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关键词:楞次定律;实验预案;实验程序;实验表格;思维活动;逻辑推理
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2013)1(s)-0064-4
教授楞次定律。传统的方法是教师通过课堂演示实验,展示实验现象;再由实验现象推理、归纳定律的内容;最后通过针对性练习,让学生逐步体会与理解。这种教学模式导致学生在学习活动中,感性的认知过少,理性的理解过多,且主要靠教师不厌其烦的引导、解释,由此形成了教和学的难度和难点。
教学实践证明,楞次定律的教学难度和难点,能够通过科学探究的教学环节设计加以克服,这既弘扬了新课程所大力倡导的科学探究精神,更避免了传统的演示实验所导致学生感性认知过少造成的理解难度,由此能更好实现知识与技能、过程与方法、情感、态度与价值观的三维教学目标。
1、教学设想
由于楞次定律揭示的是一种因果关系和思想,在实验探究中融合着理论探究,理论探究中又渗透了抽象的逻辑推理,这需要教师在学生实验探究前,针对实验中的一些障碍性的难点和学生知识能力水平,引导学生设计实验预案。厘清实验程序、明确实验任务、计划实验器材,以降低实验难度,实现实验过程中的实验探究和理论探究,为理解和总结楞次定律奠定坚实基础。
1.1 实验程序
验定电流流向与电表指针偏转方向的关系观察、记录实验过程所用手段与指针偏转方向的对应关系推理感应电流磁场方向与原磁场方向的因果关系总结实验揭示的判断感应电流方向的规律。
1.2 实验任务、实验器材及实验装置图
①磁铁插入和拔出螺线管(磁铁和线圈问的相对运动);②模拟法拉第实验(改变原电流);③导体切割磁感线(导体与磁场间的相对运动),如图1所示。
1.3 实验手段、现象观察、记录与处理
通过磁铁和线圈间相对运动并改变运动方向、通断原电流电路、移动滑动变阻器滑动片改变原电流、导体棒与磁场间相对进行切割运动并改变运动方向等手段顺次进行实验;记录实验中实施的手段特征、电流表指针偏向、感应电流磁场方向及与原磁场方向关系等内容。对记录内容以安培定则、左手定则为工具,以观察、记录的现象为依据,进行理论探究。推理、分析所用手段和电流表指针偏转方向间必然的对应关系和存在的因果规律。
2、实验程序设计
2.1 实验难度及解决策略
由于本实验需通过原因(实验手段)和结果(实验现象)推理、寻找判断感应电流方向的方法、规律,要求学生具备一定的逻辑推理能力,虽然学生经历了“探究电磁感应的产生条件”这个实验,对实验手段和表层的实验现象已不陌生。但对于通过实验寻找判断感应电流方向的实验细节却是盲然的,不知道该做什么?怎样做?这就是本实验的难度,也是以往教学中,教师不愿让学生进行分组实验的原因。
要实现学生在实验探究和理论探究中达成学会学习、科学思考的教学目标,教师既不能大包大揽,也不能不管不问。大包大揽会使学生没有了主动性和探索兴趣,丧失了实验探究的教学目的;不管不问则会使学生在实验中不知所以,毫无收获,挫伤学生实验探究的积极性。
如何把学生的实验重心由手段和结果的表象转移到因果关系的逻辑推断上,使学生知道做什么?怎么做?成功的策略是引导学生找出实验难点和中心环节,通过设计表格进行形象的展现。学生就可在表格内容的导引下顺利进行实验,同时通过表格自然的完成理论探究。
2.2 几个实验难点、中心环节
2.2.1 电流计指针偏向与电流流向关系的验证
将验证程序和内容设计为表格,如表1所示。
2.2.2 螺线管绕向的确认
螺线管绕向的正确确定,决定实验能否成功进行。
2.2.3 实验的中心环节
分析、体会原磁场方向及变化与感应电流的磁场方向问的关系,是通过实验现象进行理论探究,总结规律的关键。
