法拉第電磁感應定律教學的探究分析

法拉第電磁感應定律教學的探究分析

　　生命課堂”是追求以人的發展為本的一種教育理念.“生命課堂”強調尊重學生學習自主權、尊重學生的身心發展規律,強調體驗與興趣相結合、生活活動與創造活動相結合,強調課堂由“死”變“活”、由“靜”變“動”、由“教”變“學”。隨著新課程理念的深化、發展,“生命課堂”被更多教師接納、實踐。

　　遺憾的是關于“生命課堂”的研究多出現在文科教學中,特別是小學階段的語文教學中。高中物理課堂教學的關鍵詞是“問題”、“探究”,概括課堂特點的依舊是“高效”、“思考”、“驗證”、“總結”這類缺乏活力的“冰冷”詞匯。物理課堂的“生命價值”在哪里,問題探究過程的“生命力”如何激發?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,談談對“生命課堂”視角下優化問題探究過程的認識。

　　一、教學分析

　　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,感應電動勢大小)的延續和發展,也是學生計算與電磁感應有關問題的依據。

　　2.學情分析

　　學生清楚磁通量以及磁通量變化的概念,已經學習了“磁生電”的關鍵在于磁通量的變化;根據楞次定律能判斷線圈在磁場中轉動的電流方向。學生做過“導體切割磁感線”和“磁鐵插入、拔出線圈”產生感應電流的實驗,具有基本的實驗操作能力。

　　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生的學習興趣。教學中不發掘認知目標之間的聯系,不研究學生心理訴求和思維沖突的脈絡,探究的活力蕩然無存。

　　思考:在教材分析中,我們總是從物理學角度判斷該部分內容很重要,從“考”的動機上“確定”該內容的“核心”要素;總是線性地思考學生已經掌握了什么,應該具有什么能力。“生命課堂”視角下教師對教材定位時要多一些立足于學生的自問,學生對“定律”類的問題是否感興趣,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思考)和對“問題與探究”有怎樣的期待等等。

　　二、教學目標

　　1.知識與技能

　　(1)學生知道產生感應電動勢的那部分導體相當于電源,知道感應電動勢的大小與磁通量變化快慢有關。

　　(2)學生能區別磁通量、磁通量變化量、磁通量變化率等概念。

　　(3)學生能理解法拉第電磁感應定律,掌握其表達式。

　　2.過程與方法

　　(1)學生在教師的引導下,經歷完整的、較為嚴密的規律探究過程。

　　(2)學生在問題解決過程中體會合作探究的實施方法。

　　3.情感態度與價值觀

　　(1)學生在規律探究的逐步完善中感受發現的喜悅。

　　(2)學生在規律探究的各個環節,特別是猜想、實驗、結論中領悟科學探究的嚴謹。

　　思考:尊重是“生命課堂”的保障,教學目標中的行為主體應該是學生,設置的探究目標必須是課堂上學生能夠實現。情感是“生命課堂”的紐帶,問題探究全過程中必須做好充分的問題空間預設,必須多一些富有親和力的問題解決方法的引導,必須在平等對話的氛圍中積極構建愉悅的探究場。超越是“生命課堂”的張力,探究過程就是要以盡可能激發學生潛能為教育目標,讓學生體驗以物理知識充實生命經歷的感悟。

　　三、教學過程

　　1.問題情境引入

　　180年前,法拉第研究這個不起眼的線圈(投影法拉第照片及其所用線圈),開啟了電氣化的時代。我們把目光聚焦在這個有些破舊的板上(呈現自制發光地板,如圖1)。它不是普通的木板,是一塊可以發電的地板。圖1自制發光地板看這盞與地板相連的發光二極管(踩壓地板,二極管閃亮),你們看到了什么?(學生回答:發光)筆者在這微弱的閃光中還看到了方興未艾的節能環保時代。設想在過道、馬路都裝上發電地板,會是怎樣的情境?遺憾的是,這塊發電地板產生的電能不夠,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:問題情境的生命價值在于激發學生的問題意識,彰顯探究的意義和激活學習的興趣。聯系課堂的發展方向,問題情境也可以是整個課堂的背景,甚至是課堂探究的主線。問題探究過程圍繞問題情境開始、發展、深化。

　　2.科學猜想的誕生

　　(1)猜想的啟發

　　首先看看它是怎么發電的?(打開盒子)引導學生觀察,依次找到磁鐵、多匝線圈,回歸如圖2所示基本實驗裝置。產生感應電流對應的電動勢為感應電動勢,產生感應電動勢的部分相當于電源。

　　若要燈更亮,即要對應的感應電動勢增大,那么就要思考感應電動勢與哪些因素有關?

