比降低了12.81%，94%的學(xué)生認(rèn)為電磁學(xué)學(xué)習(xí)了有了進(jìn)步，82.53%的學(xué)生認(rèn)為電磁學(xué)的進(jìn)步得益于老師補(bǔ)充的校本教輔資源，78%的學(xué)生對(duì)物理有了興趣，對(duì)比提高了近10個(gè)百分點(diǎn).

導(dǎo)學(xué)案作為一種教學(xué)輔助資源，是教師為引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)而編制的有學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)流程的學(xué)習(xí)活動(dòng)方案，是指引學(xué)生自主、高效學(xué)習(xí)的路線圖，用于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)參與、合作探究、優(yōu)化發(fā)展，具有“導(dǎo)讀、導(dǎo)思、導(dǎo)做”的功能.但實(shí)際過(guò)程中，物理導(dǎo)學(xué)案的應(yīng)用效果卻差強(qiáng)人意，其主要原因在于導(dǎo)學(xué)案的設(shè)計(jì)不合理，很多時(shí)候只是知識(shí)點(diǎn)、習(xí)題的簡(jiǎn)單堆積，缺乏問(wèn)題導(dǎo)向，問(wèn)題設(shè)置不合理、不明確、不具體，沒(méi)有梯度.筆者以“法拉第電磁感應(yīng)定律一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案”為例，通過(guò)問(wèn)題串的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，活躍思維，提高建模能力，提升科學(xué)思維.

1 導(dǎo)學(xué)案背景

之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律，學(xué)生會(huì)判斷感應(yīng)電流的產(chǎn)生，能判斷感應(yīng)電流的方向，本節(jié)課復(fù)習(xí)內(nèi)容為法拉第電磁感應(yīng)定律，其實(shí)質(zhì)就是解決感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的求解問(wèn)題，為后續(xù)學(xué)習(xí)法拉第電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用做鋪墊.本節(jié)課公式比較多，涉及很多的物理量，傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常先給學(xué)生羅列公式，然后通過(guò)習(xí)題加以鞏固，這樣的課堂學(xué)生往往能記住公式，但是不明白公式中各個(gè)物理量在具體物理情境中的確切含義，在實(shí)際使用過(guò)程中不能靈活應(yīng)用，導(dǎo)致出錯(cuò).本案例旨在解決突破這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，突破的方法：情境導(dǎo)入、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、構(gòu)建物理模型.讓學(xué)生積極參與課堂，快速提升教學(xué)效果.

2 導(dǎo)學(xué)案呈現(xiàn)

2.1 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)包含兩種模型，一是感生電動(dòng)勢(shì)模型；二是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)模型.

情境 如圖1，導(dǎo)體棒ab放在行金屬導(dǎo)軌上并接觸良好，導(dǎo)軌寬為Ｌ，ab棒與檢流計(jì)構(gòu)成一閉合回路，回路面積為S，導(dǎo)軌區(qū)域有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.

問(wèn)題1：在什么情況下，導(dǎo)體棒中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？

問(wèn)題2：怎樣計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??？

問(wèn)題3：若磁通量變化如圖2所示，怎樣求OA段的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？O到D過(guò)程電動(dòng)勢(shì)怎樣變化？

學(xué)生小組討論交流 交流成果，鼓勵(lì)不同觀點(diǎn)之間的辯論.

教師點(diǎn)評(píng)總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式.

問(wèn)題4：如圖3中B不變的部分不要，因?yàn)閱?wèn)題4中B變化的，如果閉合回路面積不變，磁場(chǎng)變化，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)怎么求？

問(wèn)題5：如圖4，公式中的面積S指大圓面積還是小圓面積？

問(wèn)題6：如果磁場(chǎng)不變，閉合回路面積變化，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又怎么求？

設(shè)計(jì)意圖 充分理解法拉第電磁感應(yīng)定律及各物理量在實(shí)際情境中的確切含義.

問(wèn)題7：如圖5，如果導(dǎo)體棒向右運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又怎么求？

學(xué)生小組討論交流 交流成果，鼓勵(lì)不同觀點(diǎn)之間的辯論.

教師總結(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律三個(gè)變形式，兩種電磁感應(yīng)模型：感生電動(dòng)勢(shì)模型和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)模型.

