“学为中心”的物理教学设计探讨
——以“楞次定律”为例

陈燕琴

(浙江省回浦中学,浙江 台州 317000)

“学为中心”是现代教育理念下为顺应新时代的育人要求、促进学生核心素养培养的重要途径和措施。它注重以学生及其学习为中心,倡导教学要以学生的情感、需求及其自主、能动的行为方式为中心。[1]与“教为中心”的本质区别在于“学为中心”的着力点是有效培养学生的学习能力。“学为中心”这一教育理念的形成和确立,为教育工作者指明了努力方向。笔者以“楞次定律”为例,重点讨论根据教学目标设计有效教学策略,为学生创设能动的学习条件,开展“学为中心”的课堂教学。

1 目标内容、核心素养构成要素及学业水平的设计

采用“学为中心”教学方式时需要教师课前掌握学生的认知水平与知识经验,分析学生思维特点与思维障碍,并在课程目标的指导下分析教学内容,确定教学目标。

学生在学习“楞次定律”前已经掌握了电路、磁场及感应电流的产生条件等相关基础知识,具备了基本的观察分析能力、实验动手能力及物理规律总结能力,为楞次定律的学习提供了一定的知识经验与能力基础。但学生思维品质不高,综合分析解决问题的能力不强,而楞次定律涉及的物理因素较多,关系较为复杂。为此,在分析学生学情与教学内容的基础上,提出主要学习内容和学习目标、核心素养构成要素及学业水平,具体如表1所示。

表1

2 学习内容组织

教学目标的顺利实现,需要教师结合学生实际,将学习内容有机整合,设计出适合学生思维规律的教学流程,为学生自主、能动的学习活动创设条件,实现“以学为本”。

在“楞次定律”教学中,以学生在物理规律探究中经常要经历的猜想、实验、概括总结、理论推导等过程为活动主线，设计出教学流程(图1)。教学活动以学生自主、能动的学习为主,凸显学生的主体地位,体现“以学为本”的要求。

图1

3 学习情境创设

利用外显的教学活动，化抽象为形象、化模糊为具体,引导学生主动体验、激发兴趣,为学生自主学习活动的开展创设情境条件。

在“楞次定律”教学中,引导学生建构阻碍模型、认识“阻碍本质即为能量守恒”归纳出感应电流方向的规律，深入挖掘“阻碍”的深层涵义,为此设置了如下学习情境。

磁铁在闭合线圈中上下振动过程中由于受到阻碍作用而振动逐渐减弱；二极管交替发光,但亮度随着磁铁振动的减弱而逐渐变暗(图2)。

图2

提问:磁铁运动为什么越来越慢？灯为什么越来越暗?感应电流的磁场为什么总是阻碍磁通量的变化?若促进磁通量的变化会有什么结果?

学生在体验直观的实验现象的基础上,讨论得出“阻碍”的本质即为“能量守恒”。

用实验创设情境，利用直接的感官体验将“阻碍”形象化、具体化,进而降低学生思维难度,激发求知欲望。利用有导向功能的问题情境,引导学生结合既有知识和学习经验展开思考和讨论,主动建构“阻碍”模型,理解“阻碍”本质。

4 学习问题设置

由于学生的综合解决问题的能力相对较弱,在较为复杂的探究活动中极易出现思维混乱，不利于学生独立、自主、连贯的探究活动的顺利开展。教师可根据学生的认知水平、思维习惯,将学习内容重新整合，设计层层深入的问题串,为学生的独立探究活动的开展提供线索,既能引导学生顺利开展“以学为本”的探究活动,又能做到“少教多学”，为学生留出足够的探究时间和思维空间。在引导学生认识感应电流的磁场的“纽带”作用时,利用传感器(图3)显示出磁铁插入或拔出线圈过程中二者存在相互作用的现象,设计如下问题串:

图3

(1) 磁铁和线圈为什么能够产生相互作用?

(2) 磁铁插入、拔出线圈时线圈周围存在什么物质?

(3) 线圈周围的磁场是从哪里来的?

(4) 感应电流的磁场能将感应电流的方向与磁通量的变化及磁场方向联系起来吗?它们又有着怎样的联系呢?

学生以教师提出的系列问题为线索,通过分析、讨论、交流实现自主建构。在整个学习过程中,学生的自主探究占据主要时间,而教师只在交流汇报环节提供必要的导引和评价,实现“以学为本”“少教多学”。

5 学生活动设计

学生的学习不是教师将知识简单地传授给学生的过程,而是学生能动、独立的建构过程。[2]“学为中心”的物理教学注重以学生为中心,倡导教学要以学生的情感、需求及其自主、能动的行为方式为中心。教师应立足于学生的认知水平、知识经验及教学内容,为学生设计形式多样的学习活动,如实验探究、小组讨论等深度学习活动,让学生亲身经历观察、探究、分析、推理、总结等系列思维过程,实现思维品质的不断提升。笔者在“探究感应电流方向规律”的环节,为学生设计了系列活动。

