張齊峰

摘要：本文介紹了運用簡易自制教具，定量探究法拉第電磁感應(yīng)定律的教學(xué)設(shè)計過程，改進了教材上的學(xué)生實驗.同時，教學(xué)中以實驗、問題、啟發(fā)、應(yīng)用或拓展為手段，以語言、圖象、表格或代數(shù)為方式，讓學(xué)生在動眼、動手、動口、動腦或合作交流中，逐步發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：學(xué)生核心素養(yǎng)；法拉第電磁感應(yīng)定律；教學(xué)設(shè)計

課堂是學(xué)生發(fā)展能力的主陣地，為了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，筆者上了一節(jié)市級教學(xué)公開課，現(xiàn)把這節(jié)課的教學(xué)過程和設(shè)計意圖與同行分享.

1教學(xué)過程

1.1激趣引入

上課伊始，組織同學(xué)進行趣味比賽.要求兩名同學(xué)同時操作手搖式兩臺發(fā)電機，比較哪個燈泡更亮，獲勝者予以鼓勵.

設(shè)計意圖 前蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說過：“求知欲，好奇心是人的永恒的，不可改變的特性.哪里沒有求知欲，哪里便沒有學(xué)校.”有效的教學(xué)情境，可以激發(fā)學(xué)生強烈的求知欲望.讓學(xué)生在親手操作，親歷情境和親身體驗中點燃學(xué)生探究和學(xué)習的“火把”.

1.2猜想與假設(shè)

與參加趣味游戲的同學(xué)交流，你認為發(fā)電機的電動勢（感應(yīng)電動勢）大小可能與哪些因素有關(guān)？學(xué)生可能回答，與磁場強度、轉(zhuǎn)速、線圈大小、匝數(shù)和導(dǎo)線的粗細等有關(guān).

教師：下面三種圖（圖1、圖2、圖3）均能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，上述因素是否是影響感應(yīng)電動勢大小的最本質(zhì)的因素？

學(xué)生：在圖1、2和3中，由于不涉及轉(zhuǎn)速或線圈大小，所以轉(zhuǎn)速和線圈大小不是最本質(zhì)因素.又因為感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件與磁通量的變化有關(guān)，結(jié)合發(fā)電機實驗的感受，我認為可能與磁通量的變化、匝數(shù)和運動時間有關(guān)？

教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)，感應(yīng)電動勢E可能與磁通量的變化△φ、匝數(shù)n和時間△t有關(guān).

設(shè)計意圖 提倡開放性和主動性，引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象，排除非本質(zhì)因素，得到本質(zhì)屬性，訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力和信息收集、分析與處理能力，達成核心素養(yǎng)中自主發(fā)展（學(xué)會學(xué)習，健康生活）的部分目標.

1.3設(shè)計與實驗

教師：為了檢驗我們的猜想是否正確，下面我們運用控制變量法進行定量研究.

原理分析 如圖4，小車載著磁鐵從上滑下到進入線圈△L過程中（如圖5），閉合回路的磁通量φ增大、磁鐵速度υ增大，則閉合回路的感應(yīng)電動勢E增大，靈敏電流計偏角會不斷變大.調(diào)節(jié)光電門到線圈的距離，當靈敏電流計偏角最大時，用數(shù)字計時器測此時瞬時時間△t.改變線圈的匝數(shù)或磁鐵的條數(shù)，就改變了閉合回路的匝數(shù)n或磁通量的變化△φ；改變小車下滑的距離L，就改變了時間△t，血這樣，就可以比較感應(yīng)電動勢E與匝數(shù)n、磁通量的變化△φ和時間△t的關(guān)系了.

實驗步驟與數(shù)據(jù)處理

（1）保持磁通量△φ、△t不變，探究E與匝數(shù)n的關(guān)系（表1）.

（2）保持△t、匝數(shù)n不變，探究E與△φ的關(guān)系（表2）.

（3）保持△φ、匝數(shù)n不變，探究E與△t的關(guān)系（表3）.

將數(shù)據(jù)描點、連線，即可得圖6、圖7和圖8.

設(shè)計意圖 學(xué)生自己進行組內(nèi)分工與相互合作，自己設(shè)計實驗、動手實驗、記錄數(shù)據(jù)、描繪圖象和得出結(jié)論，由實驗表象向歸納結(jié)論逐步過渡，主動構(gòu)建知識，達到核心素養(yǎng)中的社會參與目標.

1.4實驗結(jié)論

教師：1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，之后大量的科學(xué)家開始研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，最早由紐曼、韋伯各自從理論上提出了感應(yīng)電動勢的計算公式，之后法拉第通過精確的實驗驗證了這一規(guī)律.人們?yōu)榱思o念法拉第在電磁感應(yīng)現(xiàn)象方面的突出貢獻，就用他的名字命名了這一定律，即E=k△φ/△t，（k為比例系數(shù)）.在國際制單位中，因為1V=1Wb/s，故k=1，即單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=△φ/△t.又因為n匝線圈相當于n個電源串聯(lián)，所以n匝線圈的感應(yīng)電動勢E=n△φ/△t.

設(shè)計意圖 適時滲透情感、物理文化、思想和方法教育，避免生硬說教，同時關(guān)注學(xué)生成長，達成核心素養(yǎng)中的文化基礎(chǔ)目標.

