指向深度学习的初中物理教学实践

学生核心素养的培养是落实立德树人根本任务的内在要求，也是学科教学改革的基本要求。在初中物理课堂教学中，关注学生自主探究、复杂情境迁移、寻证质疑和批判反思等深度学习活动是核心素养达成的必由之路。下面以苏科版物理教材九（下）“电磁转换”的教学为例，探索促使学生达成深度学习的有效路径。

一、融问于境，建立磁场模型

1.演示实验

如图1，将强磁体固定在铁架台上，用挡布遮住，将1元硬币靠近磁体（不直接接触），再将数个5角硬币由上到下逐个“吸”到1元硬币上。

师：1元硬币竟然能吸住一连串的5角硬币，同学们猜猜这是怎么回事？

生1：这个1元硬币是用磁铁做的。

将1元硬币远离挡板，其他硬币瞬间落下。学生由此知道1元硬币并不是磁铁做的。教师揭秘，移开挡布，将硬币贴近磁体，硬币就有了磁性，远离磁体，则磁性消失。

2.建立概念

磁化：原本不具有磁性的物体，在磁场或电流的作用下获得了磁性，这个过程就叫作“磁化”。实验中的一元硬币就是被磁铁磁化了。

师：可是它没有和磁铁接触呀，怎么被磁化了？

生2：磁体的周围有看不见的物质，磁铁通过它把硬币磁化了。

师：有哪些现象可以证明你的说法？

3.学生实验

鼓励学生自主选取器材（回形针、磁铁、磁铁小车、磁针），尝试验证猜想。

生3：磁铁没接触回形针，回形针就被吸了上去。磁铁小车相互靠近，还没接触就相互吸引或相互排斥。将小磁针靠近条形磁体，没有接触，指针就受力发生了偏转，说明磁体周围肯定存在一种特殊的物质。

师：很好。科学家将这种磁体周围看不见的物质称为磁场，磁体能通过磁场使某些物质显现磁性，比如铁、钴、镍等金属。经过刚才的体验，同学们觉得条形磁体的磁场如何分布？

4.初建模型

学生根据自身经验画出的模型大概趋向于圆圈型、射线型，图略。

师：你画成同心圆有什么依据？

生4：因为两个磁极处磁性最强，所以我觉得磁场就像水波一样从磁极处散开。

师：有道理。那同学们画成射线型有什么依据呢？

生5：上个实验中，我用小磁针靠近磁铁的两级，移动时，指针都指向了磁极。

生6：不对，小磁针没有完全指向磁极，只是向磁极偏转了一些。

师：很好。磁场虽然看不见，摸不着，但我们能利用小磁针的指向来认识它。

5.再建模型

教师引导学生完成教材活动16.2，提问：我们能用小磁针来描述磁场，但还是太粗糙了，有什么办法能提高精度呢？

生7：摆上更小的磁针，多摆一些。

师：很好。但老师这没有很小的磁针，还有什么更好的办法来代替小磁针吗？

学生思考后回答：我们可以撒上铁粉。铁粉在磁场中会被磁化，变成小磁体，就像迷你磁针一样。

学生将条形磁体放在透明塑料板上，撒上铁粉，但发现只有磁极附近的铁粉被吸到了磁极上。

生8：因为摩擦力太大了，铁粉动不了，得弹几下塑料板。

【设计意图】对磁场概念的理解是教学难点。在素养导向下的物理课堂中，教师的行为应是不断创设认知冲突，将知识转化为问题，将问题融于情境，最终编织为“问题链”。学生从奇妙的硬币出发，进入深度学习的状态，再跟着“问题链”不断思考和推理，利用器材对自己的想法进行论证；再从实验体验出发，尝试建构磁场的模型并在教师问题的引领下逐步形成磁感线的概念，建构磁场的初步模型。整节课，学生在辨析和思考中即时、动态地生成磁场的概念，在沉浸体验课堂的同时发展建模和思辨能力，思维含量逐渐升级。

二、先错后纠，感悟电磁联系

1.初感电磁联系

师：在之前的课程中，同学们模仿奥斯特发现了电流能够产生磁场，接着又跟随法拉第的步伐，一起制作了最简易的电动机。相信同学们肯定发现了磁和电之间存在着千丝万缕的关系。宇宙是具有对称美的，19世纪众多科学家其实和同学们一样，都确信磁与电一定是相互对称的关系，纷纷尝试制作利用磁产生电的装置，但结果都失败了。而法拉第经过十年的艰辛尝试，最终取得了突破。今天，同学们不妨再当一次法拉第，如果是你，根据已有经验，你会怎么设计“磁生电”电路呢？

