高峰

新課標提出，要求高中物理教師應轉變傳統(tǒng)的教育教學觀念，進一步加強自身學習，把培養(yǎng)和發(fā)展學生核心素養(yǎng)與物理學科核心素養(yǎng)有機結合，體現(xiàn)出物理學科教學對培養(yǎng)核心素養(yǎng)的獨特的育人價值?；诤诵乃仞B(yǎng)培養(yǎng)和提升的高中物理教學，要求教師從改進教學方法、優(yōu)化教學策略著手，有針對性的進行課堂教學設計。在教學設計的過程中，需要對教學內容從核心素養(yǎng)的視角進行分析，根據(jù)物理學科核心素養(yǎng)的每一個要素的要求與內涵設定適合的教學目標，設計好核心素養(yǎng)培養(yǎng)和提升的教學過程。本文以“楞次定律”教學為例，談談基于物理核心素養(yǎng)提升的課堂教學設計與思考。

1 基于物理核心素養(yǎng)的教學目標設定

“楞次定律”是高中物理電磁學部分非常重要的規(guī)律之一。教學中如何制定指向核心素養(yǎng)的教學目標呢？在《普通高中物理課程標準（2017年版）》中，“電磁感應及其應用”的內容要求為：“探究影響感應電流的因素，理解楞次定律。”，對課本上的例1的要求為：“用能量的觀點解釋楞次定律”。經過認真研讀教材后，結合新課標中的學業(yè)要求和學生實際，制定了指向核心素養(yǎng)的教學目標。

1.1 物理觀念

（1）相互作用觀念?！皝碜枞チ簟笔侵笚l形磁鐵靠近（遠離）線圈時，磁鐵與線圈間有斥力（引力）作用。

（2）能量觀念。磁鐵在線圈中與線圈發(fā)生相對運動時，二極管發(fā)光（鋁環(huán)運動狀態(tài)發(fā)生改變）是因為其他形式的能量轉化為二極管所在電路的電能（鋁環(huán)動能）。

（3）規(guī)律與理論。楞次定律：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

1.2 科學思維

（1）根據(jù)楞次定律判斷感應電流方向：（（穿過閉合導體回路的磁通量變化+原磁場方向）→感應電流的磁場方向）+右手螺旋定則→感應電流的方向。

（2）利用“增反減同”方法判斷線圈（鋁環(huán)）中感應電流方向。

（3）利用“來阻去留”的思想解釋磁鐵與線圈（鋁環(huán)）間相互作用及能量轉化與守恒問題。

1.3 科學探究

（1）參與楞次定律的實驗探究，體驗科學探究的一般過程。

（2）經歷探究原磁場方向、原磁通量變化與感應電流方向關系的過程，提出結論不符合物理學科的“簡潔美”，再用條形磁鐵快速靠近（遠離）鋁環(huán)實驗找到“中介”量，使探究結論“簡潔美”。

（3）經歷磁鐵與鋁環(huán)（管）間的相互作用，體驗“來阻去留”，感悟楞次定律的本質。

1.4 科學態(tài)度與責任

（1）引導學生體會科學工作者的研究過程，認識到他們工作中的認真、嚴謹、克服困難的態(tài)度。

（2）感受物理學家對物理結論追求“科學美”的科學態(tài)度。

（3）培養(yǎng)學生實證與推理相結合的科學態(tài)度。

2 基于核心素養(yǎng)的教學設計

按照教材上《楞次定律》的設計施教，基本可以實現(xiàn)核心素養(yǎng)、學科觀念的培養(yǎng)，科學思維能力的提高和科學探究能力的提升。但是，這節(jié)課內容雖不多，但思維活動多，難度也大，涉及到的變量又多，而且很難一下找到這些變量之間的關系。對于這樣一個非常重要的規(guī)律，要在40分鐘內，通過真實的科學探究連貫完成，必須對這節(jié)課進行整體謀劃，精心布局。為此，筆者對教材中原有的演示實驗進行了小小改進，為學生騰出更多的交流討論時間。同時，對這節(jié)課采用任務分解的形式，將教學目標分解到每一個教學任務環(huán)節(jié)，逐個解決，實現(xiàn)核心素養(yǎng)培養(yǎng)和提升。

任務1：觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題

問題情境：課前準備好由螺線管、導線、兩個反向并聯(lián)的二極管構成的閉合導體回路。教師手拿條形磁鐵，將條形磁鐵的一端快速插入線圈，稍做停留后再快速抽出。如圖1所示，要求學生觀察現(xiàn)象。