　　(2)猜想的引導

　　立足于思考,注意需要的器材。磁鐵——產生磁場,描述磁場的物理量是磁感應強度;線圈,描述線圈的有匝數、面積。(預設:猜想與磁感應強度B,線圈面積S,磁通量Φ,線圈匝數N有關)

　　立足于行動,在學生面前都有基本實驗裝置圖2中的器材,可以動手實驗。在實驗中提煉感應電動勢E與哪些因素有關。(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驗,還是需要先通過理性分析剔除不成熟的“想象”?回想法拉第發現“磁生電”的歷程。為什么他發現了“磁生電”?在“產生”的原因上他和別人有什么根本的不同?(預設:變化的磁場、磁通量的變化、磁是“動的”等說法)是“動態”的磁才能產生感應電動勢,影響感應電動勢大小的因素最有可能的是“動態的量”。

　　(4)猜想的表述

　　感應電動勢E與磁通量的變化有關。引導學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”。如同生命的發展歷程,猜想也應該有一個從懵懂逐步走向成熟的過程。教師需要有充分的預設,高屋建瓴地引領學生猜想的方向;教師需要有多種形式的引導,剔除學生“猜想”的非科學因素。在師生的互動中探索學生向往的神秘“猜想”。

　　3.實驗探究的步步深入

　　(1)學生在自主實驗中確定E與的定性關系

　　E與磁通量的變化有怎樣的關系?

　　實驗方案:

　　ΔΦ大,變化快,E________。

　　ΔΦ大,變化慢,E________。

　　ΔΦ小,變化快,E________。

　　ΔΦ小,變化慢,E________。

　　實驗操作:磁鐵從底部(圖2)拿到離線圈較遠,看成磁通量變化大;磁鐵從底部拿到線圈口,看成磁通量變化小。根據學生的認知程度,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與電流表相連的相同線圈,兩組學生相互合作,觀察電流表的指針偏轉情況。

　　方案2:ΔΦ一定,改變△t。參照圓周運動有關知識,根據學生的認知程度,預設方案如圖4所示。變頻器帶動磁鐵轉動,以不同的轉速通過線圈,觀察電流表示數情況。

　　實驗操作:師生合作,完成方案1中的實驗。實驗中觀察到當磁鐵插拔的過程中,兩個G表的示數大約是2倍關系。實驗中遇到的問題是G表擺動很快,學生不容易對比觀察。

　　實驗改進引導: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表的變化過程,當堂分幀播放視頻。實驗結果如圖5所示,兩個G表的偏轉量成2倍關系,說明二者感應電動勢E成2倍關系。

　　總之,感應電動勢E近乎與磁通量的變化率成正比。

　　思考:實驗探究是整個探究過程中最具濃墨重彩的一筆,但也最容易走向兩個極端,即徹頭徹尾地牽著學生鼻子走或者放任學生。前者,課堂看起來非常流暢,但學生能力上是“停滯”的;后者,課堂氣氛活躍,但學習是低效的甚至是無效的,思維上是“死”的。唯有針對學生“動手”、“動腦”上的難點恰如其分地動態引導,才能真正讓探究激發持久的活力。“生命課堂”的探究魅力就表現在這“跌宕起伏”的“動態生成”之中。

　　4.探究成果謹慎的總結

　　思考:在總結探究成果環節時,經常聽到類似“我們一起發現了××規律”的話,嚴重削弱了學生對“真理”應有的敬畏之情�？偨Y中要盡可能肯定學生的成績,但是不能建立在對科學探究艱辛曲折漠視的基礎上。

　　5.課堂小結中的品味與展望

　　品味問題:你對“法拉第電磁感應定律”的再認識。(預設:感悟科學探究的艱辛)

　　引導:科學先賢們在當時沒有精密的實驗儀器情況下,發現了電磁感應定律。而我們今天只是發現“近乎”成正比關系。

　　展望問題:暢想發電地板應用前景。展示日本地鐵站的發電地板和瑞士的發電公路圖片。

　　思考:當前課堂總結多半是“走過場”,幾乎是照著板書從頭到尾念一遍�？偨Y應是對整個課堂從三維目標角度的一個新認識,特別是對于研究的過程與方法、學習的情感態度與價值觀應該有品味�？偨Y是探究過程中承上啟下的一節,在階段性結束舊問題認知的同時,必須開啟未知領域的大門,展望學生再探究的方向。

　　四、教學反思

　　整體來說,無論從學生的反應還是從筆者教學體會來看,本課的鮮明特色是探究過程具有生命感。緊盯主題、形式多樣的問題情境和循序漸進的問題鋪墊,讓探究內容在“好奇”和“期待”中動態生成;各種層次的引導和預設,讓整個探究過程在“繁花”和“止水”的反復中“一路暢通”;理性的科學疑問與感性的研究感悟相交融,讓物理問題研究課堂體現著“一花一世界,一葉一菩提”的韻味。“生命課堂”視角優化探究過程之美就在于學生在學習物理中能感受人文的魅力,在科學態度中體驗精神生活的自由。

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