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法拉第電磁感應定律教學(xué)的探究分析
生命課堂”是追求以人的發(fā)展為本的一種教育理念.“生命課堂”強調尊重學(xué)生學(xué)習自主權、尊重學(xué)生的身心發(fā)展規律,強調體驗與興趣相結合、生活活動(dòng)與創(chuàng )造活動(dòng)相結合,強調課堂由“死”變“活”、由“靜”變“動(dòng)”、由“教”變“學(xué)”。隨著(zhù)新課程理念的深化、發(fā)展,“生命課堂”被更多教師接納、實(shí)踐。
遺憾的是關(guān)于“生命課堂”的研究多出現在文科教學(xué)中,特別是小學(xué)階段的語(yǔ)文教學(xué)中。高中物理課堂教學(xué)的關(guān)鍵詞是“問(wèn)題”、“探究”,概括課堂特點(diǎn)的依舊是“高效”、“思考”、“驗證”、“總結”這類(lèi)缺乏活力的“冰冷”詞匯。物理課堂的“生命價(jià)值”在哪里,問(wèn)題探究過(guò)程的“生命力”如何激發(fā)?筆者有一些粗淺的思考。下面以人教版《物理·選修3-2》“法拉第電磁感應定律”一節典型課為案例,談?wù)剬?ldquo;生命課堂”視角下優(yōu)化問(wèn)題探究過(guò)程的認識。
一、教學(xué)分析
1.教材分析
法拉第電磁感應定律是電磁感應的基本規律,也是影響時(shí)代變遷的重要物理規律。另一方面,本節知識是前面三節知識(電磁感應現象,感應電流的條件、方向,感應電動(dòng)勢大小)的延續和發(fā)展,也是學(xué)生計算與電磁感應有關(guān)問(wèn)題的依據。
2.學(xué)情分析
學(xué)生清楚磁通量以及磁通量變化的概念,已經(jīng)學(xué)習了“磁生電”的關(guān)鍵在于磁通量的變化;根據楞次定律能判斷線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉動(dòng)的電流方向。學(xué)生做過(guò)“導體切割磁感線(xiàn)”和“磁鐵插入、拔出線(xiàn)圈”產(chǎn)生感應電流的實(shí)驗,具有基本的實(shí)驗操作能力。
但是,本節教材對法拉第電磁感應定律幾乎是直接給出,照本宣科很難引起學(xué)生的學(xué)習興趣。教學(xué)中不發(fā)掘認知目標之間的聯(lián)系,不研究學(xué)生心理訴求和思維沖突的脈絡(luò ),探究的活力蕩然無(wú)存。
思考:在教材分析中,我們總是從物理學(xué)角度判斷該部分內容很重要,從“考”的動(dòng)機上“確定”該內容的“核心”要素;總是線(xiàn)性地思考學(xué)生已經(jīng)掌握了什么,應該具有什么能力。“生命課堂”視角下教師對教材定位時(shí)要多一些立足于學(xué)生的自問(wèn),學(xué)生對“定律”類(lèi)的問(wèn)題是否感興趣,對“電磁感應”現象有何種層次的理解(是記憶定律文字還是有哲學(xué)思考)和對“問(wèn)題與探究”有怎樣的期待等等。
二、教學(xué)目標
1.知識與技能
(1)學(xué)生知道產(chǎn)生感應電動(dòng)勢的那部分導體相當于電源,知道感應電動(dòng)勢的大小與磁通量變化快慢有關(guān)。
(2)學(xué)生能區別磁通量、磁通量變化量、磁通量變化率等概念。
(3)學(xué)生能理解法拉第電磁感應定律,掌握其表達式。
2.過(guò)程與方法
(1)學(xué)生在教師的引導下,經(jīng)歷完整的、較為嚴密的規律探究過(guò)程。
(2)學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中體會(huì )合作探究的實(shí)施方法。
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
(1)學(xué)生在規律探究的逐步完善中感受發(fā)現的喜悅。
(2)學(xué)生在規律探究的各個(gè)環(huán)節,特別是猜想、實(shí)驗、結論中領(lǐng)悟科學(xué)探究的嚴謹。