2.2.4 实验过程中常用的工具性知识
启发、引导学生自觉使用安培定则、左手定则服务于实验,顺利完成实验探究中的推理分析。
2.3 设计综合实验表格,突破实验难点
2.3.1 磁铁插入和拔出螺线管(磁铁和线圈间的相对运动)的实验
这一实验是教材推理和理解楞次定律的中心实验,实验表格设计中要突出磁铁的磁场在螺线管中的方向及变化情况;感应电流的磁场方向及与磁铁的磁场方向关系比较这些中心环节:引导学生感受磁铁和螺线管间相对运动与实验现象的对应关系,从因果效应认识电磁感应。该实验表格设计,如表2所示。
2.3.2 模拟法拉第(改变原电流)实验
这一实验牵涉到两条电路,两种电流,两种电流的磁场,是分组实验中最易把因果对象混淆的实验。实验表格设计中要突出供电电路、原线圈及原电流磁场和感应电路、副线圈及感应电流磁场等概念,以突破两条电路易混淆所造成的实验难点。实验表格设计,如表3所示。
2.3.3 导体切割磁感线(导体与磁场间的相对运动)实验
这一实验若崩一根导体棒与电流计连接,实验中电流计表针偏转很微小,为克服这一弊端,可绕制一个匝数较多的矩形线框。且使长边较长,以尽可能突出切割特征,虽然本质仍是穿过线框的磁通量变化,但却能产生良好的效果,如图2所示。表格设计中可突出既从磁通量变化的角度感受和理解的实验环节,又突出从感应电流产生安培力的角度感受和理解的环节,为从机械运动的方面理解楞次定律和介绍右手定则打好基础。实验表格设计,如表4所示。
3、教学实践与体会
由于上述的实验表格中涉及的内容是按实验的科学程序设计的,所以在学生分组实验前,将其印制为实验报告单,让学生通过实验报告单从理论上研究实验,明确实验中先做什么、后做什么、怎么做,由此降低实验难度。在学生基本明确了实验原理和程序的基础上,分组实验就能顺利、高效的进行,由此在实验过程中实现从实验现象到逻辑推理的思维活动,完成实验报告单所赋内容。
关键词:楞次定律; 实验; 调整
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2012)02-024-001
一、问题的由来
在高中二年级的物理教学中,楞次定律既是教学重点,又是教学难点。人教版普通高中新课标实验教科书《物理》(选修3-2第四章第三节“楞次定律”一节中的实验设计与原教材相同(见图1),都是采用探究的手段利用磁铁插入和拔出线圈,通过观察感应电流的方向去判断感应电流的磁场方向,从而分析得出楞次定律。这种实验设计让学生通过观察指针偏转感知感应电流的方向,进而判断感应电流的磁场方向,最终又总结出由感应电流的磁场方向去判断感应电流方向的规律,可谓颠三倒四。从以往的教学经验来看,学生很难想到用“感应电流的磁场”这个中介来概括出感应电流的方向与磁通量变化的关系,形成在认知上的困惑。此外,在实验操作中由于还要先行确定电流计指针偏转方向与流入、流出电流方向之间的关系和辨别线圈的绕向等等,无形中增加了实验的难度。在实际教学中,结论的得出往往并不能如事先预想的那样水到渠成,而是教者最终为了完成教学任务“强加”给学生的。显然,该装置实验已成为探究过程的一个瓶颈,人为制约了学生自主探究的顺利进行。
二、实验的调整
基于上述情况的存在,很多物理老师在各自的教学实践中也纷纷进行了一些有益的尝试,其中相对比较成功的做法是通过采用自制教具创新实验设计替代教材上安排的实验。大致的思路是:用钕铁硼超强磁铁移近或离开固定在小车上的自行绕制的线圈(见图2),线圈中感应电流激发的磁场由于阻碍引起感应电流的磁通量的变化,迫使小车跟随磁铁同向运动,形成“来斥离吸”的现象。根据磁极间相互作用规律,直接判断出感应电流的磁场方向,从感应电流的磁场方向与原磁场方向之间的关系,总结出楞次定律。