1.5延伸推導(dǎo)

教師：能否利用法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)“導(dǎo)線切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢”？請完成下列兩種情況的推導(dǎo).

學(xué)生：垂直切割時，如圖9所示，導(dǎo)體由ab勻速移動到a1b1，這一過程中穿過閉合回路的磁通量變化△φ=BLv△t，△t時間內(nèi)軌道與金屬棒所圍面積內(nèi)磁通量的變化量為△φ=BZis=Bvl△t.由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=△φ/△t=Bv△tL/△t=BLv.即垂直切割電動勢E=BLv.

學(xué)生：切割方向與磁場方向成θ角時，如圖10所示，將υ分解為垂直于B和平行于B的兩個分量，其中v2=Vcosθ，沒有切割磁感線，不產(chǎn)生電動勢；與B垂直的分量v。=vsinθ，切割磁感線產(chǎn)生電動勢E=BLvsinθ.

設(shè)計意圖 通過對所學(xué)知識的合理推導(dǎo)，體驗解決問題的成功喜悅，增進學(xué)習物理的情感.推導(dǎo)后，注重教師評價和同伴評價的有機結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)展，達成核心素養(yǎng)中的自主發(fā)展目標.

1.6例題分析

例1 如圖11所示，在磁感應(yīng)強度為IT勻強磁場中，一根長為20cm的導(dǎo)線以2m/s的速度運動，運動方向與磁感線方向成30°角，求導(dǎo)線中的感應(yīng)電動勢的大??？

例2 勻強磁場垂直于紙面向外，磁感應(yīng)強度B=2×10T，一個直徑為20cm、電阻為0.1Ω的圓形圈放在磁場中，線圈平面垂直磁場方向。在線圈某一直徑兩端用力拉線圈，如圖12所示，在0.5s內(nèi)使線圈面積變?yōu)榱?。問：在這個過程中，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向如何？平均感應(yīng)電流有多大？

設(shè)計意圖 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)題設(shè)條件，從物理規(guī)律出發(fā)，通過分析、綜合或類比等，將實際問題簡化為物理模型，運用新知識解決新問題，達到消化、理解和反饋所學(xué)新知識.同時兩組例題對比，讓學(xué)生在反思中鞏固、深化和提高，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)由點到面、由面到體，形成合理的知識結(jié)構(gòu).endprint

1.7討論與展望

討論電動機線圈轉(zhuǎn)動時，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個電動勢是加強了電源的電流，還是阻礙了電源的電流？學(xué)生討論后發(fā)表見解，教師點評總結(jié)得出，電動機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，與電源的電流方向相反，稱為反電動勢，會阻礙線圈的轉(zhuǎn)動，從而對線圈做負功，使電能向其他形式的能轉(zhuǎn)化.

展望電磁感應(yīng)規(guī)律在日常生活中，有著廣泛的應(yīng)用.可以根據(jù)此原理制造發(fā)電機、感應(yīng)電動機和變壓器等電器設(shè)備，有興趣的同學(xué)可查閱資料或預(yù)習下一節(jié).

設(shè)計意圖“討論”片段，讓學(xué)生運用新知識解決舊問題，為知識安裝一個應(yīng)用“接口”，逐步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、勤于思考和發(fā)現(xiàn)問題的好習慣；“展望”片段，提出新知識.新情景，為知識安裝一個拓展“窗口”，激發(fā)學(xué)生探究新知識的欲望，以求達到核心素養(yǎng)中的自主發(fā)展和文化基礎(chǔ)的部分目標.

2教學(xué)反思

2.1課前

教師需充分了解學(xué)生的認知障礙，在教學(xué)過程中為學(xué)生設(shè)計邏輯關(guān)系嚴謹、難度梯度適當?shù)膯栴}或?qū)嶒炏盗?，把知識問題化，問題情境化，將學(xué)生置于問題的情境中，讓他們經(jīng)歷智力的探險，收獲思維和智慧，改變只會“模仿”不會“遷移”的頑癥.

2.2課中

通過課堂學(xué)生演示實驗和分組定量探究實驗，讓學(xué)生親臨其境，獲得具體的直接經(jīng)驗，得到清晰認識.并在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，經(jīng)過學(xué)生討論、分析、推理和歸納，上升到理性認識，形成物理概念或物理規(guī)律.

2.3概念規(guī)律教學(xué)

一個物理概念或物理規(guī)律可以用語言、圖表、代數(shù)或幾何等方式表達出來，而不同的學(xué)生對信息的不同表征形式有著不同的反應(yīng).教學(xué)中需幫助他們找到最適合自己的表征形式.反過來，如果一個學(xué)生能夠以多種形式來表達同一問題，就表示他們已經(jīng)對此問題有了非常透徹的理解.

2.4教學(xué)思想

運用物理概念或物理規(guī)律時，依據(jù)“發(fā)現(xiàn)學(xué)習”的教學(xué)思想，需從學(xué)生身邊的生活實例入手，突出從生活走向物理，從物理走向社會，在階梯中領(lǐng)悟，在漸進中進步，激發(fā)學(xué)生關(guān)注生活、應(yīng)用知識解決問題的熱情和能力.

2.5課后

還應(yīng)注重各種知識間的相互聯(lián)系，從整體角度看知識結(jié)構(gòu)，將學(xué)生各方面零散知識聯(lián)系在一起，這樣有利于學(xué)生全面掌握知識和理順各部分與整體的關(guān)系.endprint