《基于物理核心素养提升的教学设计策略》
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新课标提出,要求高中物理教师应转变传统的教育教学观念,进一步加强自身学习,把培养和发展学生核心素养与物理学科核心素养有机结合,体现出物理学科教学对培养核心素养的独特的育人价值.基于核心素养培养和提升的高中物理教学,要求教师从改进教学方法、优化教学策略着手,有针对性的进行课堂教学设计.在教学设计的过程中,需要对教学内容从核心素养的视角进行分析,根据物理学科核心素养的每一个要素的要求与内涵设定适合的教学目标,设计好核心素养培养和提升的教学过程.本文以“楞次定律”教学为例,谈谈基于物理核心素养提升的课堂教学设计与思考.
1 基于物理核心素养的教学目标设定
“楞次定律”是高中物理电磁学部分非常重要的规律之一.教学中如何制定指向核心素养的教学目标呢?在《普通高中物理课程标准（2017年版）》中,“电磁感应及其应用”的内容要求为：“探究影响感应电流的因素,理解楞次定律.”,对课本上的例1的要求为：“用能量的观点解释楞次定律”.经过认真研读教材后,结合新课标中的学业要求和学生实际,制定了指向核心素养的教学目标.
1.1 物理观念
（1）相互作用观念.“来阻去留”是指条形磁铁靠近（远离）线圈时,磁铁与线圈间有斥力（引力）作用.
（2）能量观念.磁铁在线圈中与线圈发生相对运动时,二极管发光（铝环运动状态发生改变）是因为其他形式的能量转化为二极管所在电路的电能（铝环动能）.
（3）规律与理论.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.
1.2 科学思维
（1）根据楞次定律判断感应电流方向：（（穿过闭合导体回路的磁通量变化+原磁场方向）→感应电流的磁场方向）+右手螺旋定则→感应电流的方向.
（2）利用“增反减同”方法判断线圈（铝环）中感应电流方向.
（3）利用“来阻去留”的思想解释磁铁与线圈（铝环）间相互作用及能量转化与守恒问题.
1.3 科学探究
（1）参与楞次定律的實验探究,体验科学探究的一般过程.
（2）经历探究原磁场方向、原磁通量变化与感应电流方向关系的过程,提出结论不符合物理学科的“简洁美”,再用条形磁铁快速靠近（远离）铝环实验找到“”量,使探究结论“简洁美”.
（3）经历磁铁与铝环（管）间的相互作用,体验“来阻去留”,感悟楞次定律的本质.
1.4 科学态度与责任
（1）引导学生体会科学工作者的研究过程,认识到他们工作中的认真、严谨、克服困难的态度.
（2）感受物理学家对物理结论追求“科学美”的科学态度.
（3）培养学生实证与推理相结合的科学态度.
2 基于核心素养的教学设计
按照教材上《楞次定律》的设计施教,基本可以实现核心素养、学科观念的培养,科学思维能力的提高和科学探究能力的提升.但是,这节课内容虽不多,但思维活动多,难度也大,涉及到的变量又多,而且很难一下找到这些变量之间的关系.对于这样一个非常重要的规律,要在40分钟内,通过真实的科学探究连贯完成,必须对这节课进行整体谋划,精心布局.为此,笔者对教材中原有的演示实验进行了小小改进,为学生腾出更多的交流讨论时间.同时,对这节课采用任务分解的形式,将教学目标分解到每一个教学任务环节,逐个解决,实现核心素养培养和提升.
任务1：观察现象,发现问题
问题情境：课前准备好由螺线管、导线、两个反向并联的二极管构成的闭合导体回路.教师手拿条形磁铁,将条形磁铁的一端快速插入线圈,稍做停留后再快速抽出.如图1所示,要求学生观察现象.
问题：
（1）当条形磁铁的N极插入螺线管时,看到什么现象?
（2）再把条形磁铁从螺线管中抽出呢?
（3）条形磁铁N极插入和抽出时,分别看到红、绿不同的灯发光说明什么?
问题指向的素养目标：能根据看到的现象猜想出回路中有电流（科学探究）;能根据红、绿二极管发光比对判断出两种情况下电流方向不同（科学探究）.
教学建议：
（1）实验设计建议：本实验没有采用课本上的演示实验方案,而将电流计换成两个反向并联的二极管.一是可以减少探究电流方向与电流计指针偏转方向的关系这个环节,为后面探究感应电流方向规律留出更多时间.二是减少对学生思维上的干扰,让学生能更好的集中于本节课的主题.
（2）实验操作建议：为了让实验现象更加明显,最好选用钕铁硼磁铁（后文统称“强磁铁”）,在插入和抽出时动作要快（为下一节法拉第电磁感应定律做铺垫）,二极管要选两种不同颜色的,以方便对比.
（3）教学活动建议：学生对问题1、2的回答是有电流经过二极管,才会发光.问题3是因为两次的电流方向不同.教师根据学生的回答一一肯定.为后续问题做好铺垫.
任务2：科学猜想 制订方案
问题情境：基于上节课感应电流的产生条件及观察上述现象,猜想感应电流方向的影响因素,制订收集信息的方案.让学生讨论并回答问题.
问题：（1）根据二极管的发光情况,判断经过二极管的感应电流的方向?;（2）根据二极管中的感应电流方向如何记录线圈中感应电流的方向?;（3）线圈中感应电流方向与哪些因素有关?
问题指向的素养目标：能根据实验装置进行抽象概括画出相应的物理模型（科学思维）.