仔细分析这一创新实验设计,不难发现其特点同时也是该创新实验设计取得成功和高效的地方:首先,借助自制教具实验现象变得直观、形象(来斥离吸);其次,实验中可由现象直接判断出感应电流的磁场方向(同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引),层次变得简单明了,思维逻辑性强,符合学生的认知规律。
该创新实验设计通过使用自制实验器材巧妙突破了实验探究的瓶颈。使用自制器材固然好,然而笔者想说的是,在一般中学物理实验室中原本就有类似这种功能的器材――楞次定律演示仪(见图3),在新教材中该器材也有出现(“问题与练习”第六题)。相较于上面的自制器材,使用楞次定律演示仪不仅取材方便,操作简单,而且原理更加直观(避开了自制器材中可能出现的线圈绕向问题),现象更加明显(铝环力臂长,转动力矩大),效果更加显著(在本实验中,使用实验室常用普通条形磁铁就可以进行演示)。因此,笔者认为在进行本节实验探究设计时可以借鉴、吸收该创新实验设计的思想和原理,而关于实验器材则完全可以用楞次定律演示仪来替代自制器材,实在不必舍近求远。
三、教材实验的安排
楞次定律演示仪的使用,降低了思维难度,突破了探究的瓶颈,使得学生在课堂上进行自主探究真正成为可能。更为值得一提的是它的使用大大节省了课堂上的探究时间,从而使得教者在对这节课进行整体教学设计时能对其他相关教学内容的安排和处理显得更加灵活和从容。
比如,对教材中探究性实验的处理。笔者以为,在采用楞次定律演示仪顺利探究出楞次定律以后,因为课堂时间还很宽裕,完全可以将其改成验证性实验,让学生在当堂课中再通过实验去检验之前探究的结果。这样做,一方面既充分利用了原有教材的资源,通过实验验证(应用)让学生及时巩固了所学的知识,另一方面,验证实验与探究实验两个实验相互映衬,让学生亲身经历和体验了一个在中学物理教学当中相对比较完整和科学的探究过程,符合新课程有关“经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证物理规律”的要求,有利于培养学生的思维品质和提高他们的科学素养。
四、结束语
实验是研究和学习物理的基本方法,在教学中寻求现象明显同时又符合学生认知规律的实验,应当成为每一位物理老师孜孜以求的目标,只有这样,教学才能事半功倍。
参考文献:
[1]郭训盛,钟晓青.“楞次定律”的教学思路实践与创新,物理教学2010年第6期
关键词:探究式教学法;策略
早在20 世纪初,着名实用主义教育学家杜威提出了以儿童为中心、注重中学生主观能动性的教学方法。可以说这种具有探究思想的教学方法为施瓦布提出探究式教学理论奠定了重要的基础。施瓦布的探究式教学模式建立在他的学科结构观上, 他认为学科的结构处于不断的变化中,教学不能将科学知识视为绝对的真理传授给学生,它只能作为有证据的结论;而在教学过程中,教学的内容应该体现学科特有的探究方法。这种探究方法促使人们思考现行科学教育存在的问题,积极探索学生理解科学知识的方法, 并设法为学生提供更多的体验科学探索过程的机会。
显而易见,探究式教学有别于传统的“言谈”式的课堂教学。它要求师生共同参与, 学生在教师的指导下,从学习以及社会生活中选择和确定研究主题, 主动地获取知识, 应用知识并解决问题。探究式教学既是一种教学方式, 同时也是学生的研究性学习方式,其本质就是一种模拟的科学研究活动。
1 探究式教学的基本特征
究其本质,探究式教学就是将科学领域的探究引入课堂的一种特殊的教学方法,在实施探究教学的环节中能体现其自身的一些特征。具体如下:
1. 1 问题性
任何探究均源于问题, 如何提出科学的问题至关重要。在探究式教学初始阶段,问题可以由教师精心设计,它应该具有一定的挑战性,但不能超出学生的能力范围。难易适中的问题最能激发学生的好奇心,这样才能在探究学习的过程中让学生保持学习的热情, 求知的
