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法拉第電磁感應(yīng)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(qiáng)調(diào)尊重學(xué)生學(xué)習(xí)自主權(quán)、尊重學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律,強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)與興趣相結(jié)合、生活活動(dòng)與創(chuàng)造活動(dòng)相結(jié)合,強(qiáng)調(diào)課堂由“死”變“活”、由“靜”變“動(dòng)”、由“教”變“學(xué)”。隨著新課程理念的深化、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(xiàn)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(yàn)證”、“總結(jié)”這類缺乏活力的“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(yīng)定律”一節(jié)典型課為案例,談?wù)剬?duì)“生命課堂”視角下優(yōu)化問(wèn)題探究過(guò)程的認(rèn)識(shí)。
一、教學(xué)分析
1.教材分析
法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁感應(yīng)的基本規(guī)律,也是影響時(shí)代變遷的重要物理規(guī)律。另一方面,本節(jié)知識(shí)是前面三節(jié)知識(shí)(電磁感應(yīng)現(xiàn)象,感應(yīng)電流的條件、方向,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小)的延續(xù)和發(fā)展,也是學(xué)生計(jì)算與電磁感應(yīng)有關(guān)問(wèn)題的依據(jù)。
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(xí)了“磁生電”的關(guān)鍵在于磁通量的變化;根據(jù)楞次定律能判斷線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的電流方向。學(xué)生做過(guò)“導(dǎo)體切割磁感線”和“磁鐵插入、拔出線圈”產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn),具有基本的實(shí)驗(yàn)操作能力。
但是,本節(jié)教材對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律幾乎是直接給出,照本宣科很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)中不發(fā)掘認(rèn)知目標(biāo)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(nèi)容很重要,從“考”的動(dòng)機(jī)上“確定”該內(nèi)容的“核心”要素;總是線性地思考學(xué)生已經(jīng)掌握了什么,應(yīng)該具有什么能力。“生命課堂”視角下教師對(duì)教材定位時(shí)要多一些立足于學(xué)生的自問(wèn),學(xué)生對(duì)“定律”類的問(wèn)題是否感興趣,對(duì)“電磁感應(yīng)”現(xiàn)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(duì)“問(wèn)題與探究”有怎樣的期待等等。
二、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)與技能
(1)學(xué)生知道產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源,知道感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化快慢有關(guān)。
(2)學(xué)生能區(qū)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(yīng)定律,掌握其表達(dá)式。
2.過(guò)程與方法
(1)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,經(jīng)歷完整的、較為嚴(yán)密的規(guī)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
(1)學(xué)生在規(guī)律探究的逐步完善中感受發(fā)現(xiàn)的喜悅。
(2)學(xué)生在規(guī)律探究的各個(gè)環(huán)節(jié),特別是猜想、實(shí)驗(yàn)、結(jié)論中領(lǐng)悟科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)。
思考:尊重是“生命課堂”的保障,教學(xué)目標(biāo)中的行為主體應(yīng)該是學(xué)生,設(shè)置的探究目標(biāo)必須是課堂上學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)。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(yù)設(shè),必須多一些富有親和力的問(wèn)題解決方法的引導(dǎo),必須在平等對(duì)話的氛圍中積極構(gòu)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(biāo),讓學(xué)生體驗(yàn)以物理知識(shí)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)不起眼的線圈(投影法拉第照片及其所用線圈),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(xiàn)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(jié)能環(huán)保時(shí)代。設(shè)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(yīng)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(shí),彰顯探究的意義和激活學(xué)習(xí)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。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(dǎo)學(xué)生觀察,依次找到磁鐵、多匝線圈,回歸如圖2所示基本實(shí)驗(yàn)裝置。產(chǎn)生感應(yīng)電流對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分相當(dāng)于電源。
若要燈更亮,即要對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大,那么就要思考感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與哪些因素有關(guān)?
