转载 楞次定律教学的高端备课——《中学物理教学参考》2013年4月 教师备课参考

【博主按：本文发表于《中学物理教学参考》2013年第4期，系邢红军教授“物理高端备课”系列成果之一。】

楞次定律教学的高端备课

邢红军1宁成2胡扬洋1

（1．首都师范大学 物理系，北京100048；2．北京市第三十五中学 物理组，北京100032）

文章编号：1002-218X（2013）04-0018-03中图分类号：G632.4文献标识码：B

楞次定律作为高中阶段最为抽象的一个物理规律，长期以来都是物理教学的一个“老大难”问题。为解决这一难题，已经积累了可观的研究资料。但如何以高端备课的研究观点，立足物理学科的本质与学生的学习规律，系统地研究楞次定律教学的物理内涵并给出逻辑思维脉络的教学设计还未涌现。鉴于此，本文试图就楞次定律的教学设计论述我们的观点，诚望方家指正。

一、传统教学的困局

现行人民教育出版社的教材“楞次定律”一节，从条形磁铁相对螺线管运动的实验出发，引导学生将“感应电流的磁场”作为“中介”，通过填表比较，归纳出楞次定律的表述：“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。”^[1]

这种传统的教学安排，涉及原磁场方向、感应电流方向、线圈绕向、感应电流的磁场方向、磁场的变化方向等众多要素，早已受到了“现象多、过程复杂，效果不够好”的评价。^[2]对此，我们认为，正是本节演示实验存在的问题造成了长期以来的困境。理由如下。

1.学生不能够直接从“螺线管四组实验”判断出感生电流的方向。这是因为，由“磁铁插入、拔出线圈”和“灵敏电流计指针摆动”两个仅有的实验现象判断感生电流的方向，需要经过（灵敏电流计接线柱的电流）“正进负出”和线圈绕向两个思维环节，使得思维链条过长。这有违物理教学的简单性原则。

2.实验把感生电流方向和感生电流的磁场方向两个变量同时呈现，没能使用“分离与控制变量”的科学方法，使教学陷入复杂之中。

3.由实验不能判断出感生电流的磁场方向。

因此，正是实验的选取不当造成了教学逻辑的繁冗。所以，这种方式必须予以改变。当然，教材在“楞次定律的应用”部分呈现了如下方框图，还是为我们提供了一定的启示。（如图1所示）^[3]

该图虽然初步体现了较为清晰的脉络，然而启始部分仍然显出繁复的情势。图②、③部分从“磁通量”和“电路磁场的方向”两个抽象的内涵入手，有违直观性原则。因为磁场的通量和方向都并不能通过该实验确定。④部分是对楞次定律名称的直接搬用，以至于整个方框图未能展示出楞次定律具有可操作性的具体内涵。

二、彰显定律内涵的教学设计

基于以上认识，我们选用“楞次环”实验作为基本的出发点和突破口。实验装置如图2所示，A、B都是铝环，其中环A闭合，环B断开，横梁可以绕中间的支点转动。实验时，用条形磁铁的一极垂直插向、拔出A环，可观察到仪器绕支点的转动。

该实验的优势在于：1.实验装置简单、实验现象直观，可以直接判断出感生电流的磁场方向。至于感生电流的方向，则可由右手螺旋定则判断给出。2.可以控制和分离变量。感生电流的方向与感生电流的磁场方向就被分离了开来。所以，传统教学急于寻找磁场这一“中介”并选用繁复且不能体物理现象的“螺线管四组实验”实验其实是舍本逐末并徒增吃力的。

基于上述理由，我们对楞次定律展开了如下的教学设计，教学逻辑图如下。（如图3所示）

显而易见，这一教学逻辑图更加符合教学的逻辑。教学过程如下。

第一步，判断感生电流的磁场方向。实验时，当使条形磁铁的N极垂直并插向A环，发现A环向远离磁铁方向运动，呈现一种“拒斥”现象；再使条形磁铁的N极垂直并离开A环时，却发现A环向磁铁方向追进运动，仿佛是对磁铁的“挽留”。而对B环却没有这种现象。之后，换用S极并多次实验后发现仍然呈现以上现象，“来拒去留”是对其最为直观形象的描述。这种直观、简约的实验现象不仅剥离了线圈绕向等多重因素，而且分离了感生电流方向这一因素。

在实验中体验到的“拒”与“留”正是铝环中感生电流磁场与原磁场相互作用的宏观表现，根据“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的基本规律易判断感生电流的磁场方向。进一步可以引导学生从物理本质上进行归纳：当铝环中的磁通量增加时，感生电流的磁场方向与磁场方向相反；而当铝环中的磁通量减少时，感生电流磁场方向与磁场方向同。因此，可以用“增反减同”概括。

第二步，判断感生电流的方向。已知感生电流的磁场方向，根据安培定则就很容易得出感生电流的方向。至此，感生电流方向的判断完成，楞次定律也得以自然地被总结出来。以上实验结果记录在如下记录表中。（如表1所示）