欲望。
1. 2 开放性
探究式教学所探究的内容非常广泛,它可以来源于教材上的知识, 或自然中的各种现象;还可以是物理学科内的问题, 或多学科的交叉和综合。探究的环境可以是课堂内或课堂外。探究涉及的范围可大可小,内容可深可浅。
1. 3 综合性
在探究教学活动中, 探讨的问题往往是复杂的、综合的, 解决这样的问题需要多方面和多学科的知识和技能。因此, 实施探究教学对教师提出了较高的要求,教师应该从多方面提高自身能力,从而在探究教学过程中能够起到点拨的作用。
1. 4 重过程、重体验。
探究式教学实质上是一种模拟的科学研究活动,强调探究过程并使学生在这个过程中学会观察、学会思考, 培养思维能力,领会科学研究方法, 达到提高科学素养的目的。可见, 探究式教学对学生的学习与体验过程相当重视。
此外,探究式教学还具有社会性、实践性和自主性等特点。探究式教学重视理论联系实际,
强调活动体验,且具有一定的社会性和实践性。
2 探究式教学的应用
2. 1 教学设计的思路
2. 1. 1 以实验为手段, 挖掘教材中蕴含的探究因素
物理实验是学生进行探究活动的重要手段之一。比如,在讲授欧姆定律时,最初学生对于电流、电压和电阻三者之间的关系含糊不清。因此,选择从三个物理量的测量仪器入手, 进行电路设计,引导学生通过实验测量的方法来确定三者之间的关系。
2. 1. 2 以学生为主体, 在探究过程中培养思维能力。知识更新的速度不断加快, 学会学习显得尤为重要。因此在教学过程中以学生为主体,注重学生获取知识的方法与收集资料信息能力的培养。探究式教学中教师要引导学生的探究思路,只在学生出现思路障碍时给予点拨。
2. 1. 3 以方法为主线,在探究过程中掌握科学研究方法和培养科学态度。
科学方法是人们在科学认识和实践活动中逐渐形成和发展起来的。在中学物理教学中教师应充分利用教材中的方法论,渗透科学研究方法的教育。此外, 在科学教育中还应培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。
2. 1. 4 以情感为动力, 在探究过程中注重情感教育
情感包含学习兴趣、学习热情、学习动机,以及内心体验等。因此注重对学生的情感教育有利于激发主动学习意向与主体性的发挥。
2. 2 教学过程设计
探究性学习的教学过程可以分为以下几个步骤:提出问题v 查阅资料v 提出假设v 实验证明v 得出结论。下面以“楞次定律”为例讨论探究性学习的应用。
对于“楞次定律”的教学, 传统的教学设计通常为:首先教师演示实验,学生进行观察实验,然后教师引导学生分析得出楞次定律。学生主要是通过观察现象加深对楞次定律的理解。在了解楞次定律后,通常以讲解例题、课堂训练以及课后练习来巩固所学。这样学生虽能应用楞次定律来判断感应电流的方向,但从能力发展角度看,学生只能算学会,不能算会学。然而探究式教学的课堂设计:首先创设问题情景,让学生讨论、猜想,通过设计实验,进行实验, 分析实验现象得出楞次定律,其后才是课堂讲练。在教学过程中主要教师引导学生得出楞次定律。其主要教学设计如下:
2. 2. 1 创没情景,指出问题
让学生回顾感应电流产生的条件及右手定则,然后给出两种典型情况, 让学生分析其中有无感应电流,有则确定感应电流的方向。
情景1 :金属棒在裸露的金属框架上作切割磁感线的运动。
情景2 :闭合圆形线圈静止,磁场增强时。
情景1 中导线切割磁感线,对此情景学生用右于定则很容易给出答案,但就情景2 中因没有导线运动而只有磁感应强度变化的问题就很难应用右手定则了。
指出问题:能否寻找一个更普遍的规律来判断感应电流的方向呢?
