楞次定律的活动探究式教学设计
2022-06-08
摘 要：活动情境的创设是建构民主、开放、互动、生命课堂的前提，是课堂教学的灵魂。古语有云：“授人以鱼不如授人以渔”。文章以“楞次定律”的活动教学设计为例，谈谈如何通过创设生活化和富于探究性的活动情境，以情激趣，开展活动探究式教学，从而不断提升学生的自主探究能力和创造性思维能力。
关键词：活动探究式；教学设计；活动情境；设计思想
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0004-4
“楞次定律”是高中物理电磁学部分的重要内容。从知识结构上来看，前面一节内容解决了感应电流产生的条件。那么，自然就有学生提出感应电流的方向如何判定、大小怎么求解的问题。感应电流方向的判定问题就是第三节要解决的问题。因此，感应电流的方向与引起感应电流的磁通量变化之间的关系是本节的教学重点。同时，由于规律本身比较抽象，学生没有相应的生活经验，所以又是教学的难点。根据新课程标准和学生的认知水平，采用“活动探究式”教学，即：创设问题情境—学生讨论—猜想—设计实验—探索实验—分析实验现象—建构楞次定律—结论应用。
学情分析：
学生已经掌握了磁通量的概念，并会分析磁通量的变化；已经知道了条形磁铁的磁感线的分布；学生已经利用实验器材（条形磁铁、电流计、线圈等）研究感应电流产生的条件。
教学方法：活动探究法。
教学用具：
分组实验仪器：条形磁铁、电流计、线圈、滑动变阻器、电键、双环、导线若干；
演示实验仪器：铝管两根（1米）、强磁性球、铁球、条形磁铁。
活动过程：
活动1 演示实验，激发学生的探索热情，引入新课。
教师演示“落磁实验”（如图1所示），将强磁性球和铁球从同一高度由静止自由释放分别通过铝管。为什么强磁性球比铁球下落得慢呢？一下子就激发了学生的探索热情，学生猜想可能是感应电流的磁场起了“阻碍”作用，教师顺势引入新课，学完楞次定律我们就能揭开这一奇妙现象的神秘面纱。
图1 落磁实验
活动2 分组完成双环实验，观察记录实验现象，分析实验现象，猜想“决定感应电流方向的因素”。
学生分组实验：
探究目的：猜想决定感应电流方向的因素。
实验器材：双环、条形磁铁。
实验装置：如图2所示。
图2 双环实验
师：哪个铝环能产生感应电流，怎样使它产生感应电流？
生：闭合的铝环才可能产生感应电流，只要改变通过它的磁通量就可以使它产生感应电流。
实验方案设计：
师：如何设计实验才能证明其中确实有感应电流呢？下面请同学们分组讨论，一会儿请同学汇报讨论的结果。
生：磁铁的一极靠近或远离闭合铝环时，铝环产生了运动，这种运动是磁铁的磁场对环中产生的感应电流的作用，这就证明了环中有感应电流产生。
师：那么，我们再讨论一下磁铁靠近或远离闭合铝环时感应电流的方向如何确定？
生：环中感应电流相当于小磁针，可根据运动情况和右手螺旋定则判断。
观察与记录（如图3所示）：
图3 双环实验探究
学生分析猜想：感应电流的方向与原磁场的方向、磁通量的变化有关。感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化（增反减同，来拒去留）。
活动3 分组实验，进一步验证学生在活动2中猜想“决定感应电流方向的因素”的正确性。实验探究，观察、记录、分析实验现象，构建楞次定律。
师：如何才能知道电流计指针偏转方向与电流流向之间的关系？
是否可以通过实验来确定？（学生先思考，再分组讨论，设计实验方案）
生：将电源、电键、滑动变阻器、灵敏电流计用导线构成闭合回路，根据电源正接和反接两种情况下电流计指针的偏转，即可判定电流方向与指针偏转方向之间的关系。
学生分组实验：学生按如图4所示接好电路，探究指针偏转方向与电流流向之间的关系，并总结得出结论。
学生：电流从电流计的左接线柱流入，指针向左偏转；电流从电流计的右接线柱流入，指针向右偏转。
学生分组实验进一步验证活动2中学生的猜想。
探究目的：
1）感应电流的方向与原磁场的方向有什么关系？
2）感应电流的方向与磁通量的变化有什么关系？
实验器材：条形磁铁、螺线管、灵敏电流计。
实验电路：如图5所示。
观察与记录（如图6所示）：
师：可以根据以上实验现象概括出感应电流的方向与磁通量变化的关系吗？
生：很难。
师：是否可以通过一个中介——感应电流的磁场来描述感应电流与磁通量变化的关系？
生：可以。磁铁磁场的变化在线圈中产生了感应电流，而感应电流本身也能产生磁场，感应电流的磁场方向既跟感应电流方向有联系，又跟引起磁通量变化的磁场有关系。
师：请同学们根据实验观察来分析三者之间的关系。
学生分析结果展示（如表1所示）：
学生归纳总结，自然建构楞次定律。
