【摘 要】“楞次定律”是高中物理教學(xué)的難點(diǎn)。教師可以運(yùn)用“素養(yǎng)導(dǎo)向的批判性思維教學(xué)模型”改進(jìn)教學(xué)設(shè)計，以實(shí)驗(yàn)情境演進(jìn)創(chuàng)設(shè)教學(xué)明線，以學(xué)生思辨過程埋設(shè)教學(xué)暗線，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

【關(guān)鍵詞】高中物理；批判性思維；核心素養(yǎng)；楞次定律；“四主”教學(xué)模式

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1005-6009（2024）43-0019-04

【作者簡介】曹會，江蘇省蘇州市教育科學(xué)研究院（江蘇蘇州，215004）教研員，正高級教師，江蘇省物理特級教師，“蘇教名家”培養(yǎng)工程培養(yǎng)對象，教育部“雙名工程”培養(yǎng)對象。

一、問題的提出

所謂“批判性思維”是指發(fā)現(xiàn)某種事物、現(xiàn)象和主張的問題所在，同時根據(jù)自身的思考，提出主張。1990年，保爾在他的《批判性思維指南》中歸納了批判性思維教學(xué)的三個原理：第一，通過各門學(xué)科的教學(xué)培育批判性思維；第二，重視對話性思維；第三，引出包含了情意側(cè)面的批判性思維方略。

傳統(tǒng)物理教學(xué)過于重視知識傳授與習(xí)題訓(xùn)練，忽視學(xué)科教學(xué)過程中批判性思維品質(zhì)的培育，這種教學(xué)方式無法使學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)中形成正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，更不利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

如何在物理課堂教學(xué)中培育學(xué)生的批判性思維能力，發(fā)展物理核心素養(yǎng)？筆者結(jié)合課堂教學(xué)的多年實(shí)踐和研究，借鑒汪明老師構(gòu)建的“素養(yǎng)導(dǎo)向的批判性思維教學(xué)模型”［1］（如圖1），實(shí)踐以“核心素養(yǎng)為主旨，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，情境演進(jìn)為主線”為核心框架的“四主”教學(xué)范式［2］，針對人教版高中物理選擇性必修二“楞次定律”一課，進(jìn)行了課堂實(shí)踐和專題研討。

二、案例呈現(xiàn)及評估

1.“來拒去留”實(shí)驗(yàn)——感知、質(zhì)疑——引發(fā)興趣、聚焦問題

師：磁鐵可以吸引鐵，磁鐵可以吸引鋁嗎？

演示實(shí)驗(yàn)1：磁鐵遠(yuǎn)離閉合鋁環(huán)時鋁環(huán)被吸引過來，靠近閉合鋁環(huán)時鋁環(huán)被推開（如圖2）。

【環(huán)節(jié)評估】真實(shí)的趣味實(shí)驗(yàn)促使學(xué)生直觀感知電磁感應(yīng)中“來拒去留”的現(xiàn)象，與其“磁鐵不會吸引鋁”的原有認(rèn)知發(fā)生沖突。通過對比實(shí)驗(yàn)的直觀現(xiàn)象，綜合已有的運(yùn)動和相互作用觀念，學(xué)生聯(lián)想到感應(yīng)電流這一重要角色，教師因勢明確本節(jié)課的關(guān)鍵問題。

人類的問題解決行動的起源是好奇心、疑問、困惑、迷惘、不知所措的事態(tài)和體驗(yàn)。［3］創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，聯(lián)系已有經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知沖突，創(chuàng)設(shè)良好的批判性思維的課堂氣氛，營造良好的教育環(huán)境，為培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力和精神奠基。

2.“插拔實(shí)驗(yàn)”——猜想、假設(shè)——尋求解釋、建立方案

師：為了便于觀察電流方向，我們把閉合鋁環(huán)換為螺線管，并接入電流計，老師實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們注意觀察和思考，感應(yīng)電流的方向可能和哪些因素有關(guān)。

演示實(shí)驗(yàn)2：N極插入拔出，S極插入拔出，電流計指針偏轉(zhuǎn)方向交替變化（如圖3）。

【環(huán)節(jié)評估】進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用線圈代替鋁環(huán)，通過電流計顯化感應(yīng)電流方向。學(xué)生關(guān)于感應(yīng)電流方向的影響因素的生活直接經(jīng)驗(yàn)較為貧乏，而且涉及的因素較多，教學(xué)中增設(shè)實(shí)驗(yàn)觀察環(huán)節(jié)，給科學(xué)猜想提供經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，同時為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的操作提供示范是非常有必要的。

