法拉第电磁感应定律教学案例及分析.ppt

法拉第电磁感应定律教学案例及分析,朱建廉,南京市 金陵中学,背景：在人教版新课标教材物理选修32中，关于法拉第电磁感应定律一节的教学内容其呈现方式为：首先，由磁通量变化导致感应电流产生的实验事实推断出感应电动势的存在；然后，从磁通量变化越快所形成的感应电流越强的实验感受出发而得出感应电动势与磁通量的变化率有关的合理猜想；接着，在上述猜想的基础上直接给出了感应电动势与磁通量变化率成正比的结论；最后，应用感应电动势与磁通量变化率成正比的结论推导出动生电动势的表达式。考虑到教学内容的上述呈现方式在逻辑上存在着某种疏忽，从而对学生的学习过程构成了实现知识建构的障碍，笔者在实际施教过程中作出了相应的教学处理，保证了学生知识建构的顺利实现，并使学生在真切体验知识建构过程的同时，较为充分的体验了实现知识建构的探究行活动，较好的达成了三维教学目标，取得了较好的教学效果。,过程：1、针对两个实例实施研究 师：这节课我们研究电磁感应现象中的定量规律（板出课题：法拉第电磁感应定律）。让我们从两个具体的实例开始我们的研究（出示图1和图2）：在如图1和图2的装置中，怎样的操作就可以产生感应电流而使电流表指针发生偏转？,生A：使图1中的导体棒ab作切割磁感线的运动，使图2中的滑动变阻器动片P滑动，就可以产生感应电流而分别使两个图中的电流表指针发生偏转。师：回答的不错。但表述不够精细，我仍有点不满意。生A：？,师：谁能表述的更精细些？生B：使图1中的导体棒ab保持与导轨良好接触，并沿导轨作切割磁感线的运动；使图2中的电键S处于闭合状态，并使滑动变阻器动片P滑动。这样才能产生感应电流而分别使两个图中的电流表指针发生偏转。师：很好！请你再想一想，在这两个实例中，引起电磁感应现象的原因是否相同？生B：我觉得相同，至少可以认为相似：图1中由于ab棒的“运动”而产生感应电流；图2中由于动片P的“滑动”而产生感应电流。师：B同学认为两个实例中的电磁感应现象都是因“动”而生的。对此有不同意见吗？生C：我有不同意见！师：试言之。生C：表面上看起来两个实例中的电磁感应现象都是因“动”而生，但两种“动”所造成的影响却不同：图1中ab棒的“动”造成了导体棒切割磁感线；图2中动片P的“动”造成的是磁场强弱变化。师：我理解你所表达的意思是：图1中的电磁感应现象是因“动”而生的，而图2中的电磁感应现象则是因“变”而生的，所以说在两个实例中引起电磁感应现象的原因是不同的。是这个意思吗？生C：是。,师：大家看呢？生D：老师，我不同意C同学的观点。师：你觉得C同学说错了些什么吗？生D：好像没说错什么？师：那你为何反对呢？生D：上一节课我们在探究电磁感应的产生条件时所归纳出的结论不是这样的。师：是怎样的？生D：无论以何种方式引起电磁感应现象而产生感应电流，其本质的原因都是由于磁通量的变化。师：可是C同学并没说错什么、甚至包括B同学也没有说错什么呀？生（全体）：生：我觉得对于图和图中引起电磁感应现象的原因应该这样来表述：若从操作的层面上讲，原因是相同的都是因“动”而生；若从操作所造成的影响的层面上讲，原因是不同的分别是因“动”而生和因“变”而生；若从涉及到磁通量的本质层面上讲，原因又是相同的都是因为“磁通量的变化”而引起的。师：大家觉得同学概括的准确、全面吗？生（全体）：（自发鼓掌）,师：（示意掌声止住）太好了！建议将刚才这段话命名为：“电磁感应现象产生条件的表述”。