楞次定律：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
活动4 深入理解楞次定律，从不同角度来分析“阻碍”的含义。
师：谁起阻碍作用？（如图7所示）：
生：感应电流的磁场。
师：阻碍什么？
生：引起感应电流的磁通量的变化。
师：如何阻碍？
生：增反减同。 师：能否阻止？
生：否，只是使磁通量的变化变慢。
师：阻碍的方式还有哪些？
生：“来拒去留”感应电流的磁场总要阻碍相对运动。
生：从线圈面积变化看：“增缩减扩”。
活动5 实例分析，程序知识显性化，建构应用楞次定律解题的一般思维程序。
例题 法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图8所示，软铁环上绕有A、B两个线圈，当A线圈电路中的开关断开的瞬间，电流计中的感应电流沿什么方向？
师：闭合回路中原磁场的方向？
生：顺时针。
师：开关断开瞬间，原磁通量如何变化？
生：减小。
师：感应电流的磁场方向如何？
生：顺时针。
师：电流计中感应电流的流向？
生：向左。
师：请同学们归纳总结出应用楞次定律解题的一般思维程序？
学生进行小组讨论，成果展示，如图9所示。
活动6 应用楞次定律解释“落磁”实验现象，首尾呼应，结束新课。
师：是什么阻碍了磁性球的下落？
生：感应电流的磁场。
学生应用楞次定律解释“落磁”实验现象，亲手揭开了这一奇妙现象的神秘面纱，体会到成功的喜悦。
设计意图：
教师利用教科书提供的素材，设置富有探究性的活动情境，以情激趣，引导学生观察、分析实验现象，合作交流，寻找共性，归纳和总结规律，达到楞次定律的自然生成以及应用楞次定律解决实际问题的能力。
兴趣是最好的老师。因此，在楞次定律的活动教学设计中，通过“落磁”引入新课，激发学生的探索热情。不断创设生活化和富有探究性的问题情境，以情激趣，引导学生通过自主活动探究，体验用感应电流判定方法引入楞次定律的建构过程，建构楞次定律解题的思维程序以及逐步揭示楞次定律的本质。在整个活动教学过程中：教师不再是演员，而是导演；学生不再是观众，而是主角。教师充分发挥学生的主动性，让他们自主地参与到活动探究中去，真正做课堂的主人，使课堂充满生命力。
参考文献：
[1]胡东芳，孙军业.困惑及其超越—— 解读创新教育[M].福州：福建教育出版社，2001.
[2]刘德华.触动课堂教学的灵魂——物理活动教学设计的几个原则[J].物理教学探讨，2013，31（9）：12—13.
[3]刘德华.试论活动建构教学的几个特征[J].中学物理，2014，32（7）：61—62.
关键词：活动探究式；教学设计；活动情境；设计思想
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0004-4
“楞次定律”是高中物理电磁学部分的重要内容。从知识结构上来看，前面一节内容解决了感应电流产生的条件。那么，自然就有学生提出感应电流的方向如何判定、大小怎么求解的问题。感应电流方向的判定问题就是第三节要解决的问题。因此，感应电流的方向与引起感应电流的磁通量变化之间的关系是本节的教学重点。同时，由于规律本身比较抽象，学生没有相应的生活经验，所以又是教学的难点。根据新课程标准和学生的认知水平，采用“活动探究式”教学，即：创设问题情境—学生讨论—猜想—设计实验—探索实验—分析实验现象—建构楞次定律—结论应用。
学情分析：
学生已经掌握了磁通量的概念，并会分析磁通量的变化；已经知道了条形磁铁的磁感线的分布；学生已经利用实验器材（条形磁铁、电流计、线圈等）研究感应电流产生的条件。
教学方法：活动探究法。
教学用具：
分组实验仪器：条形磁铁、电流计、线圈、滑动变阻器、电键、双环、导线若干；
演示实验仪器：铝管两根（1米）、强磁性球、铁球、条形磁铁。
活动过程：
活动1 演示实验，激发学生的探索热情，引入新课。
教师演示“落磁实验”（如图1所示），将强磁性球和铁球从同一高度由静止自由释放分别通过铝管。为什么强磁性球比铁球下落得慢呢？一下子就激发了学生的探索热情，学生猜想可能是感应电流的磁场起了“阻碍”作用，教师顺势引入新课，学完楞次定律我们就能揭开这一奇妙现象的神秘面纱。
图1 落磁实验
活动2 分组完成双环实验，观察记录实验现象，分析实验现象，猜想“决定感应电流方向的因素”。
学生分组实验：
探究目的：猜想决定感应电流方向的因素。
实验器材：双环、条形磁铁。
实验装置：如图2所示。
图2 双环实验
师：哪个铝环能产生感应电流，怎样使它产生感应电流？
生：闭合的铝环才可能产生感应电流，只要改变通过它的磁通量就可以使它产生感应电流。
实验方案设计：
师：如何设计实验才能证明其中确实有感应电流呢？下面请同学们分组讨论，一会儿请同学汇报讨论的结果。