設(shè)計(jì)意圖 讓學(xué)生充分理解法拉第電磁感應(yīng)定律三個(gè)變形式各物理量在實(shí)際情境中的確切含義，建立兩種電磁感應(yīng)模型.

2.2 知識(shí)建構(gòu)

（1）法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，與穿過(guò)這一電路的磁通量變化率成正比.

（2）法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式：E=nΔΦΔt（n表示線圈的匝數(shù)）.

（3）法拉第電磁感應(yīng)定律理解：

a.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過(guò)回路的磁通量的變化率ΔΦΔt，而與Φ、ΔΦ的大小沒(méi)有必然關(guān)系，與電路的電阻R無(wú)關(guān)；感應(yīng)電流的大小與E和回路總電阻R有關(guān).

b.用公式E=nΔΦΔt所求的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為整個(gè)閉合電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而不是回路中某部分導(dǎo)線兩端的電動(dòng)勢(shì).

c.公式E=nΔΦΔt只表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，不涉及其正負(fù)，計(jì)算時(shí)ΔΦ應(yīng)取絕對(duì)值，至于感應(yīng)電流的方向，可以用楞次定律去判定.

d.運(yùn)用E=nΔΦΔt求解的三種思路：磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，垂直于磁場(chǎng)的回路面積S發(fā)生變化，則E=nBΔSΔt;垂直于磁場(chǎng)的回路面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化，則E=nBΔSΔt；磁感應(yīng)強(qiáng)度B、垂直于磁場(chǎng)的回路面積S均發(fā)生變化，則

E=nΦ2－Φ1Δt.

e.導(dǎo)體棒垂直切割時(shí)，Δt時(shí)間內(nèi)閉合電路的磁通量的變化量ΔΦ=BΔS=BLvΔt，由法拉第電磁感應(yīng)定律，E=ΔΦΔt，得E=BLv.不垂直切割時(shí)，將導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)速度v分解為垂直于磁感線的分量v1=vsinθ和平行于磁感線的分量v2=vcosθ，只有v1切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故E=BLv1=BLsinθ.

（4）等效電源

切割磁感線的導(dǎo)線等效為一個(gè)電源，其電流方向由負(fù)極流向正極，可由右手定則判斷導(dǎo)線的電流方向.

（5）導(dǎo)線切割磁感線過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化

a.導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的電能是通過(guò)其他外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化而來(lái)的，克服安培力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生.

b.電能又通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能，整個(gè)過(guò)程遵守能量守恒定律.

3 導(dǎo)學(xué)案反思

3.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、誘發(fā)認(rèn)知沖突、提升科學(xué)思維

問(wèn)題是啟動(dòng)思維的大門.良好的問(wèn)題情境，能極大地激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng).教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生實(shí)際，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，達(dá)到一種“心求通而未通，口欲言而未能”的境界，激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)產(chǎn)生濃厚的探究熱情，讓學(xué)生思維高度活躍，引領(lǐng)學(xué)生積極主動(dòng)地參與到探究活動(dòng)中，從而順利渡過(guò)最近發(fā)展區(qū).每節(jié)課教師可以用課本中“問(wèn)題探討”入手，讓學(xué)生進(jìn)行思維熱身，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情.學(xué)生根據(jù)自己已有的知識(shí)進(jìn)行分析、討論、探究.在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)變成了解決問(wèn)題的過(guò)程，學(xué)生的主動(dòng)性被發(fā)揮，學(xué)生興趣高，思維活躍，學(xué)習(xí)效果必定好.

3.2 設(shè)計(jì)問(wèn)題串、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)導(dǎo)學(xué)、提升科學(xué)思維

所謂問(wèn)題串，就是指圍繞一定的教學(xué)目標(biāo)，按照一定的教學(xué)思路而精心設(shè)計(jì)的一組問(wèn)題.這些問(wèn)題有一定的邏輯性，前一個(gè)問(wèn)題是后一個(gè)問(wèn)題的前提，后一個(gè)問(wèn)題是前一個(gè)問(wèn)題的繼續(xù)或結(jié)論.它們前后銜接，逐步深化，每一個(gè)問(wèn)題成為學(xué)生思維的一個(gè)臺(tái)階，使學(xué)生上了一個(gè)臺(tái)階后還有再上一個(gè)臺(tái)階的沖動(dòng)，推動(dòng)了教學(xué)的進(jìn)程.每一個(gè)問(wèn)題的解決既是揭示真理途中的路標(biāo)，又是學(xué)生在問(wèn)題解答后的珍貴紀(jì)念品.在這種過(guò)程中，學(xué)生思維步步深入，異?；钴S.