如同意，请鼓掌通过。生（全体）：（再次鼓掌）师：（再次示意掌声止住，并感慨而言之）“相同”之中有“不同”，“不同”之中有“相同”；既“相同”，又“不同”。由于两个实例的感应原因在磁通量的层面上的表述取得一致，所以统称电磁感应；由于两个实例中操作所造成的影响不同，所以我们就有必要将这两类电磁感应现象作出清晰的划分：因“动”而生的称作“动生”电磁感应；因“变”而生的称作 生（部分）：“变生电磁感应”。师：不！在物理学发展的历史上给出的名称是：“感生”电磁感应（在部分同学善意的笑声中板出：“、动生”、“、感生”）。关于这两类电磁感应，同学们课后可以先行预习第5节的教学内容。,、针对“动生感应”实施研究,师：很好！由于ab棒作切割磁感线运动，棒中的自由电子将随棒一起在磁场中运动而受到洛伦兹力作用，这样就会在ab棒的两端分别积累起一定数量的正、负电荷，从而使得作切割磁感线运动的ab棒实际上成为一个 生（全体）：电源（池）。师：对！电源，感应电源，“动生”电源。谁能给出这个电源的电动势的定量表达式吗？生（全体）：师：想一想，ab棒两端分别积累起少量正、负电荷而继续作切割磁感线运动时，随之而运动的自由电子受到的力仅仅是洛伦兹力吗？当ab棒的两端分别积累起的正、负电荷不再继续增加时，随之而运动的自由电子的受力图景又将如何？生A：哦！我会了。师：请！（接下来的教学活动是：A同学板演“动生电动势”定量表达式的导出过程，其他同学或各自演算、推导，或相互研讨，教师则作相应的巡视、指导）,附：A同学板演的“动生电动势”定量表达式的推导过程,师：太完美了！如果不是前人已经做过类似的研究，我又要产生一种建议将（1）式命名为“A公式”的冲动了。生（全体）：（轻松的笑声）师：关于（1）式的深入研究留待以后，下面我们把研究的注意力转移到“感生”感应。,、针对“感生感应”实施研究 师：生（全体）：师：哎！怎么啦？别冷场啊！大家一起开动脑筋呀！生：老师，要说结论，课本上写得清清楚楚；可要说获得结论的合乎情理的逻辑推理过程，我们实在无从下手。师：怎么？有点困难？生（部分）：（调皮的）老师，求求你启发启发我们吧！师：其实，我也不一定能说好。只是有一点我非常明确：既然产生“感生感应”和产生“动生感应”的本质条件都是由于“磁通量的变化”所至，那么所产生的“感生电动势”和“动生电动势”就应该具备着“与磁通量变化情况有关”的共同特征。不知大家是否同意我的这一分析。生：（调皮的）同意、同意；茅塞顿开、茅塞顿开。师：既然同学的“茅塞”已开，那就让我们大家一起来就教于斯吧！生（全体）：（掌声）生：既然产生“感生感应”和产生“动生感应”的本质条件都是由于“磁通量的变化”所至，那么所产生的“感生电动势”当然就应该与磁通量变化的快慢程度成正比。师：说的那么肯定？我猜你是看了课本上的结论才会如此大胆的吧？生：（不好意思的）是。,师：看过课本上的结论的同学都会明白：猜想41是无法推翻的。只是，我们怎样去证明其正确呢？生（全体）：师：能从定量表达“动生电动势”的（）式中得到些启发吗？生（全体）：生：老师，我觉得我可以给出证明了。师：大胆的试一试。生：好！我试试吧。（接下来的教学活动是：同学板演对猜想41的证明过程，其他同学或各自演算、推导，或相互研讨，教师则作相应的巡视、指导）,师：E同学对猜想41给出了逻辑严密的证明，这为我们最终得到“感生电动势”的定量表达式、进而完成“法拉第电磁感应定律”的知识建构铺平了道路。只是，我们还该做些什么呢？