猜想與假設(shè)是對所研究的問題根據(jù)已知事實(shí)和科學(xué)知識的一種猜測性陳述，對問題中事物的因果性、規(guī)律性的假定性解釋，是科學(xué)探究進(jìn)程中的重要環(huán)節(jié)，也是批判性思維的重要組成部分。

3.“分組實(shí)驗(yàn)”——?dú)w納、推理——合作探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律

分組實(shí)驗(yàn)1：通過試觸法判斷電流流向與指針偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)判斷出“左進(jìn)左偏，右進(jìn)右偏”的規(guī)律（如圖4）。

分組實(shí)驗(yàn)2：利用圖3所示實(shí)驗(yàn)裝置，弄清線圈繞向后（可采用繞向清晰的自制線圈），學(xué)生分組完成表格所示四個實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)（見表1）。

師：根據(jù)表1數(shù)據(jù)，結(jié)合我們的猜想，能總結(jié)出感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化、磁體磁場方向之間的關(guān)系嗎？是否存在潛在的規(guī)律？

生（納悶良久）：好像看不出什么規(guī)律。

師：看樣子這個規(guī)律隱藏得較深，僅由表1數(shù)據(jù)很難發(fā)現(xiàn)。我們知道電流和磁體之間的相互作用是通過各自產(chǎn)生的磁場發(fā)生的，我們是不是可以把感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場也請出來，在表1中進(jìn)一步列出感應(yīng)電流磁場方向這個物理量，再找找看。

生：線圈內(nèi)磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；線圈內(nèi)磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同。

師：大家很了不起，1834年俄國物理學(xué)家楞次通過大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)總結(jié)出了這個規(guī)律，后人把其表述為，感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(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。

【環(huán)節(jié)評估】通過控制變量法分設(shè)四組分組實(shí)驗(yàn)，通過表格梳理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行比較歸納，這往往是規(guī)律教學(xué)中規(guī)律獲得的重要方式。然而楞次定律的抽象性和概括性很強(qiáng)，學(xué)生很難獨(dú)立對其進(jìn)行歸納和總結(jié)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生請出“中介量”——感應(yīng)電流的磁場方向，從而降低思維難度，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力。教師順勢整合利用物理學(xué)史教學(xué)資源，促使學(xué)生樹立正確的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，養(yǎng)成全面的物理核心素養(yǎng)。

定律是對客觀事實(shí)的一種表達(dá)形式，是通過大量具體的客觀事實(shí)歸納而成的結(jié)論。教師可以讓學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行合作探究，探究中注意時間要充足、對話要充分、師生角色扮演要恰如其分。這一過程中學(xué)生的動手能力能得到極大的鍛煉，發(fā)散思維能得到充分的發(fā)揮，創(chuàng)造性思維也會得到適時的挖潛，也為批判性思維中作出主張?zhí)峁?shí)證依據(jù)。

4.“解讀應(yīng)用”——內(nèi)化、判斷——提煉升華、形成圖示

師：為了進(jìn)一步理解楞次定律的具體內(nèi)涵，請各位同學(xué)思考后回答以下幾個問題，誰阻礙？阻礙誰？如何阻礙？阻礙就是阻止嗎？

生：“感應(yīng)電流的磁場”阻礙“引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”；當(dāng)磁通量增加時反向，磁通量減少時同向（簡稱“增反減同”）；阻礙只是延緩原磁場的磁通量的變化，不是阻止。

師：根據(jù)大家的理解，我們可以把這里的因果關(guān)系進(jìn)行梳理（見圖5）。

師：請你利用楞次定律判斷“來拒去留”實(shí)驗(yàn)中感應(yīng)電流的方向，并解釋形成“來拒去留”的原因。

生：磁鐵S極靠近時，原磁場方向垂直環(huán)面向外，磁通量增加，根據(jù)“增反減同”原理，會產(chǎn)生垂直環(huán)面向里的磁場，再根據(jù)右手螺旋定則判斷，會產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，因原磁場與感應(yīng)磁場方向相反所以互相排斥。同理可判斷，磁鐵S極遠(yuǎn)離時，會產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，因原磁場與感應(yīng)磁場方向相同所以互相吸引。