(1) 学生观察电磁感应现象实验,小组讨论并猜想感应电流方向的影响因素：磁极、磁体运动方向。

(2) 学生小组合作,利用磁铁、线圈、发光二极管等实验器材设计实验(图4),定性探究影响感应电流方向的因素。

图4

(3) 分析学生根据实验现象观察,完成实验现象记录。并展开分组讨论,尝试从磁极与磁体运动方向角度分析、归纳感应电流方向的规律。

(4) 把握学生结合感应电流的产生条件,透过现象看本质,尝试从磁场方向与磁通量变化角度分析、归纳感应电流方向的规律。

(5) 学生在寻找“磁”和“电”直接关联而屡屡受挫的基础上,尝试转换视角,寻找“磁”和“电”的间接关联,即寻找既与“磁”有关又与“电”有关的起纽带作用的关联物理量。

(6) 学生通过观察磁铁与线圈间存在的相互作用的演示实验(图3),感知感应电流的磁场的存在,受启发后尝试以感应电流的磁场作为“磁”和“电”联系的纽带,归纳出感应电流方向的规律。

整个活动流程如图5所示。

图5

人类在探究未知领域时,思维和行动倾向于直奔主题,利用直观的现象直接寻找规律,在遭遇挫败时才会转换视角、调节思路、寻求突破。在该环节的学生活动设计中,学生经历了由现象到本质,由直接到间接的探究过程,思维过程循序渐进、层层深入,符合学生的认知规律。学生在探究过程中体验了“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村”的意境，不仅能让学生亲身经历规律探究的过程,习得科学思维方法,提升科学探究能力,更能让学生在突破层层障碍的过程中养成认真严谨、实事求是、持之以恒的科学态度。整个教学环节以学生主动的观察、讨论、思考、归纳等思维活动为主要内容,学生始终处于课堂的中心地位。我们作为教学情境的创设者,探究过程的组织者与合作者,仅在学生陷入困境时提供思维上和方法上的引导,体现了“以学为本”“少教多学”“以学定教”的特征。

6 搭设思维支架,提供学习帮助

物理课堂教学中常存在三种思维活动,即物理学家的思维活动、教师的思维活动和学生的思维活动。[2]三种思维活动在高度、广度、深度上的差异易使学生的思维路径出现断层而形成思维障碍。因此教师需要课前分析学生的知识经验、认知水平及思维障碍,为学生的学习提供帮助,力求引导学生突破思维障碍,顺利实现教学目标。

在“探究感应电流方向”的规律时,学生在活动中尝试从“磁场方向与磁通量变化”角度分析、归纳感应电流方向的规律而再次受挫时，如何转换视角寻找“电”与“磁”的间接关联，从而引入感应电流的磁场？学生在此处极易出现思维断层,存有较大的思维障碍,需要教师搭设思维支架,提供学习帮助。

6.1 由“寻找直接关联”向“寻找间接关联”的思维引导

引导1:利用“磁通量变化”与“原磁场方向”的联系，依然没能找出感应电流方向的规律,是不是思考的方向出现了问题?

“感应电流”是关于电流的,“磁通量的变化”及“磁场方向”是关于磁的,这是两种不同的物理量,不同的物理量间的联系比较难找,能否找到一个物理量将“电”和“磁”联系起来呢?

6.2 呈现实验现象,让学生感知“感应电流的磁场”

教师提示:在磁铁与线圈的相对运动中,我们是否忽略了某些关键信息?

演示实验:将闭合线圈放置在力传感器上(图3),观察磁铁插入、拔出线圈过程中力传感器示数的变化情况。

引导2:磁铁和线圈为什么能够产生相互作用?说明磁铁插入、拔出线圈时线圈周围存在什么物质?线圈周围的磁场是从哪里来的?感应电流的磁场能将感应电流的方向与磁通量的变化、磁场方向联系起来吗?它们又有着怎样的联系呢?

通过问题引导、实验现象呈现等方式,启发学生转换视角、另辟蹊径,尝试利用感应电流的磁场寻找“电”和“磁”的间接关联,从而帮助学生消除障碍,跨越思维断层,使自主探究活动得以顺利进行,更好地实现“以学为本”。

“学为中心”的物理教学强调要将课堂的主动权还给学生,让学生在能动、自主的学习活动中实现知识建构和能力提升,突出“以学为本”。但学生学习活动的开展往往受限于既有的知识经验和能力水平,学生极易受困于各种复杂的物理关系、学习障碍而使能动、自主的学习活动无法顺利开展。因此,教师需要课前认真研究教学内容和学生学情,制定有效的教学目标,运用适合的教学策略,为学生的主动学习活动创设条件,有效培养学生的核心素养。因此,教师课内的“少教”是以课前的“多备”为前提,用“以学定教”“少教多学”促成“以学为本”。