基于学习进阶的复习课教学设计

摘 要：基于学习进阶的教学设计，有利于促进学生的深度学习，培养学生的核心素养.以楞次定律为例，统筹了从新课、习题课、阶段复习课、一轮复习课的目标进阶，并以阶段复习课的选题为例，纠正了一些不完备的推论，拓展了运动与相互作用观念、能量观念，从而提升学生的物理观念水平和科学思维能力.

关键词：学习进阶;核心素养;阶段复习;楞次定律

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）21-0038-03

基金项目：浙江师范大学名师名校长培养工程专项课题“基于学习进阶理论的高中物理校本作业开发实践与研究”（项目编号：ZX2018029）.

作者简介：杨国平（1971-），男，浙江上虞人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理学科教学及评价.

楞次定律是电磁学的重要规律之一，是电磁感应一章的重点和难点.通过教学，有利于培养学生的物理观念，提高其科学思维能力和科学探究能力.

1 基于学习进阶的教学设计

基于楞次定律“阻碍”内涵之丰富，呈现方式之多样性，有必要依据学习进阶理论进行教学设计[1].

1.1 新课教学

通过实验，经历教科书要求的“研究感应电流方向的实验记录”过程，在此基础上，引导学生借助“感应电流的磁场”中介，归纳得出“增反减同”结论，进而提炼出“阻碍”一词，使学生感受到物理规律的简洁美.之后通过例题引导，巩固解题的四个步骤，并把右手定则纳入到楞次定律中.提升学生的科学思维能力是新课教学的主要目标.

1.2 习题课教学（新课第2课时）

1.2.1 变而阻动

从因果关系来看，磁通量变化产生感应电流，电流在磁场中要受力，安培力最终体现在机械效应上;从本质上讲，楞次定律是能量守恒的必然要求，电能是由其它形式的能转化而来的;从相对运动的角度来看，安培力要阻碍相对运动的发生，通常表现为“来拒去留”“跟着动”（这些推论都有反例存在，不能算是规律）.因磁通量变化最终表现为阻碍相对运动，“变而阻动”就是楞次定律在机械效应方面的高度概括.

1.2.2 动以阻变

涉及到闭合回路的受力问题时（进而判断运动方向），会发现一个终极规律：任何运动的发生无一例外地表现出对磁通量变化的阻碍——“动以阻变”（释义：事后看来，之所以如此运动，目的是为了阻碍磁通量的变化），是“效果阻碍原因”的体现.有人把它总结为“增缩减扩”，但该结论有一类反例存在，运用时要注意.

1.3 阶段复习课

根据学习进阶理论，期末考试前应该安排若干节微专题复习课（二轮复习可以看作是阶段复习的进阶），这一方面可安抚学生因备考而引起的紧张心理，另一方面更是对相关内容进行拓展深化的好时机.

本节复习课的教学目标为：掌握楞次定律的表达方式;通过特例分析，正确理解“阻碍”之含义;通过拟人化的手法（想象闭合线圈能像人一样思考“朝哪个方向运动能使磁通量变化得慢一些”），进一步领悟“阻碍磁通量变化”的含义.

1.4 一轮复习课

如果说阶段复习课重在“深入”，那么一轮复习就贵在“整合”.从磁通量变化的原因来看，部分导体切割磁感线产生电流，其方向可以用右手定则（楞次定律的特例）来判断;磁铁与线圈之间因相对运动产生电流，可以逆向思考：机械能转化为电能时要克服磁力做功，据此可判断出环形电流的等效磁极，进而反推电流方向;其他情况（例如由于电流的变化、线框在磁场中转动）引起的感应电流，可以由楞次定律的三个推论解决.自感现象、电磁阻尼和电磁驱动、变化的磁场产生电场（涡旋电场的方向），都是楞次定律的拓展应用.

1.5 二轮复习课

本主题综合性不强，没必要设置二轮专题复习课.但在其他二轮专题中可以渗透（滚动复习），例如，导电滑轨专题中少不了楞次定律的应用，整合能量观念、等效思想时楞次定律都是一個独特的存在，还可以在图像专题中借助B-t图、i-t图像等来深化对楞次定律的理解……通过多次进阶，使学生深刻领悟楞次定律“阻碍”之涵义.

2 阶段复习课之例题教学设计

例题1 如图1所示，一竖直放置的矩形闭合线框abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持ab边在纸内，cd边在纸外，由图中位置 Ⅰ 经过位置 Ⅱ 到位置 Ⅲ ，位置 Ⅰ 和位置 Ⅲ 都很接近位置 Ⅱ ，这个过程线圈中的感应电流

A.沿abcd流动

B.沿dcba流动

C.先沿abcd流动，后沿dcba流动

D.先沿dcba流动，后沿abcd流动

解析：感应电流的产生是磁铁和线框（通过磁场）相互作用的结果，画出N极附近磁感线的分布图，该过程中穿过线框的磁通量先增后减，根据“增反减同”，选项C正确.

点评：有人套用“来拒去留”求解.把环形电流等效于小磁针，在位置II上方，线框的左侧应表现为N极（相互排斥），在位置II下方线框左侧表现为S极，再根据右手螺旋定则判断出感应电流方向，似乎也能选出C.这种感觉并不可靠，若把线框的状态由竖直改为水平（下落），如图2，根据“来拒去留”推论，极有可能认为在位置II上方线框下侧表现为N极，从而错判.坚挺“来拒去留”者认为，图2中“线框由图中位置 Ⅰ 经过位置 Ⅱ ，磁通量是减小了，排斥线圈下落与吸引线圈左移相比，在阻碍磁通量减小上起到的效果更小[2]”.笔者建议，如果相对运动不是沿着两者的连线，就尽量回避用“阻碍相对运动”解题，“增反减同”才是阻碍之本义.