教师带领学生以小组为单位，尝试设计不同的实验方案。学生利用逆向思维设计的电路往往是利用条形磁铁的磁场产生电流，如图2。

师：事实上，法拉第当年也设计了类似的实验方案，我们一起来验证一下。

闭合开关后，学生发现电流表的指针并没有如他们期望的那样发生偏转。怎么回事？哪里需要改进？学生纷纷讨论起来。

生9：是因为条形磁铁磁性太弱吗？

教师将条形磁铁更换为马蹄形强磁体，闭合开关，电流表依旧没有偏转。

生10：有没有可能是产生的电流太小，而电流表不够灵敏？

师：有可能，那我们就得认识一位新朋友——灵敏电流计。（教师介绍并连接上灵敏电流计，闭合开关，指针仍没偏转。）

师：法拉第当时经过了各种尝试，不论是强磁体产生的磁场，还是强电流产生的磁场，都不能使导线“感应”出电流来。

2.再感电磁联系

师：今天，我们走一次捷径，看看最终产品——发电机。

教师展示微型电扇。

生11：老师，这哪是发电机啊！这不是电动机吗？

教师将插头处连接二极管，转动扇叶，二极管发光，并让学生捏住插脚，体验转动后产生的电流。拆开电扇后，学生观察。

师：想要产生电流需要哪些要素？

生12：磁铁（磁场）、电线（导体）。

师：我们刚才设计的电路中也满足了磁场和导体的条件，但没有产生电流，说明还有要素我们没有发现，请同学们思考下。

生13：要动！

学生动手尝试，在原来电路的基础上，闭合开关后，移动磁体，指针终于发生了偏转，学生感受到成功的喜悦。

【设计意图】在一开始的猜想与验证环节，学生虽然没有成功得到最终结论，但一次次失败与改进的过程实际就是对之前概念知识的调整过程，对脑中物理观念的建构过程。所谓试误，就是学生在尝试中经历错误，这是学习的必要途径。有时过于一帆风顺的课堂往往意味着学习还处于浅层阶段。学科素养的提升，需要在深度沉浸的课堂中经历质疑、交流、论证、批判、总结等过程。片段中，学生先思后动，先错后纠，在教师的引领下终于认识并理解了电磁感应的原理，这样能增加学习的兴趣、信心和成就感。在此过程中，学生对电与磁相互作用的感受，不再是由教师嘴里说出的知识，而是每个学生在屡败屡战过程中逐步建构起的物理观念。

三、小组思辨，突破课堂难点

通过刚才的教学，学生已经成功通过磁场、闭合电路和导体运动发现了感应电流，实现了“磁生电”，但在实验操作的过程中发现，并不是每次移动都能产生电流，继而产生疑惑：导体怎么运动才能产生感应电流呢？由此自然引出了感应电流产生条件的实验探究。

1.问题与循证

师：通过刚才的实验，大部分小组确实产生了电流，但指针的偏转却有大有小，有左有右。到底导体如何运动才能产生感应电流呢？为了将实验现象明显化，我们统一使用导体棒和蹄形强磁体，按刚才的方式进行连接。有很多种移动方式，可以为平动和转动，我们从简单的平动入手。平动可以往四面八方，如图3所示，同学们动手试一试。

生14：水平运动和斜着运动能够产生感应电流，而竖直运动没有感应电流。

2.质疑与验证

师：既然大家的实验结果都是这个现象，那我们能得出结论了吗？

生15：可能还和磁铁的摆放有关系。

师：很好。科学的结论一定是对多种不同情况进行尝试，最终总结出来的，敢于质疑就是成功的第一步。那我们就对磁铁开口朝上的情况进行探究（如图4）。

生16：这次变成竖直运动和斜着运动能够产生感应电流，而水平运动没有。

师：这说明了什么？

生17：感应电流的产生除了和运动方向有关，还与磁场方向有关。

3.讨论与交流

请学生画出图4中磁铁的磁感线，讨论产生感应电流的条件并动手验证。教师请小组组长总结交流。

组1：当导体沿着磁感线方向运动，就没有感应电流，其他情况下都有。

组2：我们将磁铁侧过来放在桌面上，不断改变摆放方向，多次实验，发现只要导体的运动方向和磁感线相交，就会产生感应电流，而相互平行时不产生感应电流。

师总结：同学们描述得非常准确。我们可以把导体看成一把刀，如果它运动时与磁感线相交，仿佛能把磁感线切断，在物理学中就称之为“切割”磁感线运动。而当导体运动方向和磁感线平行时，就像梳头发一样，无法切断磁感线。

教师规范化描述电磁感应的产生条件。

【设计意图】学生对切割磁感线的理解是本节课的一个难点，但并不意味着学生难以理解“切割”一词。本次探究实验在传授知识的同时更是训练思维、提升探究能力的契机。在探究的初始阶段，学生仅关注运动的方向，思考的维度较低；在教师的铺垫和学生的辩论中，思维逐步升级，进而把导体的运动方向与磁场方向统一起来思考，最终总结并得出结论。在此基础上去理解“切割磁感线”就水到渠成了。

四、史料育人，厚植科学精神

师：在课堂的最后，我们通过短片一起了解下这位科学巨人的故事，并说一说他的哪些事迹打动了你。

【设计意图】课堂中，学生跟随物理学史发展的步伐，共同探索了电磁感应现象的发现过程，并了解了法拉第的成长故事。在深度体验中不仅了解了科学起源，欣赏了科学成就，领悟了科学方法，还养成了科学态度与正确的人生观、价值观和社会观。

核心素养的培养，关键是让学生在预设的情景中自主探究，深度学习。利用丰富多彩的物理学史创设情境，结合适当的“问题链”，能有效促进学生思维向深度发展，渗透育人功能。以丰富的学生实验作为支撑，让学生在论证自己观点的过程中真正提升科学探究能力并将物理知识抽象概括、提炼内化，有助于学生最终构建起科学观念。

（作者单位：江苏省太仓市高新区中学）