基于核心素养的高中物理课堂教学设计
物理核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中,逐步形成适应学生未来发展所需要的必备能力与关键品格,它是关于学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面要求的综合体.基于核心素养的物理课堂教学,要求我们在教学设计中,关注“物理观念”“科学思维”“实验探究”和“科学态度与责任”四个维度.每个维度都有其特定的素养形式与素养内涵,本文以《楞次定律》为课例,谈谈基于核心素养的高中物理课堂教学的设计与思考.
一、基于物理核心素养的教学内容分析
《楞次定律》是一节典型的学习难度较大的物理规律探究课,一是涉及的因素多,有磁场方向、磁通量的大小、磁通量的变化、线圈绕向、电表指针偏转、电流方向等.虽然学生已经对这些物理量有了基本的了解,但在同一实验中涉及那么多的物理因素,学生感到难以理清头绪.二是规律比较隐藏,难以通过大凡的概括获得规律,要求有很强的分析、推理和概括能力.“楞次定律”因其内容的繁复和表述的间接使规律显得更加抽象.前面学习的“电场”和“磁场”描述的场都是“静态场”,大小和方向是恒定的,而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系,是一种“动态场”,学生理解难度增大.针对课题《楞次定律》的特点,基于物理核心素养,我们对教学内容进行分析,列出了核心素养所对应的教学内容(见表1).
二、基于物理核心素养的教学目标确立
教学目标是通过一定的教?W程序后学生所获得的素养或能力的状态的描述,是指教学活动实施的方向和预期达成的结果.我们认为核心素养不能替代教学目标,核心素养是学生必备的品格和关键能力,是人的最终发展目标,而教学目标是指某一详尽的教学活动预期达到的结果(学生心理与行为的变化),是一个特定过程的最终状态.因此,要形成核心素养这个“状态”,离不开每一节课的教学的“小目标”.为此我们根据物理核心素养的素养形式与素养内涵,列出了本课的教学目标(见表2).
三、基于物理核心素养的教学过程
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在基于物理核心素养的教学内容分析和教学目标确定的基础上,设计基于学生物理核心素养的培养的教学过程.(一)基于真实情境提出研究的物理问题
通过演示实验创设问题情境,可以调动学生学习兴趣,激发学生的求知欲,并提出需要深入探究的物理问题.我们从学生原有的认识入手,条形磁铁穿过闭合线圈产生感应电流,设计演示实验,如图1所示,条形磁铁穿过线圈,用微电流传感器检测线圈中的电流如图2所示,学生能分析观察到的物理现象,提出可探究的物理问题――感应电流的方向的变化与哪些因素有关?这样引入的目的是培养学生发现问题和提出问题的能力.(二)参与方案制定经历实验探究过程
我们立足教材,并对教材进行延伸和深挖.以问题为导向,通过一组活动,从科学猜想到设计实验,再进行实验研究,在课堂上让学生经历探究的全过程,真切感受到科学探究的欢乐,提升对科学本质的认识,提高实验探究的能力,逐步发展丰盛物理核心素养.
活动1(科学猜想与设计实验)
在对图2所示的现象分析基础上,进行科学猜想――感应电流的方向与磁场的磁通量的变化有关.
制定“探究感应电流方向与磁通量变化的关系”的实验方案,要有产生感应电流的实验装置(如图3所示),变量的控制(磁铁的极性和运动方向、线圈的绕向),感应电流方向的测定(电流表),设计记录的表格,如表3.
活动3(深入探究)磁铁的N极和S极插入线圈或拔出线圈,观察指针的偏转情况,得出线圈中感应电流的流向及磁通量变化的关系.
(三)分析实验数据主动得出实验结论
教师事先设计了表格形式的学案(表4),表格第四、第五行没有涉及任何物理量,这给学生留足了探究的空间.通过小组讨论,研究发现“感应电流方向”与“磁通量变化”之间并没有直接关系.教师引导是否还有其他因素的影响呢?在学案表格中加入一行――原磁场的方向.再经过小组交流,仍然找不到规律.因为磁场方向是竖直方向,而感应电流方向是水平螺旋方向,启发学生明白安培定
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则就是让这两个方向的物理量发生关系的,从而教师再引导学生引出“中介量”――感应电流的磁场方向,引导学生,在表格中增加原磁场方向和感应电流磁场方向两个因素.逐步完成表格,再通过交流讨论,归纳总结得出:当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反;当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场的方向相同.在教师的引导下,得出“增反减同”,进一步概括得到“阻碍”两字.
学生从而主动得到楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.规律比较隐藏,其抽象性概括性很强,学生很难独立对其归纳和总结.教师鼓励学生进行小组讨论,给足时间和空间,在充分的交流和表达过程中,碰撞出智慧的火花,发展核心素养.(四)进行实践检验纳入自身知识结构
如图5所示,有两个轻质铝环A(闭合)和B(断开),某同学手持磁铁的任意极靠近A,A会怎么运动?远离A时,A怎么运动?
用实验证明,楞次定律是正确的.
进一步分析:用磁铁靠近轻质铝环A时,在铝环中产生了感应电流,获得了电能.在这一过程中,铝环与磁铁有相互作用的电磁力,所以,此同学对磁铁和铝环这个系统做功,符合能量守恒的普遍规律.倡导学生要节约能源,促进可持续发展的责任感.(五)解决实际问题提升科学思维能力
回归课前引入的演示实验,根据楞次定律解释为什么条形磁铁穿过闭合线圈,电流方向会发生改变?
让学生解决真实的物理问题,从中认识物理学的价值和与生活、社会、科技的联系,明白物理规律可以预测事物的结果或现象.
(六)总结学习内容欣赏楞次定律
鼓励学生进行总结反思,本节课的研究内容、研究方法和研究结论,在此基础上欣赏楞次定律的简短之美,楞次定律所蕴含的深刻的哲学道理,体会科学研究的欢乐和应有的态度.基于物理核心素养的教学设计,是在研究物理核心素养的素养形式与素养内涵的基础上,确定其教学目标,有助于教师抓住“物理
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