法拉第电磁感应定律教学的探究分析

法拉第电磁感应定律教学的探究分析

　　生命课堂”是追求以人的发展为本的一种教育理念.“生命课堂”强调尊重学生学习自主权、尊重学生的身心发展规律,强调体验与兴趣相结合、生活活动与创造活动相结合,强调课堂由“死”变“活”、由“静”变“动”、由“教”变“学”。随着新课程理念的深化、发展,“生命课堂”被更多教师接纳、实践。

　　遗憾的是关于“生命课堂”的研究多出现在文科教学中,特别是小学阶段的语文教学中。高中物理课堂教学的关键词是“问题”、“探究”,概括课堂特点的依旧是“高效”、“思考”、“验证”、“总结”这类缺乏活力的“冰冷”词汇。物理课堂的“生命价值”在哪里,问题探究过程的“生命力”如何激发?笔者有一些粗浅的思考。下面以人教版《物理·选修3-2》“法拉第电磁感应定律”一节典型课为案例,谈谈对“生命课堂”视角下优化问题探究过程的认识。

　　一、教学分析

　　1.教材分析

　　法拉第电磁感应定律是电磁感应的基本规律,也是影响时代变迁的重要物理规律。另一方面,本节知识是前面三节知识(电磁感应现象,感应电流的条件、方向,感应电动势大小)的延续和发展,也是学生计算与电磁感应有关问题的依据。

　　2.学情分析

　　学生清楚磁通量以及磁通量变化的概念,已经学习了“磁生电”的关键在于磁通量的变化;根据楞次定律能判断线圈在磁场中转动的电流方向。学生做过“导体切割磁感线”和“磁铁插入、拔出线圈”产生感应电流的实验,具有基本的实验操作能力。

　　但是,本节教材对法拉第电磁感应定律几乎是直接给出,照本宣科很难引起学生的学习兴趣。教学中不发掘认知目标之间的联系,不研究学生心理诉求和思维冲突的脉络,探究的活力荡然无存。

　　思考:在教材分析中,我们总是从物理学角度判断该部分内容很重要,从“考”的动机上“确定”该内容的“核心”要素;总是线性地思考学生已经掌握了什么,应该具有什么能力。“生命课堂”视角下教师对教材定位时要多一些立足于学生的自问,学生对“定律”类的问题是否感兴趣,对“电磁感应”现象有何种层次的理解(是记忆定律文字还是有哲学思考)和对“问题与探究”有怎样的期待等等。

　　二、教学目标

　　1.知识与技能

　　(1)学生知道产生感应电动势的那部分导体相当于电源,知道感应电动势的大小与磁通量变化快慢有关。

　　(2)学生能区别磁通量、磁通量变化量、磁通量变化率等概念。

　　(3)学生能理解法拉第电磁感应定律,掌握其表达式。

　　2.过程与方法

　　(1)学生在教师的引导下,经历完整的、较为严密的规律探究过程。

　　(2)学生在问题解决过程中体会合作探究的实施方法。

　　3.情感态度与价值观

　　(1)学生在规律探究的逐步完善中感受发现的喜悦。

　　(2)学生在规律探究的各个环节,特别是猜想、实验、结论中领悟科学探究的严谨。

　　思考:尊重是“生命课堂”的保障,教学目标中的行为主体应该是学生,设置的探究目标必须是课堂上学生能够实现。情感是“生命课堂”的纽带,问题探究全过程中必须做好充分的问题空间预设,必须多一些富有亲和力的问题解决方法的引导,必须在平等对话的氛围中积极构建愉悦的探究场。超越是“生命课堂”的张力,探究过程就是要以尽可能激发学生潜能为教育目标,让学生体验以物理知识充实生命经历的感悟。

　　三、教学过程

　　1.问题情境引入

　　180年前,法拉第研究这个不起眼的线圈(投影法拉第照片及其所用线圈),开启了电气化的时代。我们把目光聚焦在这个有些破旧的板上(呈现自制发光地板,如图1)。它不是普通的木板,是一块可以发电的地板。图1自制发光地板看这盏与地板相连的发光二极管(踩压地板,二极管闪亮),你们看到了什么?(学生回答:发光)笔者在这微弱的闪光中还看到了方兴未艾的节能环保时代。设想在过道、马路都装上发电地板,会是怎样的情境?遗憾的是,这块发电地板产生的电能不够,希望和大家一起走近能让它更亮的原理——法拉第电磁感应定律。

　　思考:问题情境的生命价值在于激发学生的问题意识,彰显探究的意义和激活学习的兴趣。联系课堂的发展方向,问题情境也可以是整个课堂的背景,甚至是课堂探究的主线。问题探究过程围绕问题情境开始、发展、深化。

　　2.科学猜想的诞生

　　(1)猜想的启发

　　首先看看它是怎么发电的?(打开盒子)引导学生观察,依次找到磁铁、多匝线圈,回归如图2所示基本实验装置。产生感应电流对应的电动势为感应电动势,产生感应电动势的部分相当于电源。

　　若要灯更亮,即要对应的感应电动势增大,那么就要思考感应电动势与哪些因素有关?

