穆艳君 冯林峰 彭朝阳

【摘 要】随着新课改的推进，教育界越来越注重学生的深度学习和学生在学习过程中的体悟。本文以《探究感应电流的产生条件》为例，以深度学习为指向，对该课题进行实验创新，构建思维型课堂实验探究教学模型，以便于学生对复杂抽象的知识进行理解性的学习、深层次的思考以及迁移和运用，促进学生核心素养的发展。

【关键词】深度学习;思维型课堂;探究感应电流的产生条件;核心素养

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2020）28-0168-04

1976年，“深度学习”在马顿和塞利约共同发表的《学习的本质区别——成果和过程》中首次被提及[1]。张浩等学者进一步论述了深度学习的认知理论基础、内涵及主要特征[2]。深度学习有利于学生核心素养的发展，注重学习过程以及学生在学习过程中的体悟，让学生进行理解性学习、深层次思考，有利于学习更加复杂抽象的知识，做到知识的迁移运用。最近，任虎虎以深度学习理念为指导，提出了思维型课堂教学模式，有利于提升高中物理课堂的发展性，促进学生高阶思维、思维品质和解决实际问题能力的发展[3];并构建了指向深度学习的思维型课堂实验探究教学的一般步骤，如表1。

但任虎虎并没有对思维型课堂的应用进行具体的阐述，为了帮助广大师生更好地理解思维型课堂实验探究教学模型的应用，笔者选取《探究感应电流的产生条件》，具体阐述如何在高中物理课堂中构建思维型课堂教学模式。

1   教学设计

1.1  生动的问题情境

【提问】老师带来了一个扩音器和一个神奇的小方盒，小方盒能让扩音器发出美妙的音乐声，同学们相信吗？

教师活动：让扩音器靠近小方盒就发出美妙的音乐声，远离小方盒，音量减小甚至消失。

小方盒里放着一部手机和一个线圈，同时手机界面显示正在播放音乐，细心观察之后发现扩音器也连接着一个线圈，如图1和图2所示。扩音器播放的就是手机界面正在播放的音乐。

【提问】为什么可以在扩音器中把手机中的歌曲播放出来？两个线圈之间蕴藏着什么物理规律？

学生活动：聆听音乐，观察实验器材，思考问题。

设计意图：利用生活中常见的物品，以一个趣味性实验引入实验探究的主题，用生动的问题情境激发学生的探究欲望，引发学生思考，使学生开始深度学习。

1.2  交互的具身体验

1.2.1  感应电流的产生——蓝色星空实验

教师活动：蓝色星空里面有几颗闪烁的星星，把一颗星星送给学生。

学生甲活动：星星远离，蓝色星空则灭，星星靠近，蓝色星空则亮，如图3和图4所示。

学生乙活动：拆开星星，发现里面藏着一个小灯珠，它连接着一个小线圈，构成了一个闭合回路，如图5

所示。

【提问】小灯珠为什么持续发光？

学生回答：线圈中有持续的电流。

【提问】回顾之前的内容，怎么才能保证线圈中有持续的电流呢？

学生回答：有电源或电池，并且电路处于闭合状态。

【提问】小灯珠没有连接电源或者电池，它为什么还能亮呢？让小灯珠发光的电流从何而来呢？

学生：……

学生丙活动：将蓝色星空翻过来，背后藏着大线圈，大线圈与发射芯片、散热器、开关以及电源构成一个闭合回路。

教师引导学生回顾上一节课的内容：奥斯特发现了电生磁，通电线圈周围存在磁场;法拉第基于物理对称性思想，发现了磁生电。

学生懂得：大线圈周围产生了变化的磁场，小线圈处在其中，产生了感应电流，使得小灯珠发光。

设计意图：用“繁星闪烁的星空”激发学生的好奇心和求知欲，揭开“星空”和“星星”的真面目，使学生获得直接经验。让学生利用已学知识，验证猜想，解释实际现象，促进物理观念的建构。