例题2 （2011年上海）如图3所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生了顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势.由此可知，圆环a

A.顺时针加速旋转   B.顺时针减速旋转

C.逆时针加速旋转   D.逆时针减速旋转

解析：先需要厘清本题中涉及的因果关系.电荷定向运动形成環形电流;电流在其周围空间激发磁场;磁场变化导致金属圆环b的磁通量发生变化，产生感应电流;感应电流在磁场中受力而表现出收缩或扩张的趋势.在选项A所述情况下，顺时针的等效电流增大，导致金属圆环b的磁通量（注意出入的磁感线都有，净磁通量向里）增加，根据“增反减同”，感应电流为逆时针，不符合题意;选项D也与Ib方向矛盾;选项C虽能获得图示方向的感应电流，但反向电流互相排斥，b应该具有扩张趋势，也不符合题意.本题答案为B.

点评：如果套用“增缩减扩”结论解题，将会错选AC.究其原因，“增缩减扩”这个推论把磁通量的变化简单地对应于面积变化了，这在遇到有两个方向的磁通量叠加（相减）时极易出错.

例题3 如图4所示，两闭合金属圆环套在光滑水平杆上，当条形磁铁沿着两环的中心轴线靠近时（未穿出），两环

A.同时向左运动，距离增大

B.同时向左运动，距离不变

C.同时向左运动，距离减小

D.同时向右运动，距离不变

解析：磁铁与线圈之间有相对运动，磁通量变化后，线圈将以“阻碍相对运动”的方式运动，或说“跟着动”，但线圈向左运动的速度比磁铁的小.那么，两个线圈运动的速度会相等吗？不会，由于右边的线圈离磁铁更近，阻碍效应更明显，它与磁铁之间的相对速度就更小，即右边线圈的速度比左边的要大.本题答案为C.

点评：用磁通量的变化来描述相互作用的特征时（引起磁通量变化的原因就是相互作用，其具体形式可以是线圈位置变化、线圈面积变化、磁场变化等），学生头脑中的相互作用概念已经由实物拓展到场了[3].另外，感应电流对（另一）电流的作用力远小于磁铁对电流的作用力，如果依据“同向电流互相吸引”判断两环距离减小，纯属巧合.

例题4 如图5所示，两组光滑平行金属导轨固定在水平面上，通过交叉的金属片相连，交叉处不联通，匀强磁场垂直导轨平面向下，导体棒ab、cd可在导轨上自由滑动，当ab棒向左移动时

A.ab棒中感应电流的方向为a → b

B.ab棒中感应电流的方向为b → a

C.cd棒向左移动

D.cd棒向右移动

解析：根据右手定则，ab棒中感应电流的方向为a → b，那么cd棒中电流方向为c → d;再根据左手定则，cd棒将向右移动.本题答案为AD.

点评：如果套用推论“跟着动”来求解，本题极易出错.事实上本题可以根据“动以阻变”来分析，中间的金属片交叉连接，等效于右边导轨面反转了（类似于纸条经中间交叉折叠后呈现的是背面），即abcd所围成的面积中，左右两部分的磁通量要相减.ab棒向左运动导致穿入正面的磁通量增加，那么cd棒必须向右移动，才能使得穿入背面的磁通量也增加，从而阻碍磁通量的变化.如果把图5改画成图6，读者就不难理解了（两棒向相反的方向运动）.

例题5 （2008年重庆）如图7所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈，当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，线圈始终不动.则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是

A.FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左

B.FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左

C.FN先大于mg后大于mg，运动趋势向右

D.FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右

解析：通过对线圈的受力分析来求解是比较麻烦的.磁铁从上方经过时，线圈没有动是因为受到了桌面的摩擦力（当然还有支持力）作用.为了能从机械效应的角度求解，假设（桌面光滑）线圈可以自由移动.在磁铁移动到线圈的正上方之前，线圈怎样动才能表现出阻碍磁通量的增加呢？一方面，磁铁从左而右过来，所以线圈要向右跟着动（即所受安培力向右）;另一方面，磁铁靠近线圈，所以线圈要向下逃开去（即安培力向下），两种效应都指向“使磁通量增加得慢一些”.越过正上方后，磁通量开始减小，线圈一方面仍要向右跟着动，另一方面要向上靠拢磁铁（安培力向上）以使两者的距离不要太远，从而使得磁通量减小不要太快.本题答案为D.

点评：对于受外界制约而静止不动的闭合回路，假设它也想运动（拟人化），常可以借助推论“动以阻变”巧妙地求解.本题通过相对运动在两个方向上的机械效应，化静为动，达到了出奇制胜的效果.

3 结束语

判断感应电流的方向，既可以用磁通量变化的表象“增反减同”来分析，也可以用相互作用观点“阻碍变化”来推理，还可以用守恒观点“机械能转化为电能”来求解.学习策略如图8所示[4].

参考文献：

[1]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

[2]刘大明，江秀梅.从习题错解中反思楞次定律的理解与活用[J].中学物理，2017，35（07）：15-17.

[3]苗元秀.从楞次定律的教材设计谈物理学科核心素养的培养[J].中学物理教学参考，2018，47（23）：1-3.

[4]郑其丰，黄晶.基于认知规律 打造高效课堂——以“楞次定律”第2课时教学为例[J].物理教师，2016，37（01）：13-16.

（收稿日期：2021-07-05）