　　(2)猜想的引导

　　立足于思考,注意需要的器材。磁铁——产生磁场,描述磁场的物理量是磁感应强度;线圈,描述线圈的有匝数、面积。(预设:猜想与磁感应强度B,线圈面积S,磁通量Φ,线圈匝数N有关)

　　立足于行动,在学生面前都有基本实验装置图2中的器材,可以动手实验。在实验中提炼感应电动势E与哪些因素有关。(预设:速度、磁通量的变化、磁通量变化的大小或者快慢)

　　(3)猜想的分析

　　是否猜想后就付诸实验,还是需要先通过理性分析剔除不成熟的“想象”?回想法拉第发现“磁生电”的历程。为什么他发现了“磁生电”?在“产生”的原因上他和别人有什么根本的不同?(预设:变化的磁场、磁通量的变化、磁是“动的”等说法)是“动态”的磁才能产生感应电动势,影响感应电动势大小的因素最有可能的是“动态的量”。

　　(4)猜想的表述

　　感应电动势E与磁通量的变化有关。引导学生从哪些维度可以描述变化情况;从哪些角度描述速度变化(速度变化的大小、方向和快慢)。预设:磁通量变化的大小ΔΦ,磁通量变化的快慢

　　思考:猜想不是任学生“天马行空”般地胡思乱想,也不是强行灌输“目标猜想”。如同生命的发展历程,猜想也应该有一个从懵懂逐步走向成熟的过程。教师需要有充分的预设,高屋建瓴地引领学生猜想的方向;教师需要有多种形式的引导,剔除学生“猜想”的非科学因素。在师生的互动中探索学生向往的神秘“猜想”。

　　3.实验探究的步步深入

　　(1)学生在自主实验中确定E与的定性关系

　　E与磁通量的变化有怎样的关系?

　　实验方案:

　　ΔΦ大,变化快,E________。

　　ΔΦ大,变化慢,E________。

　　ΔΦ小,变化快,E________。

　　ΔΦ小,变化慢,E________。

　　实验操作:磁铁从底部(图2)拿到离线圈较远,看成磁通量变化大;磁铁从底部拿到线圈口,看成磁通量变化小。根据学生的认知程度,教师可先演示变化量的大小和变化快慢的控制方法,然后让学生模仿。

　　方案1:Δt一定,改变ΔΦ,改变B。预设方案如图3所示。一根磁铁与两根磁铁以相同的速度插入两个与电流表相连的相同线圈,两组学生相互合作,观察电流表的指针偏转情况。

　　方案2:ΔΦ一定,改变△t。参照圆周运动有关知识,根据学生的认知程度,预设方案如图4所示。变频器带动磁铁转动,以不同的转速通过线圈,观察电流表示数情况。

　　实验操作:师生合作,完成方案1中的实验。实验中观察到当磁铁插拔的过程中,两个G表的示数大约是2倍关系。实验中遇到的问题是G表摆动很快,学生不容易对比观察。

　　实验改进引导:如何能更清楚地分析数据。(预设:采用摄像或者照相的方式)

　　利用相机拍摄G表的变化过程,当堂分帧播放视频。实验结果如图5所示,两个G表的偏转量成2倍关系,说明二者感应电动势E成2倍关系。

　　总之,感应电动势E近乎与磁通量的变化率成正比。

　　思考:实验探究是整个探究过程中最具浓墨重彩的一笔,但也最容易走向两个极端,即彻头彻尾地牵着学生鼻子走或者放任学生。前者,课堂看起来非常流畅,但学生能力上是“停滞”的;后者,课堂气氛活跃,但学习是低效的甚至是无效的,思维上是“死”的。唯有针对学生“动手”、“动脑”上的难点恰如其分地动态引导,才能真正让探究激发持久的活力。“生命课堂”的探究魅力就表现在这“跌宕起伏”的“动态生成”之中。

　　4.探究成果谨慎的总结

　　思考:在总结探究成果环节时,经常听到类似“我们一起发现了××规律”的话,严重削弱了学生对“真理”应有的敬畏之情。总结中要尽可能肯定学生的成绩,但是不能建立在对科学探究艰辛曲折漠视的基础上。

　　5.课堂小结中的品味与展望

　　品味问题:你对“法拉第电磁感应定律”的再认识。(预设:感悟科学探究的艰辛)

　　引导:科学先贤们在当时没有精密的实验仪器情况下,发现了电磁感应定律。而我们今天只是发现“近乎”成正比关系。

　　展望问题:畅想发电地板应用前景。展示日本地铁站的发电地板和瑞士的发电公路图片。

　　思考:当前课堂总结多半是“走过场”,几乎是照着板书从头到尾念一遍。总结应是对整个课堂从三维目标角度的一个新认识,特别是对于研究的过程与方法、学习的情感态度与价值观应该有品味。总结是探究过程中承上启下的一节,在阶段性结束旧问题认知的同时,必须开启未知领域的大门,展望学生再探究的方向。

　　四、教学反思

　　整体来说,无论从学生的反应还是从笔者教学体会来看,本课的鲜明特色是探究过程具有生命感。紧盯主题、形式多样的问题情境和循序渐进的问题铺垫,让探究内容在“好奇”和“期待”中动态生成;各种层次的引导和预设,让整个探究过程在“繁花”和“止水”的反复中“一路畅通”;理性的科学疑问与感性的研究感悟相交融,让物理问题研究课堂体现着“一花一世界,一叶一菩提”的韵味。“生命课堂”视角优化探究过程之美就在于学生在学习物理中能感受人文的魅力,在科学态度中体验精神生活的自由。

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