1.2.2  感应电流与什么有关？

【提问】有磁场就一定能产生感应电流吗？

学生思考，并提出猜想：有磁场不一定能产生感应电流。

学生猜测可能的影响因素：與磁场的变化和磁场穿过小线圈的有效面积有关。

教师活动：为学生提供实验器材，如高频振荡芯片、线圈、电容、小灯珠等，让学生做对比试验。

对比实验1如下。

学生分组活动：引导学生将两个相同的大线圈通以电流，并将相同的小灯珠分别放在两个大线圈上，观察现象并记录。

学生记录：线圈1中的小灯珠亮，线圈2中的小灯珠不亮，如图6所示。

对比实验2如下。

学生分组活动：将小线圈平行于线圈1，慢慢增大小线圈与线圈1的夹角，直到小线圈与线圈1的夹角为90°，在这个过程中观察小灯珠的亮度变化。

学生记录实验现象：当小线圈平行于线圈1时，观察到小灯珠的最亮;增大二者之间的夹角，小灯珠变暗;当二者垂直时，小灯珠熄灭，如图7和图8所示。

设计意图：教师构建实验平台，通过问题引导学生进行实验设计和操作，并引导学生合作进行实验。将两个对比试验作为产生具身效应的情境，让学生感悟、体验感应电流如何产生以及如何变化。学生可以通过观察，记录数据，实现身心融入的具身学习，提高自身的科学探究能力。

1.3  意义的自主整合

对比试验1的分析。

【提问】两个线圈都通了电流，说明两个线圈周围都存在磁场，为什么线圈2中小灯珠不亮呢？

学生回答：线圈2没有感应电流产生。

【提问】观察两个电路，让小灯珠发光的线圈1是通过插头连接插板，未让小灯珠发光的线圈2连接的是一节干电池，这说明两个线圈分别通什么电？

学生回答：线圈1通交流电，线圈2通直流电。

【提问】通电导线中的电流发生改变，其周围产生的磁场会怎么样？

学生回答：也会发生改变。

【启发】通以交流电的线圈1周围磁场是变化的，小灯珠亮了，说明它处在其中，产生了感应电流;通以直流电的线圈2，周围产生的磁场恒定不变，小灯珠不亮，说明它未产生感应电流。由此可以得出，感应电流的产生与什么有关呢？

学生回答：感应电流的产生与线圈所处的磁场的变化有关。

对比试验2的分析。

【提问】为什么在转动小线圈时，小灯珠变暗？

学生回答：小灯珠变暗是因为回路中的电流减小。

【提问】转动过程中什么在变化？

学生分组活动：在转动过程中，虽然小线圈和大线圈的夹角增大，但是磁场穿过小线圈的有效面积反而减小了，而小线圈所处位置的磁场的变化规律保持不变。

得出结论：感应电流的产生与磁场穿过线圈的有效面积有关。

设计意图：通过设置问题链，引导学生分析两个对比实验，帮助学生寻找实验现象产生的原因，使其自行得出感应电流的产生与什么有关。由此，学生掌握了知识背后的逻辑、思想、方法以及意义，加深了对知识的理解，实现了有深度的学习，提升了物理思维能力。

1.4  批判的自我反思

【提问】通过以上两个结论，能否得出更简洁的表示方式呢？能否想到之前学习过的一个知识点？

学生回答：感应电流的产生是闭合回路中磁通量的变化。

【提问】为什么可以这样说呢？回顾实验1，其中的磁通量如何变化的呢？

学生回答：分析对比实验1，虽然小线圈的有效面积不变，但通以交流电的线圈1周围产生的磁场在发生改变，导致小线圈中的磁通量发生了变化，从而产生了感应电流，使小灯珠发光。

【提问】如果将对比实验1中的两个小线圈交换位置，结果会变化吗？

学生回答：不会变化。

【提问】在实验2中，磁通量是如何变化的呢？是不是磁场和有效面积同时改变，才使得磁通量变化呢？

学生活动：反思实验2，磁场穿过小线圈的有效面积变化的同时，磁场也在变化，但是小线圈所处位置磁场的变化规律保持不变。因此，实验2表明磁场穿过小线圈的有效面积发生改变，导致感应电流减小甚至消失。