3.3 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)建構(gòu)、自主體驗(yàn)生成、提升科學(xué)思維

所謂“自主建構(gòu)”，是指在教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，積極有效地建構(gòu)知識(shí).學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)對(duì)新信息加工處理，進(jìn)行有意義的知識(shí)建構(gòu)過(guò)程.本節(jié)課，教師根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)不同形式下的法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式，理清知識(shí)的來(lái)龍去脈，體驗(yàn)知識(shí)的生成，師生共同參與推導(dǎo)過(guò)程，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力及表達(dá)能力.

3.4 創(chuàng)設(shè)“頭腦風(fēng)暴”、引導(dǎo)激發(fā)討論、提升科學(xué)思維

對(duì)同一問(wèn)題，不同的學(xué)生從不同的角度來(lái)看，有不同的見解和觀點(diǎn)，往往是“仁者見仁，智者見智”.教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)相關(guān)的情境，引發(fā)學(xué)生對(duì)某一問(wèn)題展開討論、探究.在討論和爭(zhēng)辯中，小組內(nèi)成員相互啟發(fā)、相互幫助，小組間不同觀點(diǎn)有力碰撞，能極大限度地提高學(xué)生的興趣，活躍學(xué)生的思維.

在整個(gè)過(guò)程中，教師要精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，注重問(wèn)題的針對(duì)性，在學(xué)生討論出現(xiàn)困難時(shí)，感到“山重水復(fù)疑無(wú)路”時(shí)，還要積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)：你能不能換一個(gè)角度？能不能變換條件？你還有沒(méi)有新的想法……教師的激勵(lì)會(huì)讓學(xué)生豁然開朗，讓學(xué)生的思維和討論進(jìn)入“柳暗花明又一村”的狀態(tài)，收獲成功和喜悅.討論和辯論讓每一個(gè)學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，讓課堂成為展示自我的平臺(tái).考慮班級(jí)學(xué)生個(gè)體差異，實(shí)際操作過(guò)程需因材施教，適當(dāng)調(diào)整策略.只有思維活躍的課堂才是有效的課堂.教師要想方設(shè)法活躍學(xué)生的思維，提高建模能力，提升學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)，凸顯關(guān)鍵能力，塑造必備品格，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠基.

4 結(jié)語(yǔ)

法拉第電磁感應(yīng)定律是高中物理中電磁感應(yīng)的重要內(nèi)容，涉及面廣、綜合性強(qiáng)，是高考的重要考查內(nèi)容.學(xué)生普遍存在難理解、抽象、易混淆、易錯(cuò)等困擾.現(xiàn)有教材和教輔以知識(shí)內(nèi)容為載體，輔以一定的例題和習(xí)題，但未能呈現(xiàn)知識(shí)的生成過(guò)程、模型的建構(gòu)過(guò)程、思維的啟發(fā)過(guò)程、習(xí)題的難度遞進(jìn)過(guò)程、知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)法滿足不同層次學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求.教師自編的導(dǎo)學(xué)案作為一種校本教輔資源，是現(xiàn)有教材教輔的有效補(bǔ)充，是提升課堂教學(xué)質(zhì)量的有效途徑，是培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效方式，是校本教研的重要載體.

【本文為河源市2020年中小學(xué)（幼兒園）教學(xué)研究課題《高中物理電磁學(xué)校本教輔資源開發(fā)與實(shí)踐研究》（hy20075）研究成果.廣東省中小學(xué)“百千萬(wàn)人才培養(yǎng)工程”專項(xiàng)科研項(xiàng)目《積極心理學(xué)視域下高中團(tuán)輔式主題班會(huì)模式構(gòu)建與實(shí)踐研究》（BQW2021MBG006）研究成果】

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