(2)猜想的引導(dǎo)
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(yīng)強(qiáng)度;線圈,描述線圈的有匝數(shù)、面積。(預(yù)設(shè):猜想與磁感應(yīng)強(qiáng)度B,線圈面積S,磁通量Φ,線圈匝數(shù)N有關(guān))
立足于行動(dòng),在學(xué)生面前都有基本實(shí)驗(yàn)裝置圖2中的器材,可以動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中提煉感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與哪些因素有關(guān)。(預(yù)設(shè):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(yàn),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(xiàn)“磁生電”的歷程。為什么他發(fā)現(xiàn)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(yù)設(shè):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(yīng)電動(dòng)勢(shì),影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與磁通量的變化有關(guān)。引導(dǎo)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(yù)設(shè):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(qiáng)行灌輸“目標(biāo)猜想”。如同生命的發(fā)展歷程,猜想也應(yīng)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(yù)設(shè),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(dǎo),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(yàn)探究的步步深入
(1)學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)操作:磁鐵從底部(圖2)拿到離線圈較遠(yuǎn),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(jù)學(xué)生的認(rèn)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(yù)設(shè)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圈,兩組學(xué)生相互合作,觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)情況。
方案2:ΔΦ一定,改變△t。參照?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)有關(guān)知識(shí),根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知程度,預(yù)設(shè)方案如圖4所示。變頻器帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng),以不同的轉(zhuǎn)速通過(guò)線圈,觀察電流表示數(shù)情況。
實(shí)驗(yàn)操作:師生合作,完成方案1中的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中觀察到當(dāng)磁鐵插拔的過(guò)程中,兩個(gè)G表的示數(shù)大約是2倍關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題是G表擺動(dòng)很快,學(xué)生不容易對(duì)比觀察。
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)引導(dǎo):如何能更清楚地分析數(shù)據(jù)。(預(yù)設(shè):采用攝像或者照相的方式)
利用相機(jī)拍攝G表的變化過(guò)程,當(dāng)堂分幀播放視頻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示,兩個(gè)G表的偏轉(zhuǎn)量成2倍關(guān)系,說(shuō)明二者感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E成2倍關(guān)系。
總之,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E近乎與磁通量的變化率成正比。
思考:實(shí)驗(yàn)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(xí)是低效的甚至是無(wú)效的,思維上是“死”的。唯有針對(duì)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(dǎo),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(xiàn)在這“跌宕起伏”的“動(dòng)態(tài)生成”之中。
4.探究成果謹(jǐn)慎的總結(jié)
思考:在總結(jié)探究成果環(huán)節(jié)時(shí),經(jīng)常聽(tīng)到類似“我們一起發(fā)現(xiàn)了××規(guī)律”的話,嚴(yán)重削弱了學(xué)生對(duì)“真理”應(yīng)有的敬畏之情�？偨Y(jié)中要盡可能肯定學(xué)生的成績(jī),但是不能建立在對(duì)科學(xué)探究艱辛曲折漠視的基礎(chǔ)上。
5.課堂小結(jié)中的品味與展望
品味問(wèn)題:你對(duì)“法拉第電磁感應(yīng)定律”的再認(rèn)識(shí)。(預(yù)設(shè):感悟科學(xué)探究的艱辛)
引導(dǎo):科學(xué)先賢們?cè)诋?dāng)時(shí)沒(méi)有精密的實(shí)驗(yàn)儀器情況下,發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。而我們今天只是發(fā)現(xiàn)“近乎”成正比關(guān)系。
展望問(wèn)題:暢想發(fā)電地板應(yīng)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(dāng)前課堂總結(jié)多半是“走過(guò)場(chǎng)”,幾乎是照著板書(shū)從頭到尾念一遍�？偨Y(jié)應(yīng)是對(duì)整個(gè)課堂從三維目標(biāo)角度的一個(gè)新認(rèn)識(shí),特別是對(duì)于研究的過(guò)程與方法、學(xué)習(xí)的情感態(tài)度與價(jià)值觀應(yīng)該有品味�？偨Y(jié)是探究過(guò)程中承上啟下的一節(jié),在階段性結(jié)束舊問(wèn)題認(rèn)知的同時(shí),必須開(kāi)啟未知領(lǐng)域的大門,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(yīng)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?jī)?nèi)容在“好奇”和“期待”中動(dòng)態(tài)生成;各種層次的引導(dǎo)和預(yù)設(shè),讓整個(gè)探究過(guò)程在“繁花”和“止水”的反復(fù)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(xiàn)著“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(xí)物理中能感受人文的魅力,在科學(xué)態(tài)度中體驗(yàn)精神生活的自由。
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