基于学生核心素养的——“楞次定律”教学设计改进

广西希望中   石秋燕

一、教学内容分析

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，使人们从特殊的静电场和静磁场进入到变化的电磁场。电磁感应现象揭示了电与磁相互联系和转化的重要规律，通过对变化磁场、变化电场的研究，麦克斯韦建立了完整的电磁场理论。楞次定律是本章的重点和难点，究其原因，其一是涉及的因素很多，有原磁场方向、磁通量的变化、线圈绕向、电流方向、感应电流的磁场方向等等，错综复杂；其二是规律比较隐蔽，抽象性和概括性很强。因此，学生理解楞次定律有很大困难。教学中要根据学生已有的认知结构建立新的知识，需要依据学生已有的概念和思维能力设计认知路径，这样才能让学生在已有知识的基础上构建新知识，修正和完善原来的知识体系。

二、学情分析

知识方面，学生在学习楞次定律前，已经学习了产生感应电流的条件，能够区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率，能够运用右手螺旋定则判断环形电流周围的磁场；关于电路中的电流方向，学生知道电源外电流由正极流向负极，电源内部由负极流向正极，知道由灵敏电流计可以判断电流的方向；知道磁体和磁体之间，磁体和电流之间以及电流和电流之间相互作用是通过磁场发生的。

三、整章教学顺序调整

对“电磁感应”这一章的内容，根据教学经验，楞次定律是本章中最难理解的内容。从学生的认知发展出发，将法拉第电磁感应定律的学习内容安排在楞次定律之前。学生在学习楞次定律时，已经学习了磁通量的变化、磁通量的变化率，对磁通量概念的理解比较深入，有利于本节课的学习。在常规教学中，通常是先根据实验现象判断出感应电流的方向，然后引导学生分析感应电流方向的规律。这是一个艰辛的过程，首先，学生根据螺旋管的绕向、电流表的摆动方向得到感应电流的方向已经很不容易；其次，学生不理解研究感应电流的方向为什么要研究感应电流的磁场方向，尤其不理解“阻碍”二字的由来及其含义。本节课先从“落磁”实验使学生有一个事实经验，体验感应电流的阻碍效果，再有学生分组实验观察感应电流的效果，得到楞次定律的一种表述：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因，并利用这个规律判断相对运动时感应电流的方向。此时学生会发现这个规律判断感应电流方向的局限性，再进一步探讨感应电流到底是如何阻碍产生它的原因的，得到楞次定律的另一种表述：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。接下来利用楞次定律来解决问题。最后在思考题中引导学生，让他们从能量角度分析电磁感应现象，尝试理解楞次定律的本质：楞次定律中的“阻碍”是能量守恒定律的必然结果。

四、教学设计改进

（一）逻辑推理

线圈中产生感应电流的条件是磁通量发生变化，因此。感应电流的方向，必定跟着磁通量的变化有关。变化只有两种情况：增大和减小，因此可研究线圈中感应电流的方向跟磁通量增大和减小有什么关系。

1.线圈中磁通量增大时

感应电流方向磁铁磁场方向

N 极在下插入时逆时针 向下

S 极在下插入时顺时针向上

2.线圈中磁通量减小时

感应电流方向磁铁磁场方向

N 极在下抽出时顺时针 向下

S 极在下抽出时逆时针向上

分析线圈中感应电流方向是水平面上的，而线圈中的磁场方向是竖直面上，可见两者的关系比较复杂，难以直接描述。当两者的关系比较复杂，难以直接描述时是不是可以找一个中介来描述他们之间的关系。磁铁磁场的变化在线圈中产生了感应电流和感应电流本身也能产生磁场，我们这里说的就是感应电流本身产生的磁场，感应电流的磁场方向即跟感应电流的方向有联系，又跟引起磁通量变化的磁场有联系。根据以上一和二的结论进一步概括得出电磁感应现象中感应电流的方向和磁通量变化的关系为：感应电流，具有这样的方向即感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

（二）典型环节改进

感应电流，对磁通量变化的“阻碍”作用是这节课的重点和难点。新课讲授的第一个环节就是通过“落磁”演示实验让学生直观而震撼的看到铝管对磁铁下落的阻碍作用，再通过对比分析橡皮泥与磁铁、塑料管与铝管等实验现象，得出阻碍作用产生的原因是感应电流的磁场，学生自己得出感应电流对磁铁的下落起到“阻碍”作用，突破“阻碍”这个重点和难点。

（三）典型环节改进

本节课的另一个重点和难点是让学生认识到感应电流对磁通量变化的阻碍作用是通过“磁场”实现的。在“落磁”实验中，学生很清晰的看到铝管中的磁铁下落变慢，分析出磁铁受一个向上的力，通过对比实验，磁铁在塑料管里不会受到这个力，橡皮泥在铝管里也不会受到这个力。磁铁与铝管之间要相互作用，这与磁铁的磁性无关。先分析磁铁，再分析磁铁周围的磁场。周围没有其他磁体，所以只可能是铝管中的感应电流产生了新磁场。接下来分组探究当磁铁插入和拔出一个开口、一个闭口的两个铝环时发生的现象。学生发现，在其他实验条件都一样的情况下，闭口的铝环能看到感应电流的效果，开口的铝环则看不到，验证了前面的判断，阻碍作用是铝环中产生感应电流通过磁场实现的效果。

学生对“落磁”实验的探究过程是基于探究建立核心概念的重要环节。学生对实验现象进行合理的科学猜想假设，并简化模型，再通过铝环实验证明自己的猜想和假设。通过闭口铝环与开口铝环的对比试验，学生确定了产生感应电流的充分条件。学生进一步研究实验，尝试总结感应电流，对运动的效果。磁条靠近李铝环远离，磁条远离铝环靠近，转动磁条铝环跟着转动，依据这一系列实验归纳出感应电流产生的磁场效果是阻碍相对运动。

学生是有一定的生活经验、有一定的知识基础、需要我们点燃热情的学习者；每一节课都有很多值得思考探究的地方，如果能够清楚知道每个教学环节的目的意图，多加思考并研究出几套解决问题的方案，就会感受到来自教学实践的乐趣，就会有课堂上的从容淡定和师生间的良好互动，就会有师生共同健康的成长。