思考:尊重是“生命課堂”的保障,教學(xué)目標中的行為主體應該是學(xué)生,設置的探究目標必須是課堂上學(xué)生能夠實(shí)現。情感是“生命課堂”的紐帶,問(wèn)題探究全過(guò)程中必須做好充分的問(wèn)題空間預設,必須多一些富有親和力的問(wèn)題解決方法的引導,必須在平等對話(huà)的氛圍中積極構建愉悅的探究場(chǎng)。超越是“生命課堂”的張力,探究過(guò)程就是要以盡可能激發(fā)學(xué)生潛能為教育目標,讓學(xué)生體驗以物理知識充實(shí)生命經(jīng)歷的感悟。
三、教學(xué)過(guò)程
1.問(wèn)題情境引入
180年前,法拉第研究這個(gè)不起眼的線(xiàn)圈(投影法拉第照片及其所用線(xiàn)圈),開(kāi)啟了電氣化的時(shí)代。我們把目光聚焦在這個(gè)有些破舊的板上(呈現自制發(fā)光地板,如圖1)。它不是普通的木板,是一塊可以發(fā)電的地板。圖1自制發(fā)光地板看這盞與地板相連的發(fā)光二極管(踩壓地板,二極管閃亮),你們看到了什么?(學(xué)生回答:發(fā)光)筆者在這微弱的閃光中還看到了方興未艾的節能環(huán)保時(shí)代。設想在過(guò)道、馬路都裝上發(fā)電地板,會(huì )是怎樣的情境?遺憾的是,這塊發(fā)電地板產(chǎn)生的電能不夠,希望和大家一起走近能讓它更亮的原理——法拉第電磁感應定律。
思考:問(wèn)題情境的生命價(jià)值在于激發(fā)學(xué)生的問(wèn)題意識,彰顯探究的意義和激活學(xué)習的興趣。聯(lián)系課堂的發(fā)展方向,問(wèn)題情境也可以是整個(gè)課堂的背景,甚至是課堂探究的主線(xiàn)。問(wèn)題探究過(guò)程圍繞問(wèn)題情境開(kāi)始、發(fā)展、深化。
2.科學(xué)猜想的誕生
(1)猜想的啟發(fā)
首先看看它是怎么發(fā)電的?(打開(kāi)盒子)引導學(xué)生觀(guān)察,依次找到磁鐵、多匝線(xiàn)圈,回歸如圖2所示基本實(shí)驗裝置。產(chǎn)生感應電流對應的電動(dòng)勢為感應電動(dòng)勢,產(chǎn)生感應電動(dòng)勢的部分相當于電源。
若要燈更亮,即要對應的感應電動(dòng)勢增大,那么就要思考感應電動(dòng)勢與哪些因素有關(guān)?
(2)猜想的引導
立足于思考,注意需要的器材。磁鐵——產(chǎn)生磁場(chǎng),描述磁場(chǎng)的物理量是磁感應強度;線(xiàn)圈,描述線(xiàn)圈的有匝數、面積。(預設:猜想與磁感應強度B,線(xiàn)圈面積S,磁通量Φ,線(xiàn)圈匝數N有關(guān))
立足于行動(dòng),在學(xué)生面前都有基本實(shí)驗裝置圖2中的器材,可以動(dòng)手實(shí)驗。在實(shí)驗中提煉感應電動(dòng)勢E與哪些因素有關(guān)。(預設:速度、磁通量的變化、磁通量變化的大小或者快慢)
(3)猜想的分析
是否猜想后就付諸實(shí)驗,還是需要先通過(guò)理性分析剔除不成熟的“想象”?回想法拉第發(fā)現“磁生電”的歷程。為什么他發(fā)現了“磁生電”?在“產(chǎn)生”的原因上他和別人有什么根本的不同?(預設:變化的磁場(chǎng)、磁通量的變化、磁是“動(dòng)的”等說(shuō)法)是“動(dòng)態(tài)”的磁才能產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,影響感應電動(dòng)勢大小的因素最有可能的是“動(dòng)態(tài)的量”。
(4)猜想的表述
感應電動(dòng)勢E與磁通量的變化有關(guān)。引導學(xué)生從哪些維度可以描述變化情況;從哪些角度描述速度變化(速度變化的大小、方向和快慢)。預設:磁通量變化的大小ΔΦ,磁通量變化的快慢
思考:猜想不是任學(xué)生“天馬行空”般地胡思亂想,也不是強行灌輸“目標猜想”。如同生命的發(fā)展歷程,猜想也應該有一個(gè)從懵懂逐步走向成熟的過(guò)程。教師需要有充分的預設,高屋建瓴地引領(lǐng)學(xué)生猜想的方向;教師需要有多種形式的引導,剔除學(xué)生“猜想”的非科學(xué)因素。在師生的互動(dòng)中探索學(xué)生向往的神秘“猜想”。
3.實(shí)驗探究的步步深入
(1)學(xué)生在自主實(shí)驗中確定E與的定性關(guān)系
E與磁通量的變化有怎樣的關(guān)系?