表1

最后，为了验证这一定律，可以将电流传感器接入不闭合铝环，用条形磁铁重复上述实验，传感器显示铝环中有电流产生并且与定律判断的方向一致。

三、对教学设计的反思与启示

我们认为，教学设计不是一项实用主义导向的活动，而是基于物理教学理论的系统思考。在以理论为导引与实践答辩的双重作用下，教学设计活动才能成为沟通教学理论与实践的枢纽。从上述教学设计过程中，我们得到了如下启示。

（一）物理教学实验的选取应以简单性为原则

纵观以上教学设计可见，正是选用简单、显性的“楞次环”实验代替了“螺线管四组实验”才使整个教学思路豁然开朗。传统教学安排的实验是显然不符合这种“简单性”要求。实践中，虽然已经有教师开发出了体现定律力学特征的实验与教具，但是仍然同物理教学的这一要求存在距离。^[4][5]麦克斯韦曾经说过：“这些实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比，学生用自制的仪器，虽然经常出毛病，但他却会比用仔细调整好的仪器学到更多的东西。仔细调整好的仪器学生易于依赖，而不敢拆成零件。”这很好地说明了简单仪器特有的教育价值。

（二）分离与控制变量是教学逻辑的基本要求

“分离与控制变量”在初高中物理教学多次出现，甚至是出现频次最高的方法，然而许多人却没有意识到，教学的逻辑也需要由科学方法来表达。我们的实验及教学设计成功地剥离了多个变量的干扰，通过隐性地控制变量，不仅使教学脉络简单、层次分明，并且体现了科学方法的效力与内涵。

事实上，我国物理教学研究的历史上也一直有着对“物理教学逻辑”的零星研究。如传统教材编写就提出了“逻辑轻快”的原则。然而，所谓“教学的逻辑”却并不只包含这一单一化的条框，而是有着丰富的内涵可供研究。这些对教学逻辑的研究都意在使学生在教学中体验到一种微妙的逻辑感，由此，“教学的逻辑”才能实现与“思维的逻辑”的互动。然而遗憾的是，目前对物理教学逻辑的研究还很不够，在“逻辑轻快”原则之后未能持续地深入下去。以上我们的教学设计则体现了：分离与控制变量不仅是物理学习的重要科学方法，更应作为物理教学逻辑展开的一条基本要求。这是对“物理教学逻辑”内涵的重要发展与充实。

（三）直观与抽象是物理教学中的一对基本矛盾

物理教学既须满足直观性的教学原则，又须面对抽象而丰富的物理意义，因此，如何处理直观与抽象的关系就成了物理教学的一对基本矛盾。其中，物理教学的直观性是定律本质、认知特点以及物理教学基本思想的共同要求。这意味着物理教学不能泛谈、空谈“直观”，而应明确为什么直观、如何直观。这需要对物理学概念、规律内涵的深刻把握才能揭示。“楞次环”实验就是在仪器简单性以及描述定律力学特征的双重思考下选用的。这种直观性有助于学生形象思维能力的培养，关乎整个物理教学的基本思想，因为物理学的本质是现象而不是推演。^[6]

本节直观性与抽象性矛盾的核心是对定律中“阻碍”一词的诠释。传统教学设计在学生没有明晰整个教学脉络且没有形成一个完整、形象的物理图景的前提下就引入了抽象内涵，或将“来拒去留”弃之不用，或将“增反减同”等同于“阻碍”，或是对三者的名词进行简单的罗列，凡此种种，就在于没有把握住抽象与直观之间的层次关系与心理逻辑。而梳理整个教学设计，就可以为“阻碍”这一抽象的物理意义找到直观的阐释。（如图4）

教学从“来拒去留”到“增反减同”，再到“阻碍”，是由现象到模型、再到本质的完整抽象次序，不仅符合认知规律，也为“阻碍”的内涵阐明了层次。具体说来，“来拒去留”描述的是感生电流的磁场与原磁场的相对位置，是看得见、摸得着的东西，因此最为直观；而“增反减同”说的是磁通量，是看不见、摸不着的东西，需要学生在教师的引导下进行想象才能理解；而“阻碍”则说的是楞次定律的本质，是对“来拒去留”与“增反减同”的高度概括。可见，“阻碍”作为最高程度的概括，包含了“来拒去留”与“增反减同”的所有意义。它既容纳了微观的、理论的、数学的含义，更描述了电磁感应一种宏观的、现象的、力学的特征。正是在这个意义上，“阻碍”一词在本节中是最为抽象且不可替代的。

参考文献：

[1][3]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心，物理（选修3-2）[M]北京：人民教育出版社，2006，9～14.

[2] 许国梁，束炳如. 中学物理教学法（第二版） [M].北京：高等教育出版社，1993,323.

[4] 施朝群，朱向阳. 楞次定律实验设计[J].物理通报，2010，（7）：55～56.

[5] 郭训盛，钟晓青. “楞次定律”的教学思路、实践与创新[J].物理教学，2010，32（6）：15～17,46.

[6] 邢红军. 论物理教育中的直观性与学生形象思维能力的培养[J].教育研究，1993:（9）：:54～56.

本文为北京市第三十五中学“高水平中学物理教师团队教学研究能力形成与发展的个性化培养实践研究”课题成果。

作者简介：

邢红军（1960~ ），河南平舆人，首都师范大学教授，博士，博士生导师，研究方向为课程与教学论、学科能力发展与培养。

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