2. 2. 2 科学猜想,发散思维
鼓励学生大胆猜测:“感应电流方向究竟由哪些因素决定呢?”。在此环节中,学生分组讨论,教师适当提示,最终根据学生猜想,总结出:因电磁感应现象是由磁通量变化引起的,所以猜测感应电流的方向与磁通量如何变化有关。
2. 2. 3 设疑集思,设计实验
根据猜想, 列出思考题: ①感应电流方向与磁通量的大小变化有关。怎样研究?②列出所用器材和具体步骤;需观察的内容、需记录些什么。在此基础上,引导学生自己设计实验。
2. 2. 4 分组实验,探索研究
根据实验设计, 进行实验。用导线、灵敏电流计、线圈和电键组成闭合回路,分别用磁铁的北极和南极移近并插入线圈、从线圈中拔出并离开线圈,观察指针的偏转情况。在学生拟定方案及实施时,教师检查学生设计是否合理,仪器使用是否得当,数据记录是否正确,并能给予适当辅导。
2. 2. 5综合分析,得出结论
学生根据自己的实验结果, 列表比较分析,根据数据归纳结论。可以以实验组为单位, 推荐代表发言。在学生总结过程中, 一些关键点需教师给予引导。在各个组得出结论后, 教师修正学生结论,最终得出楞次定律的内容。学生在实验中获得感知,再对这些数据进行比较、概括,进行思维加工,自己总结得出结论。
2. 2. 6实验验证
教师要求学生设计实验, 验证楞次定律。实验时注意观察闭合电键、移动滑动变阻器触头及断开电键时,大口径线圈中产生的感应电流的方向与用楞次定律判断的结果是否符合。在这一环节中,注意引导学生归纳用楞次定律研究感应电流方向的一般步骤:一是判定原磁场的方向; 二是判定原磁场穿过所研究平面磁通量变化情况;三是判定感应电流磁场方向。由实验进一步把所得规律应用到新的物理情景中,激发学生的求知欲望,使学生的思维处于兴奋状态。
2. 2. 7应用练习,指导实践
在这一环节中, 教师列出分层练习题, 根据反馈信息讲评。学生运用结论解决问题, 这是检查学生对知识的理解和巩固的一种手段,也是迁移知识,深化知识的重要途径。通过运用和深化,使学生的知识、技能逐渐转化为能力。
2. 2. 8归纳总结,学法指导
教师引导学生总结本课的探究过程:发现问题,进行大胆猜想,对猜想进行探索研究,最后得出结论,并用以指导实践。让学生认识到此种方法是研究物理问题的基本思路之一。教育的最终目标是“发展”与“创新”, 物理教学中,“发展”与“创新”的核心问题是开发智力、培养能力,全面提高学生的素质。探究式教学正是基于这一教学思想,为实现现代教育目标提供了有效途径。
3 实施探究式教学应注意的几方面
[关键词]探究性教学;探究;实践
中图分类号:G63
文献标识码:A
文章编号:1006-0278(2013)04-204-01
几年来的探究教育实践,我深刻地体会到:物理课堂教学的主要方式应该是探究学习。在物理教学过程中,教师要以探究教育理论为指导,以学生自身的学习潜能为基础,积极引导学生自主探究,逐步提高思维能力和创新意识。
一、“教师上岸,学生下水”,学生才能主动探究
我们常常担心,把学习的权力交给学生,让他自主探究,他能行吗?这一顾虑,说到底还是教育观念问题。学生,哪怕是我们认为最差的学生,他本身都具有了不起的学习潜能。不依靠学生,忽视学生作为人而具有的特性,把学生当作没有生命的容器,进行知识的灌输,实在是教育的悲剧。相信学生,依靠学生,把学习的权力交给学生,学生才能主动探究,就会给你想不到的惊喜。例如“楞次定律”的教学中,传统的教学设计和课堂教学是:教师演示实验-学生观察实验教师引导学生分析实验现象得出楞次定律讲解例题课堂训练课后巩固练习,从效果上看,学生也能应用楞次定律来判断感应电流的方向,但从发展的角度看学生还是处在被动接受知识和被动发展的位置上,充其量只能算学会,不能算会学,现改用探究性学习的方法,课堂教学设计是这样的:创设问题情景学生讨论、猜想设计实验探索实验(将演示实验改变为学生自己做探索性实验)分析实验现象得出楞次定律课堂讲练课堂练习,教学中主要让学生动脑、动手、动口,引导他们自己得出楞次定律,这样处理不仅重视知识的获得,而且更重视学生获取知识的过程及方法,更加突出了学生的学,学生学得主动,学得积极,学生活动约占课时的一半以上,课堂气氛比较活跃,真正体现了“教为引导,学为主体”的思想,发展了学生的思维能力、创造能力。