問題：

（1）當條形磁鐵的N極插入螺線管時，看到什么現(xiàn)象？

（2）再把條形磁鐵從螺線管中抽出呢？

（3）條形磁鐵N極插入和抽出時，分別看到紅、綠不同的燈發(fā)光說明什么？

問題指向的素養(yǎng)目標：能根據(jù)看到的現(xiàn)象猜想出回路中有電流（科學探究）;能根據(jù)紅、綠二極管發(fā)光比對判斷出兩種情況下電流方向不同（科學探究）。

教學建議：

（1）實驗設計建議：本實驗沒有采用課本上的演示實驗方案，而將電流計換成兩個反向并聯(lián)的二極管。一是可以減少探究電流方向與電流計指針偏轉方向的關系這個環(huán)節(jié)，為后面探究感應電流方向規(guī)律留出更多時間。二是減少對學生思維上的干擾，讓學生能更好的集中于本節(jié)課的主題。

（2）實驗操作建議：為了讓實驗現(xiàn)象更加明顯，最好選用釹鐵硼磁鐵（后文統(tǒng)稱“強磁鐵”），在插入和抽出時動作要快（為下一節(jié)法拉第電磁感應定律做鋪墊），二極管要選兩種不同顏色的，以方便對比。

（3）教學活動建議：學生對問題1、2的回答是有電流經過二極管，才會發(fā)光。問題3是因為兩次的電流方向不同。教師根據(jù)學生的回答一一肯定。為后續(xù)問題做好鋪墊。

任務2：科學猜想 制訂方案

問題情境：基于上節(jié)課感應電流的產生條件及觀察上述現(xiàn)象，猜想感應電流方向的影響因素，制訂收集信息的方案。讓學生討論并回答問題。

問題：（1）根據(jù)二極管的發(fā)光情況，判斷經過二極管的感應電流的方向？;（2）根據(jù)二極管中的感應電流方向如何記錄線圈中感應電流的方向？;（3）線圈中感應電流方向與哪些因素有關？

問題指向的素養(yǎng)目標：能根據(jù)實驗裝置進行抽象概括畫出相應的物理模型（科學思維）。

能根據(jù)二極管的發(fā)光情況確定線圈中感應電流方向（科學探究）。

通過比對、歸納，猜想感應電流方向與哪些因素有關（科學探究）。

教學建議：

（1）思維引導建議：運用控制變量的思想，通過比對圖1中（1）、（3）都是插入（磁通量增加），但極性（原磁場方向）不同時，感應電流方向相反，說明感應電流的方向與原磁場方向有關;（1）、（2）對比，當N極向下（原磁場方向向下），插入和抽出時感應電流方向相反，說明感應電流的方向與原磁場穿過線圈的磁通量的變化情況有關;幫助學生找到影響感應電流方向的因素。

（2）實驗操作建議：引導學生邊做實驗邊記錄。

（3）教學活動建議：問題1、2學生根據(jù)觀察可以準確回答，并依次畫出圖1記錄。教師給予肯定。問題3稍有難度，留出時間，學生討論，認真分析、歸納，然后教師針對學生得出的結論進行評價。

任務3：償試歸納 生成問題

問題情境：完善實驗方案，收集數(shù)據(jù)，探究原磁場方向、原磁場磁通量的變化與感應電流方向有什么關系。問題：為了發(fā)現(xiàn)感應電流的方向有什么規(guī)律，你認為我們還應該如何分類記錄信息？

問題指向的素養(yǎng)目標：能通過建模，對信息分析、比對、抽象、概括，償試找到感應電流方向的規(guī)律（科學思維）。

教學建議：

（1）思維引導建議：針對上面的問題，涉及到的方向等變量比較多，學生不好找規(guī)律。因此，教師再次引導學生回到分析圖和表格信息上來，讓學生反復比對表格信息，比較異同點，聯(lián)系分析圖，結合安培定則，同學間再討論。部分學生可以得到判斷感應電流方向的方法，形成一般的結論。

（2）教學活動建議：由學生討論后可以整理出如圖2的表格信息，回答情況主要有如下三種情況：

情況一：最多最典型的回答，當原磁場方向向下時，磁通量增加（減?。r，感應電流方向是逆時針（順時針）方向;當原磁場方向向上時，磁通量增加（減小）時，感應電流方向是順時針（逆時針）方向。

