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