生G：确定（3）式中的比例系数k。生H：比例系数k不是已经由（5）式确定了吗？生G：由（5）式给出的比例系数k的值只是针对图4所示的装置而言的，不具备一般性意义。生H：如果（5）式给出的比例系数k的值不具备一般性意义，那么我们不就不能保证（1）、（2）两式在最为一般的意义上等价了吗？生G：（1）、（2）两式的等价并不需要具备一般意义。生H：那怎么行呢？生G：那怎么就不行呢？生（全体）：（议论纷纷，莫衷一是，分为两派，相持不下）师：（微笑视之，默不作声，胸有成竹，任其争论）,生A：老师，您持怎样的观点？师：关于“HG争论”，我有我的想法，只是我不想说。生（部分）：老师，说吧！师：好，那就说一说。只是由于时间关系，我只能简单得告诉大家：我的观点倾向于G同学，而G同学的观点的表述方式还应该做一些修正。至于理由，我想留待同学们课后去思考，只要能够把我们对电磁感应现象的定量规律的探究过程理清其逻辑线索，就不难弄懂相应的理由了。生H：老师，那就意味着我们必须进一步搞清k的一般性意义啰？师：当然！生H：可k的一般性意义该如何理解呢？,附3：关于“k无量纲”的证明过程,对照教材教学内容呈现思路，揣摩教材编写者的编写意图，对于笔者所实施的教学过程可以在如下几个方面作出较为客观、较为理性的评析，同时也应该能够从这客观而理性的评析中获得一般意义上的启迪。,评析：,1、“教材呈现”与“实际施教”的逻辑线索之比较 教材在直接给出形如（6）式所示的法拉第电磁感应定律的一般表达式后，又据此导出形如（1）式所示的法拉第电磁感应定律的重要推论动生电动势的一般表达式。从逻辑的线索来看，这里运用的是所谓“从一般到特殊”的演绎思维。教学实施过程则与之相反：首先在“动生感应”的特例中运用“平衡方程”导出动生电动势的一般表达式如（1）式给出，然后在“原因的一致性必然会在一定程度上导致结果的一致性”的朴素哲学观点的基础上，据此导出法拉第电磁感应定律的一般表达式如（6）式所示。从逻辑的线索来看，这里运用的则是所谓“从特殊到一般”的归纳思维。相比较而言，在概括物理规律的思维活动中，归纳思维方式应该是更为适用。,2、设身处地对教材呈现方式的良苦用心的悉心揣摩 关于教材的呈现方式，笔者设身处地的站在编者的立场上悉心的揣摩了其良苦用心：第一，若以笔者实际施教的逻辑线索来呈现相应的教学内容，则引发的直接后果是在逻辑推理能力方面的教学要求过高；第二，尽管教材现有的呈现方式在给出形如（6）式的法拉第电磁感应定律的一般表达式时缺乏相应的逻辑基础，但“磁通量变化越快，闭合电路中产生的感应电流相应就越强”的特征毕竟是有一定的实验感受为基础的；第三，考虑到教材使用面很宽，使用教材的学生知识基础与逻辑推理能力的悬殊很大，同时还考虑到课程标准对相应的逻辑推理能力的基本要求的制约，因此可以认为：教材所选择的呈现方式不失为一种明智的选择。,3、实际施教中相应于“新课标”要求的可圈点之处 对照“新课标”的课程理念与教学要求，在实际施教的过程中至少有如下几点可以被认为是“可圈可点”之处。,（1）逻辑线索的清晰流畅 第斯多惠曾经说过：“一个坏的教师奉送真理，一个好的教师则教人发现真理。”考虑到教材呈现方式中的逻辑线索所存在着的上述缺陷，同时考虑到笔者所教的学生的实际状况（笔者所在的学校是国家级示范高中，笔者所教的班级是从全省范围招生的“省招班”），笔者在实际施教中选择了“以清晰流畅的逻辑线索引领着学生去发现真理”的做法，而从教学效果上看，这样的做法是可取的。