師：判斷和解釋得很好，我們可以把邏輯分析的過程進(jìn)行梳理（見圖6）。

圖6 楞次定律判斷感應(yīng)電流方向流程圖

【環(huán)節(jié)評估】楞次定律的表述極其簡潔，經(jīng)歷了高度概括和抽象的過程。要使新的規(guī)律在短時間內(nèi)內(nèi)化到學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去，可以采取問題鏈的方式驅(qū)動學(xué)生思維反芻，使其在反思過程中理清規(guī)律的內(nèi)在邏輯關(guān)系?；貧w課堂引入實(shí)驗(yàn)，學(xué)生運(yùn)用規(guī)律解釋起始疑問，在教學(xué)設(shè)計上形成首尾呼應(yīng)，同時實(shí)現(xiàn)了規(guī)律的簡單應(yīng)用，并進(jìn)一步總結(jié)出楞次定律解決實(shí)際問題的一般路徑。

探究教學(xué)已不再簡單地強(qiáng)調(diào)學(xué)生的探究體驗(yàn)，而是更加注重學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)和圖示的建立，注重審思自身的批判性思維過程。

5.“落磁實(shí)驗(yàn)”——遷移、判斷——拓展提升、挖掘本質(zhì)

師：我給大家再做一個實(shí)驗(yàn)，把鋁環(huán)換為鋁管和塑料管，把條形磁鐵換為兩塊磁性較強(qiáng)的釹磁鐵，請觀察兩塊磁鐵下落的快慢，用今天學(xué)過的規(guī)律進(jìn)行解釋。

演示實(shí)驗(yàn)：磁鐵在鋁管中下落時間明顯較長。

生：磁鐵在鋁管中下落，鋁管中產(chǎn)生感應(yīng)電流，將鋁管看作由若干個鋁環(huán)組成，產(chǎn)生了“來拒去留”現(xiàn)象，豎直方向始終受到向上的電磁阻力，因此下落得較慢，而塑料管不會發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，豎直方向可以看作自由落體運(yùn)動，下落得較快。

師：能否從能量守恒的角度對此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋呢？

生：磁鐵在鋁管中下落時，克服電磁阻力做功，速度較慢，鋁管中的感應(yīng)電流的電能最終變?yōu)閮?nèi)能，磁鐵的一部分機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為鋁管的內(nèi)能，總的能量守恒。

師：是的，楞次定律本質(zhì)上是能量守恒定律的具體體現(xiàn)，通過磁鐵和導(dǎo)體之間的相互作用力做功實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化，因此“楞次定律”中的阻礙過程，實(shí)質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程。

【環(huán)節(jié)評估】金屬管是線圈的異化模型，利用楞次定律處理如此較為復(fù)雜的真實(shí)問題情境，有利于學(xué)生遷移能力和創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)。針對電磁感應(yīng)中“阻礙”模型的思考，角度從動力學(xué)轉(zhuǎn)換為能量守恒，有利于挖掘楞次定律現(xiàn)象中蘊(yùn)藏的科學(xué)本質(zhì)，建構(gòu)學(xué)生的能量觀。

通過遷移應(yīng)用，學(xué)生在新情境中運(yùn)用新知，從而鞏固和深度理解知識，變換問題視角悟出新知，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知不斷進(jìn)階。遷移應(yīng)用和問題解決均要求學(xué)生在新的問題情境中運(yùn)用所學(xué)知識界定問題、分析問題、提出假設(shè)、行動反思，而這恰恰蘊(yùn)含著批判性思維的基本過程。［4］

素養(yǎng)導(dǎo)向下批判性思維教學(xué)模型的運(yùn)用，有利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。這種教學(xué)模型的運(yùn)用，要以論題為中心、以思辨為主線、以對話和討論為主要教學(xué)方式，變課堂為“反思場”，促使學(xué)生各自思考交互作用、調(diào)節(jié)與修正，從而促進(jìn)批判性思維認(rèn)知技能的培養(yǎng)。這種教學(xué)模型強(qiáng)調(diào)真切情境的體驗(yàn)，真摯情感的投入，真實(shí)問題的解決，真正探究的實(shí)踐，從而培養(yǎng)學(xué)生積極的批判性思維情感特質(zhì)。

【參考文獻(xiàn)】

［1］汪明.物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的批判性思維教學(xué)模型構(gòu)建［J］.江蘇教育，2022（45）：7-11.

［2］曹會，郁建石.指向核心素養(yǎng)的“四主”教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐研究［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（21）：1-4.

［3］鐘啟泉.批判性思維：概念界定與教學(xué)方略［J］.全球教育展望，2020，49（1）：3-16.

［4］汪明.融入批判性思維的深度學(xué)習(xí)范式建構(gòu)［J］.江蘇教育研究，2019（16）：7-11.