基于核心素养的高中物理课堂教学设计——以《楞次定律》为例

基于核心素养的高中物理课堂教学设计
——以《楞次定律》为例

□何文明
（杭州市富阳区教育局教研室，浙江杭州 311400）

基于核心素养的高中物理课堂，要求我们在教学设计中，关注“物理观念”“科学思维”“实验探究”和“科学态度与责任”四要素.要在高中物理课堂上培养学生的核心素养，必须对教学内容进行核心素养指标下的分析；在此基础上，根据物理核心素养的相关素养表现与素养内涵，确定具体的可操作性的教学目标，并设计好基于物理核心素养的教学过程，使学生核心素养的培养落到实处.

高中物理；核心素养；教学设计；楞次定律

物理核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成适应学生未来发展所需要的必备能力与关键品格，它是关于学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面要求的综合体.基于核心素养的物理课堂教学，要求我们在教学设计中，关注“物理观念”“科学思维”“实验探究”和“科学态度与责任”四个维度.每个维度都有其特定的素养形式与素养内涵，本文以《楞次定律》为课例，谈谈基于核心素养的高中物理课堂教学的设计与思考.

一、基于物理核心素养的教学内容分析

《楞次定律》是一节典型的学习难度较大的物理规律探究课，一是涉及的因素多，有磁场方向、磁通量的大小、磁通量的变化、线圈绕向、电表指针偏转、电流方向等.虽然学生已经对这些物理量有了基本的了解，但在同一实验中涉及那么多的物理因素，学生感到难以理清头绪.二是规律比较隐蔽，难以通过一般的概括获得规律，要求有很强的分析、推理和概括能力.“楞次定律”因其内容的复杂和表述的间接使规律显得更加抽象.前面学习的“电场”和“磁场”描述的场都是“静态场”，大小和方向是恒定的，而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系，是一种“动态场”，学生理解难度增大.

针对课题《楞次定律》的特点，基于物理核心素养，我们对教学内容进行分析，列出了核心素养所对应的教学内容（见表1）.

表1

二、基于物理核心素养的教学目标确立

教学目标是通过一定的教学程序后学生所获得的素养或能力的状态的描述，是指教学活动实施的方向和预期达成的结果.

我们认为核心素养不能替代教学目标，核心素养是学生必备的品格和关键能力，是人的最终发展目标，而教学目标是指某一具体的教学活动预期达到的结果（学生心理与行为的变化），是一个特定过程的最终状态.因此，要形成核心素养这个“状态”，离不开每一节课的教学的“小目标”.为此我们根据物理核心素养的素养形式与素养内涵，列出了本课的教学目标（见表2）.

表2

三、基于物理核心素养的教学过程

在基于物理核心素养的教学内容分析和教学目标确定的基础上，设计基于学生物理核心素养的培养的教学过程.

（一）基于真实情境 提出研究的物理问题

通过演示实验创设问题情境，可以调动学生学习兴趣，激发学生的求知欲，并提出需要深入探究的物理问题.我们从学生原有的认识入手，条形磁铁穿过闭合线圈产生感应电流，设计演示实验，如图1所示，条形磁铁穿过线圈，用微电流传感器检测线圈中的电流如图2所示，学生能分析观察到的物理现象，提出可探究的物理问题——感应电流的方向的变化与哪些因素有关？这样引入的目的是培养学生发现问题和提出问题的能力.

图1

图2

（二）参与方案制定 经历实验探究过程

我们立足教材，并对教材进行延伸和深挖.以问题为导向，通过一组活动，从科学猜想到设计实验，再进行实验研究，在课堂上让学生经历探究的全过程，真切感受到科学探究的乐趣，提升对科学本质的认识，提高实验探究的能力，逐步发展丰富物理核心素养.

活动1（科学猜想与设计实验）

在对图2所示的现象分析基础上，进行科学猜想——感应电流的方向与磁场的磁通量的变化有关.

制定“探究感应电流方向与磁通量变化的关系”的实验方案，要有产生感应电流的实验装置（如图3所示），变量的控制（磁铁的极性和运动方向、线圈的绕向），感应电流方向的测定（电流表），设计记录的表格，如表3.

图3

表3

活动2（初步探索）分组实验，判断电流流向和电流计指针偏转方向之间的关系.

学生设计实验方案，如图4所示，通过实验，判断出电流从正接线柱流入，指针向右偏；从负接线柱流入，指针向左偏.通过亲身参与探究活动，获得感性认识，并能得到自主探索、合作交流的能力.

图4

活动3（深入探究）磁铁的N极和S极插入线圈或拔出线圈，观察指针的偏转情况，得出线圈中感应电流的流向及磁通量变化的关系.

（三）分析实验数据 主动得出实验结论

教师事先设计了表格形式的学案（表4），表格第四、第五行没有涉及任何物理量，这给学生留足了探究的空间.通过小组讨论，研究发现“感应电流方向”与“磁通量变化”之间并没有直接关系.教师引导是否还有其他因素的影响呢？在学案表格中加入一行——原磁场的方向.再经过小组交流，仍然找不到规律.因为磁场方向是竖直方向，而感应电流方向是水平螺旋方向，启发学生明白安培定则就是让这两个方向的物理量发生关系的，从而教师再引导学生引出“中介量”——感应电流的磁场方向，引导学生，在表格中增加原磁场方向和感应电流磁场方向两个因素.逐步完成表格，再通过交流讨论，归纳总结得出：当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同.在教师的引导下，得出“增反减同”，进一步概括得到“阻碍”两字.

表4

学生从而主动得到楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.

规律比较隐蔽，其抽象性概括性很强，学生很难独立对其归纳和总结.教师鼓励学生进行小组讨论，给足时间和空间，在充分的交流和表达过程中，碰撞出智慧的火花，发展核心素养.

（四）进行实践检验 纳入自身知识结构

如图5所示，有两个轻质铝环A（闭合）和B（断开），某同学手持磁铁的任意极靠近A，A会怎么运动？远离A时，A怎么运动？

图5

用实验证明，楞次定律是正确的.

进一步分析：用磁铁靠近轻质铝环A时，在铝环中产生了感应电流，获得了电能.在这一过程中，铝环与磁铁有相互作用的电磁力，所以，此同学对磁铁和铝环这个系统做功，符合能量守恒的普遍规律.倡导学生要节约能源，促进可持续发展的责任感.

（五）解决实际问题 提升科学思维能力

回归课前引入的演示实验，根据楞次定律解释为什么条形磁铁穿过闭合线圈，电流方向会发生改变？

让学生解决真实的物理问题，从中认识物理学的价值和与生活、社会、科技的联系，明白物理规律可以预测事物的结果或现象.

（六）总结学习内容 欣赏楞次定律

鼓励学生进行总结反思，本节课的研究内容、研究方法和研究结论，在此基础上欣赏楞次定律的简洁之美，楞次定律所蕴含的深刻的哲学道理，体会科学研究的乐趣和应有的态度.

基于物理核心素养的教学设计，是在研究物理核心素养的素养形式与素养内涵的基础上，确定其教学目标，有助于教师抓住“物理核心素养”主题，真正从物理知识本位转向关注完整的人、关注人的素养而进行的教学，有助于教师建构基于大教育观下的有效物理教学，把对学生核心素养的培养落到实处.