针对某一节课通常应该关注两个方面的结构：“知识结构”和“逻辑结构”。前者解决的是“教什么？”的问题，而后者解决的则是“怎么教？”的问题。如果说这节课还有一点什么能够给学生留下久远的回忆，那一定是由于施教过程中清晰流畅的逻辑线索和科学合理的逻辑结构给学生所带来的刺激与影响。,（2）问题情景的创设成功 情景激发情感、情感调动情趣、情趣制约情绪、情绪影响行为。为实施教育或教学而创设的情景通常可分为两大类：即如“孟母断机”一类的“物化情景”和“苏格拉底问题情境”一类的“非物化情境”。本节课中的问题情景创设较为成功应该是保证教学实施成功的一个非常重要的因素：以两个感应实例为背景，分别针对“感应条件的比较”、“动生电动势的推导”和“感生电动势的探究”等，提出了一系列的相关问题以创设问题情景，启发与激发着学生的思维活动在所创设的问题情景中围绕着问题逐步深入展开，而相应的多维教学目标也正是伴随着学生思维活动的逐步深入而逐步达成。从某种意义上讲，教学情景实际上可以被认为是一种教学的环境，教学行为的不当，必将会在一定程度上破坏教学情景、污染教学环境。本节课在教学活动的发生、发展和变化的整个过程中，无论是初期阶段对教学情景的精心创设，或者是在教学进程中对教学情景的悉心经营，均应该是做得较为成功。,（3）学习兴趣的激发充分 兴趣，是学生自觉参与教学活动的原动力，尤其是自主性参与的探究性学习活动，格外需要学习主体以兴趣支撑。由于学生的学习兴趣通常会随着教学活动中所受到的刺激而波动，若以“刺激”为自变量，“兴趣”一般将表为“刺激”的非单调函数。正是由于“兴趣”与“刺激”间的这种复杂关系，才使得在教学过程中养成并长久的保持着学生的浓厚的学习兴趣成为一件较为困难的事情。从本节课的实际施教过程可以看出：几乎所有同学都能够把浓厚的学习兴趣和高涨的学习热情保持于教学过程的始终。若对此作一些理性的思考，则可将其原因归结为：教师较好的迎合了学生的求知欲望，较准确的把握住了学生的认知能力，进而运用了逻辑的力量，在问题情景中设置了众多恰当的教学刺激，并以这一系列的刺激调节与激发着学生的学习兴趣、调动与保持着学生的学习热情，使绝大部分同学都能够“热情高涨”、“兴趣盎然”的经历完整的教学过程。,（4）教师地位的把握准确 传统的学科教学更多是把教学过程视为教师“教”的过程，随着新一轮课程改革的逐步深入，人们越来越清楚的意识到：与其把教学过程理解为教师的“教”，还不如把教学过程理解为学生的“学”。在这样的认识基础上，教师在教学过程中的地位就从以往的“主导”位置调整为“活动的伙伴”、“平等的首席”和“学习的引领者”。从本节课的实施过程中可以看到：教师在开展“教”的活动中，确实能够准确把握自身的“合理”地位而“合法”的履行职责，表现出了作为学生“学习活动中的伙伴”、师生一体化的学习共同体中的“平等的首席”和学生自主性参与的“学习活动的引领者”的风采。如果将本节课中师生间的语言交流类比作“对口相声”，那么教师实际上是自觉的把自己放在所谓的“捧哏”位置上而把学生引领到“逗哏”位置上，使之承担起包括探究性活动、知识建构活动等教学过程中各种主要活动的“主角”任务，切实保证了学生的主体地位。而教师在履行“捧哏”的职责时，充当了把握方向的“舵手”角色而较好的完成了“引领”任务。,（5）教学素养的表现的当 对于教学过程的考量应该关注着两个基本问题，即：“学生应能从教学过程中获得些什么？”