情況二：磁通量增加時，當原磁場方向向下（向上），感應電流方向是逆時針（順時針）方向;磁通量減小時，當原磁場方向向上（向下），感應電流方向是順時針（逆時針）方向。

情況三：左右手定則，即當磁通量增加時，左手握住螺線管，讓左手大拇指與磁場方向相同，其余四指的環(huán)繞方向為感應電流方向;當磁通量減小時，右手握住螺線管，讓右手大拇指與磁場方向相同，其余四指的環(huán)繞方向為感應電流方向。

首先教師要對學生的歸納給予肯定和表揚，特別是情況三。根據(jù)奧蘇貝爾的認知理論，可用如圖3表示。

任務4：深入探究 解決問題

問題情境：一對輕質鋁環(huán)放置于支架上，輕質鋁環(huán)可以繞支點自由擺動，開始時整個裝置靜止.當條形磁鐵的任意一極靠近和遠離閉合鋁環(huán)時，觀察鋁環(huán)的狀態(tài)。探究原磁場方向、原磁場磁通量變化與感應電流方向間的更簡潔的規(guī)律。問題：本來靜止的鋁環(huán)在磁鐵靠近（遠離）時會排斥（吸引），這是為什么？

問題指向的素養(yǎng)目標：理解磁鐵與鋁環(huán)存在相互作用的原因（相互作用觀念）。

教學建議：

（1）思維引導建議：磁鐵靠近時排斥，遠離時吸引。磁鐵靠近（遠離）時，穿過的磁通量增加（減?。?，鋁環(huán)中產生感應電流，感應電流的磁場與磁鐵發(fā)生相互作用。打破學生原有的思維困境：只研究原磁場方向、原磁場磁通量變化、感應電流方向這三個量的關系。

（2）教學活動建議：經過討論，學生發(fā)現(xiàn)：如果把感應電流的磁場方向作為“中介”，把原來的原磁場方向、原磁場磁通量的變化與感應電流的方向關系“轉換”成原磁場方向、原磁場磁通量的變化與感應電流的磁場方向的關系，這樣可以使結論更簡潔。

問題情境2：通過上面的討論分析，學生結合問題，補充完善后的信息表格如圖4，增加一行“感應電流的磁場方向”。最后得到楞次定律。

問題：（1） 你認為感應電流與原磁場之間有直接關系嗎？;（2） 感應電流與磁通量變化有直接關系嗎？（3） 你認為哪個量與感應電流有直接關系？

問題指向的素養(yǎng)目標：能通過建模，對信息分析、比對、抽象、概括，推理，找到感應電流方向的規(guī)律（科學思維）。

教學建議：

（1）思維引導建議：感應電流方向與磁通量變化之間、感應電流方向與原磁場方向在兩個相互垂直的方向，都沒有直接關系。根據(jù)右手螺旋定則，感應電流方向與感應電流的磁場之間有直接關系。從而尋找到感應電流方向與前面兩個物理量聯(lián)系的“中介”——感應電流的磁場方向，再通過表格信息概括為“增反減同”，進一步引出“阻礙”一詞。

（2）教學活動建議：問題1、2學生能夠獨立思考回答。問題3要求學生有高度的抽象、概括能力，所以要留給學生充分的討論時間，利用感應電流的磁場方向這個“中介”可以得到：當磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反;當磁通量減小時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。初步概括為“增反減同”，在教師和同學的補充下，得出感應電流的磁場與磁通量的變化是“阻礙”的關系。最后，在學生和教師的討論后，共同歸納、提煉出楞次定律的內容。

任務5：探尋本質 形成素養(yǎng)

問題情境：理論分析磁鐵與鋁環(huán)間相互作用，從力和運動與能量守恒兩個角度分析“來阻去留”的深層含義。

問題：

（1）請同學們先畫出磁鐵靠近和遠離鋁環(huán)時，鋁環(huán)中的感應電流方向。

（2）再畫出感應電流的磁場方向并標明等效磁極？

（3）能否從力的角度解釋靠近排斥遠離吸引？

（4）鋁環(huán)中電流的磁場對磁鐵做功嗎？做正功還是負功？（5）能量是如何轉化的？

問題指向的素養(yǎng)目標：1.能根據(jù)問題建立模型（科學思維）。

能利用相互作用與運動關系做出符合邏輯的解釋（相互作用觀與運動觀）。

能夠運用能量轉化與守恒定律做進一步理解（能量觀）。

問題指向的素養(yǎng)目標：

（1）能根據(jù)問題建立模型（科學思維）。

（2）能利用相互作用與運動關系做出符合邏輯的解釋（相互作用觀與運動觀）。

（3）能夠運用能量轉化與守恒定律做進一步理解（能量觀）。

（4）認識相互作用的本質（科學態(tài)度與責任）。

教學建議：

（1）思維引導建議：從觀察現(xiàn)象到建立模型，從畫出電流、標明等效磁極到具體的相互作用與運動間的關系，再到能量轉化與守恒，教師要在思維路徑上的關鍵節(jié)點處引導好學生，幫助學生養(yǎng)成良好的科學思維習慣。