【提问】通过以上两个实验，能否从本质上解释感应电流如何产生呢？

学生回答：闭合回路中磁通量发生变化。

【提问】回顾初中的知识点，感应电流是怎么产生的呢？

学生回答：闭合回路中部分导线切割磁感线能够产生感应电流。

【提问】能否从本质上说出这是为什么？

学生回答：在切割磁感线的过程中，闭合回路中的磁通量发生了变化，因此回路中产生了感应电流。

设计意图：教师通过设置一系列的问题链引导学生对具身体验的过程进行总结和反思，使学生自主建构新知识，深刻理解闭合回路中磁通量的变化这一抽象复杂的观点，并分析实验中磁通量如何变化。利用新知识解释初中知识点，由此论证实验结论，帮助学生理清知识点的本质和逻辑，有助于学生进行高阶思维活动，深度理解知识点。

1.5  真实的问题解决

【提问】为什么可以在扩音器中把手机中的歌曲播放出来？

【提问】两个线圈之间蕴藏着什么物理规律？

学生分析：在手机播放歌曲时，声信号转化成了电信号，通过音频线到达线圈，线圈周围产生了变化的磁场，连接扩音器的线圈靠近了变化的磁场，线圈中的磁通量变化了，故线圈中产生相同的感应电流，产生的感应电流通过音频线到达扩音器，电信号又转化成了声信号，从扩音器中播放出了手机中的歌曲。

设计意图：揭秘课前小实验，加深学生对感应电流产生的条件的理解，使学生深度理解知识的本质，并学会迁移运用所学知识，提高学生的学习兴趣和科学思维素养。

对比实验3

教师活动：小线圈处在线圈1当中，平移小线圈，将小线圈分别放置到如图9所示的A、B、C三个位置。

记录实验现象：A位置小灯珠最亮，B位置小灯珠不亮，C位置小灯珠较暗。

【提问】三个位置的磁通量如何变化？能否根据电流随时间如何发生改变而类比磁通量随时间如何变化？能否以直观的方法（如图像法）表示？

学生活动：观察实验现象，分析这种现象的成因，尝试利用图像表示磁通量随时间的变化。先画出线圈1中电流随时间变化的图像，是正弦曲线，然后根据类比思想，得出小线圈在其周围某一位置的磁通量随时间变化的图像也是正弦曲线，如图10所示，A、B、C位置线圈中的磁通量随时间的变化的图像分别是、、。

【提问】为什么线圈在这三个位置的发光情况是不一样的呢？

學生分析：表示磁通量随时间变化幅度最大，感应电流可达到最大，小灯珠最亮;表示磁通量随时间变化幅度较小，感应电流较小，因而小灯珠较暗;表示磁通量一直为零，因为进去的磁通量和出来的磁通量可以相互抵消，故感应电流也为零，因而小灯珠不亮。

设计意图：通过归纳总结的实验，学生能够利用所学新知解决复杂的问题，提升空间想象能力和逻辑思维能力，更加深刻地理解感应电流产生的条件，以便将知识内化，从而培养在真实情境中解决问题的物理观念。

2   小结

以深度学习为背景，进行指向深度学习的思维型课堂实验探究教学的教学设计，关注学习过程以及学生的体悟，通过建构实验探究平台，步步引导，能让学生在理解的基础上学习新知识、新思想，并且将新知识迁移运用到实际生活中，还能让学生在深度理解知识的同时感受物理知识的实用性，在深度学习过程中提升核心素养。

【参考文献】

[1]卞望来.指向深度学习的高中物理学历案设计研究——以

“向心加速度”教学设计为例[J].物理教师，2019（10）.

[2]张浩，吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育，2012（10）.

[3]任虎虎.指向深度学习的高中物理思维型课堂构建的研究[J].物理教师，2019（7）.

【作者简介】

穆艳君（1997～），女，甘肃陇南人，云南师范大学教育硕士。研究方向：物理学科教学。

冯林峰（1998～），男，云南昭通人，云南师范大学教育硕士。研究方向：物理学科教学。

【通讯作者】

彭朝阳（1971～），男，江西安福人，云南师范大学教授。研究方向：物理课程教学论和天体物理。