和“教师应在教学过程中表现些什么？”而在这两个基本问题中，“教师的表现”又应该无条件的服从于“学生的获得”。由于这种服务性宗旨，所以“教师的表现”必须的当；而所谓的“表现的当”，又应该在如下两个方面予以把握：首先应明确的是在教师所具备的各种教学素养中应突出表现的是哪一种？其次应明确的是对所要表现的某种教学素养应把握怎样的尺度？由于本节课的实施过程是以“理性探究”为主要活动形式，教师在活动中的主要任务是以问题情景激发学生的探究欲望、引领学生的探究思维，所以在教学实施过程中突出了教师的“语言素养”，以精练而的当的语言构建起一系列问题，并以这一系列问题对学习主体实施了剧烈程度较为合适的刺激，从而较为充分的调动了学习主体的学习热情、激发了学习主体的学习兴趣，较好的服务于教学目标的达成。,（6）教学细节的体察入微 如果说到这节课所具有的可圈可点之处，那么除了上述的各个方面以外，还应该值得称道的是所谓“教学细节的体察入微”。关于教学过程中对于细节的体察，本案例中能够有较为鲜明的表现的主要有,关于对同学“感应条件”的表述不够精细的细微体察，对学生的思维习惯与表述习惯的养成将产生积极作用；关于“感应条件同不同”与“、两同学的表述内容对不对”的区别的指明，对启发学生能够分层次表述两个感应实例的感应条件形成根本的影响。关于“同”与“不同”的辩证关系所发的感慨，主观上是想在对“类比方法”的本质领会上给学生以潜移默化的影响；关于“同”则“统”而“异”则“分”的冷静分析，实质上又在不知不觉中对学生起到了关于科学方法和科学思维的启蒙影响。关于“电磁感应现象产生条件的表述”的命名建议，客观上对调节课堂气氛、融洽师生关系、营造良好氛围、经营教学情景、影响学生情绪、激发探究热情等，均取得了实在的作用。关于“动生感应”的研究中自由电子受力情况和“动生感应”达到稳定时自由电子受力图景的启发，牢牢掌握了教学活动的发展进程；关于将关键性知识的建构过程能够放手交由学生自主完成，一方面是对学生主体地位的尊重，另一方面也是对教师首席地位的自信。关于“动生电动势”的研究“见好就收”的明智处理，反映出了把握教学进程的大局观；关于将针对“感生感应”实施研究的优先权“顺水推舟”的交给同学的教学处理，表现出了对教学活动的理性态度：在精心预设的基础上顺其自然的灵活掌控动态生成。,关于针对猜想“只求合乎情理，不求绝对正确”的要求，实质上就是针对科学精神、科学态度乃至科学品质的教育影响；关于针对猜想体系分门类、分等级的建议，实质上也是基本的科学方法教育。关于针对猜想与学生在逻辑论证问题上进行的“比拼”，一方面是对学生的思维活动的启迪需要，另一方面也是强化对学生的教学刺激的需要；关于作出针对猜想的逻辑论证的示范后对学生的鼓励以激励，既是教学过程实施实际的需求，又是教师实施“激励教育”的主观行为。关于针对“感生电动势”的探究困难而启发学生结合“动生电动势”的定量表达式作整体思考，相应的哲学基础实际上是所谓的“联系的观点”，相应的教学目的实际上也是想借此促进学生能够自觉运用朴素的哲学思想引领着学习活动中的探究。关于“感生电动势”与“动生电动势”的关系，从其产生条件上的一致性推知其产生结果上的一致性，相应的教学启示实际上给与学生的是朴素的哲学思想的影响。关于对“HG争论”的教师态度，实际上是教师所持的“不应该剥夺学生发现的乐趣”观点的自然流露；关于针对“HG争论”的教学启示，实际上是教师所具备的教学专业素养的积淀。,谢谢！,