（2）教學活動建議：問題1-3學生可以獨立思考并建立物理模型，如圖7中甲、乙、丙、丁，理解磁鐵與鋁環(huán)間的相互作用與運動關系;問題4結合磁鐵與鋁環(huán)間的相互作用與運動的關系，可以回答;問題5是本節(jié)難點，也是楞次定律的本質，師生一起討論出，產生感應電流的過程也必須遵守能量守恒定律，這是能量轉化的必然結果?！白璧K”的作用是小磁鐵克服感應電流的磁場力做功，把其他形式的能量（或其他電路的電能）轉化（或轉移）為感應電流所在回路的電能，沒有這種“阻礙”就不能實現(xiàn)能量的轉化（或轉移）。

問題情境2：觀察落磁現(xiàn)象，真實體驗“來阻去留”。（1）圓柱形強磁鐵分別從等長銅管、透明PVC管和鋁管管口掉下來，觀察下落快慢;（2）再觀察強磁鐵迅速從1角錢硬幣（要鋁制那種）上拿走，觀察硬幣（也可以從鋁制易拉罐上用剪刀剪下一個鋁環(huán)代替硬幣）的狀態(tài);（3）用強的條形磁鐵在鋁管中快速插入和抽出，真實感受“來阻去留”。問題如下：

問題：運用本節(jié)課學習的知識解釋上述現(xiàn)象。

問題指向的素養(yǎng)目標：運用得出的結論解釋物理現(xiàn)象（運動與相互作用觀念、能量觀念）。

教學建議：

教學活動建議：在解決問題的過程中，學生學會圍繞：（（穿過某一閉合導體回路的磁通量變化（增加或減?。?原磁場方向）→感應電流的磁場方向（與原磁場方向相反或相同）+右手螺旋定則）→感應電流方向，這樣的思維路徑解釋或解決問題。體現(xiàn)了課堂學習中學科和科學的理念，有利于物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3 基于核心素養(yǎng)的教學設計策略

3.1 立足課標 鉆研專材

教師應將施教內容做詳細研究，制訂合理的教學目標，教學活動，維繞學生的思路實施教學，為培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)打基礎。

3.2 創(chuàng)設情境 真實探究

物理概念的構建、規(guī)律的探究，應用物理知識解決問題，都需要創(chuàng)設情境。學生只有在真實的情境中才能留下有跡可循的思維軌跡，這樣有條理的學到的知識才不至于碎片化，才能建立完整而又穩(wěn)定的知識結構。促進學生物理學科核心素養(yǎng)的形成。

3.3 大膽質疑 勇于創(chuàng)新

質疑是為了更好的創(chuàng)新，要鼓勵學生敢于質疑，敢于挑戰(zhàn)權威。學生對某些觀點提出質疑后，才會激發(fā)他們再研究，再思考，發(fā)現(xiàn)更好的辦法，不斷的創(chuàng)新，從而促進學生物理學科核心素養(yǎng)的提升。

3.4 注重評價 達成素養(yǎng)

通過問題的解決過程，讓學生不同程度的獲得提出問題、學會探究、建構模型、解決問題的能力。同時發(fā)現(xiàn)問題、確立培養(yǎng)方向，并做出有效反饋評價，促進學生全面而有個性的發(fā)展。

4 結束語

培養(yǎng)物理學科核心素養(yǎng)是新課程標中提出的重要目標，將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實起來。而學習概念和規(guī)律是學生形成物理觀念的基礎;發(fā)展學生的科學思維能力是物理概念建構和理解物理規(guī)律過程的重要途徑;培養(yǎng)和提高科學探究能力是獲取知識和解決問題的重要手段;把學生培養(yǎng)成具有良好的科學態(tài)度與責任的人是目標。因此，我們首先要分析學情和教學內容，設定合理的教學目標，其次，優(yōu)化教學過程，創(chuàng)新教學策略，重視學生的思維形成。最后，關注學生的認知結構變化，激發(fā)學生求知欲，提煉學習方法和學習體會，提升學生的科學態(tài)度等方面的素養(yǎng)。在高效的物理課堂教學過程中，為社會的發(fā)展培養(yǎng)出更多的創(chuàng)新型人才。

（作者單位：浙江省杭州市臨安區(qū)天目高級中學）