實(shí)驗方案:
ΔΦ大,變化快,E________。
ΔΦ大,變化慢,E________。
ΔΦ小,變化快,E________。
ΔΦ小,變化慢,E________。
實(shí)驗操作:磁鐵從底部(圖2)拿到離線(xiàn)圈較遠,看成磁通量變化大;磁鐵從底部拿到線(xiàn)圈口,看成磁通量變化小。根據學(xué)生的認知程度,教師可先演示變化量的大小和變化快慢的控制方法,然后讓學(xué)生模仿。
方案1:Δt一定,改變ΔΦ,改變B。預設方案如圖3所示。一根磁鐵與兩根磁鐵以相同的速度插入兩個(gè)與電流表相連的相同線(xiàn)圈,兩組學(xué)生相互合作,觀(guān)察電流表的指針偏轉情況。
方案2:ΔΦ一定,改變△t。參照圓周運動(dòng)有關(guān)知識,根據學(xué)生的認知程度,預設方案如圖4所示。變頻器帶動(dòng)磁鐵轉動(dòng),以不同的轉速通過(guò)線(xiàn)圈,觀(guān)察電流表示數情況。
實(shí)驗操作:師生合作,完成方案1中的實(shí)驗。實(shí)驗中觀(guān)察到當磁鐵插拔的過(guò)程中,兩個(gè)G表的示數大約是2倍關(guān)系。實(shí)驗中遇到的問(wèn)題是G表擺動(dòng)很快,學(xué)生不容易對比觀(guān)察。
實(shí)驗改進(jìn)引導:如何能更清楚地分析數據。(預設:采用攝像或者照相的方式)
利用相機拍攝G表的變化過(guò)程,當堂分幀播放視頻。實(shí)驗結果如圖5所示,兩個(gè)G表的偏轉量成2倍關(guān)系,說(shuō)明二者感應電動(dòng)勢E成2倍關(guān)系。
總之,感應電動(dòng)勢E近乎與磁通量的變化率成正比。
思考:實(shí)驗探究是整個(gè)探究過(guò)程中最具濃墨重彩的一筆,但也最容易走向兩個(gè)極端,即徹頭徹尾地牽著(zhù)學(xué)生鼻子走或者放任學(xué)生。前者,課堂看起來(lái)非常流暢,但學(xué)生能力上是“停滯”的;后者,課堂氣氛活躍,但學(xué)習是低效的甚至是無(wú)效的,思維上是“死”的。唯有針對學(xué)生“動(dòng)手”、“動(dòng)腦”上的難點(diǎn)恰如其分地動(dòng)態(tài)引導,才能真正讓探究激發(fā)持久的活力。“生命課堂”的探究魅力就表現在這“跌宕起伏”的“動(dòng)態(tài)生成”之中。
4.探究成果謹慎的總結
思考:在總結探究成果環(huán)節時(shí),經(jīng)常聽(tīng)到類(lèi)似“我們一起發(fā)現了××規律”的話(huà),嚴重削弱了學(xué)生對“真理”應有的敬畏之情�？偨Y中要盡可能肯定學(xué)生的成績(jì),但是不能建立在對科學(xué)探究艱辛曲折漠視的基礎上。
5.課堂小結中的品味與展望
品味問(wèn)題:你對“法拉第電磁感應定律”的再認識。(預設:感悟科學(xué)探究的艱辛)
引導:科學(xué)先賢們在當時(shí)沒(méi)有精密的實(shí)驗儀器情況下,發(fā)現了電磁感應定律。而我們今天只是發(fā)現“近乎”成正比關(guān)系。
展望問(wèn)題:暢想發(fā)電地板應用前景。展示日本地鐵站的發(fā)電地板和瑞士的發(fā)電公路圖片。
思考:當前課堂總結多半是“走過(guò)場(chǎng)”,幾乎是照著(zhù)板書(shū)從頭到尾念一遍�？偨Y應是對整個(gè)課堂從三維目標角度的一個(gè)新認識,特別是對于研究的過(guò)程與方法、學(xué)習的情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)應該有品味�？偨Y是探究過(guò)程中承上啟下的一節,在階段性結束舊問(wèn)題認知的同時(shí),必須開(kāi)啟未知領(lǐng)域的大門(mén),展望學(xué)生再探究的方向。
四、教學(xué)反思
整體來(lái)說(shuō),無(wú)論從學(xué)生的反應還是從筆者教學(xué)體會(huì )來(lái)看,本課的鮮明特色是探究過(guò)程具有生命感。緊盯主題、形式多樣的問(wèn)題情境和循序漸進(jìn)的問(wèn)題鋪墊,讓探究?jì)热菰?ldquo;好奇”和“期待”中動(dòng)態(tài)生成;各種層次的引導和預設,讓整個(gè)探究過(guò)程在“繁花”和“止水”的反復中“一路暢通”;理性的科學(xué)疑問(wèn)與感性的研究感悟相交融,讓物理問(wèn)題研究課堂體現著(zhù)“一花一世界,一葉一菩提”的韻味。“生命課堂”視角優(yōu)化探究過(guò)程之美就在于學(xué)生在學(xué)習物理中能感受人文的魅力,在科學(xué)態(tài)度中體驗精神生活的自由。
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