生：磁铁的一极靠近或远离闭合铝环时，铝环产生了运动，这种运动是磁铁的磁场对环中产生的感应电流的作用，这就证明了环中有感应电流产生。
师：那么，我们再讨论一下磁铁靠近或远离闭合铝环时感应电流的方向如何确定？
生：环中感应电流相当于小磁针，可根据运动情况和右手螺旋定则判断。
观察与记录（如图3所示）：
图3 双环实验探究
学生分析猜想：感应电流的方向与原磁场的方向、磁通量的变化有关。感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化（增反减同，来拒去留）。
活动3 分组实验，进一步验证学生在活动2中猜想“决定感应电流方向的因素”的正确性。实验探究，观察、记录、分析实验现象，构建楞次定律。
师：如何才能知道电流计指针偏转方向与电流流向之间的关系？
是否可以通过实验来确定？（学生先思考，再分组讨论，设计实验方案）
生：将电源、电键、滑动变阻器、灵敏电流计用导线构成闭合回路，根据电源正接和反接两种情况下电流计指针的偏转，即可判定电流方向与指针偏转方向之间的关系。
学生分组实验：学生按如图4所示接好电路，探究指针偏转方向与电流流向之间的关系，并总结得出结论。
学生：电流从电流计的左接线柱流入，指针向左偏转；电流从电流计的右接线柱流入，指针向右偏转。
学生分组实验进一步验证活动2中学生的猜想。
探究目的：
1）感应电流的方向与原磁场的方向有什么关系？
2）感应电流的方向与磁通量的变化有什么关系？
实验器材：条形磁铁、螺线管、灵敏电流计。
实验电路：如图5所示。
观察与记录（如图6所示）：
师：可以根据以上实验现象概括出感应电流的方向与磁通量变化的关系吗？
生：很难。
师：是否可以通过一个中介——感应电流的磁场来描述感应电流与磁通量变化的关系？
生：可以。磁铁磁场的变化在线圈中产生了感应电流，而感应电流本身也能产生磁场，感应电流的磁场方向既跟感应电流方向有联系，又跟引起磁通量变化的磁场有关系。
师：请同学们根据实验观察来分析三者之间的关系。
学生分析结果展示（如表1所示）：
学生归纳总结，自然建构楞次定律。
楞次定律：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
活动4 深入理解楞次定律，从不同角度来分析“阻碍”的含义。
师：谁起阻碍作用？（如图7所示）：
生：感应电流的磁场。
师：阻碍什么？
生：引起感应电流的磁通量的变化。
师：如何阻碍？
生：增反减同。 师：能否阻止？
生：否，只是使磁通量的变化变慢。
师：阻碍的方式还有哪些？
生：“来拒去留”感应电流的磁场总要阻碍相对运动。
生：从线圈面积变化看：“增缩减扩”。
活动5 实例分析，程序知识显性化，建构应用楞次定律解题的一般思维程序。
例题 法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图8所示，软铁环上绕有A、B两个线圈，当A线圈电路中的开关断开的瞬间，电流计中的感应电流沿什么方向？
师：闭合回路中原磁场的方向？
生：顺时针。
师：开关断开瞬间，原磁通量如何变化？
生：减小。
师：感应电流的磁场方向如何？
生：顺时针。
师：电流计中感应电流的流向？
生：向左。
师：请同学们归纳总结出应用楞次定律解题的一般思维程序？
学生进行小组讨论，成果展示，如图9所示。
活动6 应用楞次定律解释“落磁”实验现象，首尾呼应，结束新课。
师：是什么阻碍了磁性球的下落？
生：感应电流的磁场。
学生应用楞次定律解释“落磁”实验现象，亲手揭开了这一奇妙现象的神秘面纱，体会到成功的喜悦。
设计意图：
教师利用教科书提供的素材，设置富有探究性的活动情境，以情激趣，引导学生观察、分析实验现象，合作交流，寻找共性，归纳和总结规律，达到楞次定律的自然生成以及应用楞次定律解决实际问题的能力。
兴趣是最好的老师。因此，在楞次定律的活动教学设计中，通过“落磁”引入新课，激发学生的探索热情。不断创设生活化和富有探究性的问题情境，以情激趣，引导学生通过自主活动探究，体验用感应电流判定方法引入楞次定律的建构过程，建构楞次定律解题的思维程序以及逐步揭示楞次定律的本质。在整个活动教学过程中：教师不再是演员，而是导演；学生不再是观众，而是主角。教师充分发挥学生的主动性，让他们自主地参与到活动探究中去，真正做课堂的主人，使课堂充满生命力。
参考文献：
[1]胡东芳，孙军业.困惑及其超越—— 解读创新教育[M].福州：福建教育出版社，2001.
[2]刘德华.触动课堂教学的灵魂——物理活动教学设计的几个原则[J].物理教学探讨，2013，31（9）：12—13.
[3]刘德华.试论活动建构教学的几个特征[J].中学物理，2014，32（7）：61—62.