二、恰当创设教学情景,鼓励学生勇于探究
浓厚的探究兴趣是以生为本的物理教学成功的关键。课堂教学中,教师要创设一种类似于学术研究的问题情境,激发学生自主探究的兴趣,通过学生自主、独立地发现问题,实验、操作、交流与研究,获得知识和技能,形成能力和思想。学生置身在丰富多彩的物理世界中,自然会产生强烈的好奇心和求知欲。我在上《天体运动》时,课前我先让同学们在网上搜索神舟系列飞船的发射,常见的各种地球人造卫星,并了解它们绕地球飞行的高度,速度,周期,轨道位置,课堂上让同学展示自己的成果,发表自己的见解。结果学生兴趣十足,特别是几个平时不愿学物理的同学都积极参与进来,在交流中认识到了实验对物理学发展的推动作用。学习《分子间的作用力》时,我提出下列问题:钢丝那么硬为什么还是可以拉断,气体很容易压缩,而液体不易压缩,过年了贴窗花,用水就可以把窗花贴在玻璃上,通过学生自主阅读教材,解释这一现象,让学生能通过实验证据,了解分子力的基本概念。从而激发了学生的学习积极性,也认识到物理的价值。
三、教师要积极引导,促进学生的实践活动
1.教学观念的反思。以前,教师的教育观念往往是在非主动条件下形成的,没有教师的实践反思,往往只是简单的重复或照抄,其效果很不理想。因此,教师应进行新课程理念学习,积极对自身的教学观念进行反思,在深层次上促进教育观念的更新与转变,并以此指导教学实践。
2.教学设计的反思。在物理教学过程中,有时会发觉实际教学效果与教师预期的效果有很大差异,课后认真想想,原因在于进行教学设计时忽视了对教学实践的反思,也就难以达到预期的效果。因此,教师应积极反思教学设计与教学实践是否适合,不断思考教学目的、教学工具、教学方法等方面的问题,并积极改进,从而优化教学,有效地促进学生的学习。
例如在高中物理教材中,“楞次定律”的学习,既抽象又难学,于是我在教学设计时做了精心准备,精心设计实验,通过实验来突破难点。在具体的教学过程中,我让学生边做实验边学,将抽象的楞次定律内容转化为具体的、有形的东西。这样学生通过自己的探究找出答案,掌握了知识,同时提高了实验操作能力。
3.教学方法的反思。首先,授课要面向全体学生。在平时的教学过程中,教师会有意无意地将太多的精力、时间花在成绩好的学生身上,将学习有困难的学生视为差生,缺乏对他们的鼓励和帮助,从而造成好的学生越学越好,差的学生越来越差。所以,教师要特别关注学习有困难的学生,注意不要让所谓的差生成为被“遗忘的群体”。其次,培养学生的参与意识。学生只有积极参与教学活动,经历观察、分析、推理、综合等过程,才能完整理解物理概念的内涵及其外延,全面地掌握规律的实质,学生的思维才能得到真正的锻炼。所以,在课堂教学中教师应改变那种以讲解知识为主的传授者的角色,努力成为一个善于倾听学生想法的聆听者。而在教学过程中,要想改变那种以教师为中心的传统教学观念就必须加强学生在教学这一师生双边活动中的主体参与。最后教学方式多样化。老师除了采用对学生提问、分组讨论、要求学生查资料、写小论文等等传统的教学方式之外,还可以适当地运用多媒体教学手段――投影仪、录音录像、多媒体课件,增强对学生的吸引力和课堂的趣味性,为学生提供大量而丰富的感性材料,突破传统教学手段在时间、空间上的限制。