能根据二极管的发光情况确定线圈中感应电流方向（科学探究）.
通过比对、归纳,猜想感应电流方向与哪些因素有关（科学探究）.
教学建议：
（1）思维引导建议：运用控制变量的思想,通过比对图1中（1）、（3）都是插入（磁通量增加）,但极性（原磁场方向）不同时,感应电流方向相反,说明感应电流的方向与原磁场方向有关;（1）、（2）对比,当N极向下（原磁场方向向下）,插入和抽出时感应电流方向相反,说明感应电流的方向与原磁场穿过线圈的磁通量的变化情况有关;帮助学生找到影响感应电流方向的因素.
（2）实验操作建议：引导学生边做实验边记录.
（3）教学活动建议：问题1、2学生根据观察可以准确回答,并依次画出图1记录.教师给予肯定.问题3稍有难度,留出时间,学生讨论,认真分析、归纳,然后教师针对学生得出的结论进行评价.
任务3：偿试归纳 生成问题
问题情境：完善实验方案,收集数据,探究原磁场方向、原磁场磁通量的变化与感应电流方向有什么关系.问题：为了发现感应电流的方向有什么规律,你认为我们还应该如何分类记录信息?
问题指向的素养目标：能通过建模,对信息分析、比对、抽象、概括,偿试找到感应电流方向的规律（科学思维）.
教学建议：
（1）思维引导建议：针对上面的问题,涉及到的方向等变量比较多,学生不好找规律.因此,教师再次引导学生回到分析图和表格信息上来,让学生反复比对表格信息,比较异同点,联系分析图,结合安培定则,同学间再讨论.部分学生可以得到判断感应电流方向的方法,形成一般的结论.
（2）教学活动建议：由学生讨论后可以整理出如图2的表格信息,回答情况主要有如下三种情况：
情况一：最多最典型的回答,当原磁场方向向下时,磁通量增加（减小）时,感应电流方向是逆时针（顺时针）方向;当原磁场方向向上时,磁通量增加（减小）时,感应电流方向是顺时针（逆时针）方向.
情况二：磁通量增加时,当原磁场方向向下（向上）,感应电流方向是逆时针（顺时针）方向;磁通量减小时,当原磁场方向向上（向下）,感应电流方向是顺时针（逆时针）方向.
情况三：左右手定则,即当磁通量增加时,左手握住螺线管,让左手大拇指与磁场方向相同,其余四指的环绕方向为感应电流方向;当磁通量减小时,右手握住螺线管,让右手大拇指与磁场方向相同,其余四指的环绕方向为感应电流方向.
首先教师要对学生的归纳给予肯定和表扬,特别是情况三.根据奥苏贝尔的认知理论,可用如图3表示.
任务4：深入探究 解决问题
问题情境：一对轻质铝环放置于支架上,轻质铝环可以绕支点自由摆动,开始时整个装置静止.当条形磁铁的任意一极靠近和远离闭合铝环时,观察铝环的状态.探究原磁场方向、原磁场磁通量变化与感应电流方向间的更简洁的规律.问题：本来静止的铝环在磁铁靠近（远离）时会排斥（吸引）,这是为什么?
问题指向的素养目标：理解磁铁与铝环存在相互作用的原因（相互作用观念）.
教学建议：
（1）思维引导建议：磁铁靠近时排斥,远离时吸引.磁铁靠近（远离）时,穿过的磁通量增加（减小）,铝环中产生感应电流,感应电流的磁场与磁铁发生相互作用.打破学生原有的思维困境：只研究原磁场方向、原磁场磁通量变化、感应电流方向这三个量的关系.
（2）教学活动建议：经过讨论,学生发现：如果把感应电流的磁场方向作为“”,把原来的原磁场方向、原磁场磁通量的变化与感应电流的方向关系“转换”成原磁场方向、原磁场磁通量的变化与感应电流的磁场方向的关系,这样可以使结论更简洁.
问题情境2：通过上面的讨论分析,学生结合问题,补充完善后的信息表格如图4,增加一行“感应电流的磁场方向”.最后得到楞次定律.
问题：（1） 你认为感应电流与原磁场之间有直接关系吗?;（2） 感应电流与磁通量变化有直接关系吗?（3） 你认为哪个量与感应电流有直接关系?
问题指向的素养目标：能通过建模,对信息分析、比对、抽象、概括,推理,找到感应电流方向的规律（科学思维）.
教学建议：
（1）思维引导建议：感应电流方向与磁通量变化之间、感应电流方向与原磁场方向在两个相互垂直的方向,都没有直接关系.根据右手螺旋定则,感应电流方向与感应电流的磁场之间有直接关系.从而寻找到感应电流方向与前面两个物理量联系的“”——感应电流的磁场方向,再通过表格信息概括为“增反减同”,进一步引出“阻碍”一词.
（2）教学活动建议：问题1、2学生能够独立思考回答.问题3要求学生有高度的抽象、概括能力,所以要留给学生充分的讨论时间,利用感应电流的磁场方向这个“”可以得到：当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.初步概括为“增反减同”,在教师和同学的补充下,得出感应电流的磁场与磁通量的变化是“阻碍”的关系.最后,在学生和教师的讨论后,共同归纳、提炼出楞次定律的内容.
任务5：探寻本质 形成素养
问题情境：理论分析磁铁与铝环间相互作用,从力和运动与能量守恒两个角度分析“来阻去留”的深层含义.
问题：
（1）请同学们先画出磁铁靠近和远离铝环时,铝环中的感应电流方向.
（2）再画出感应电流的磁场方向并标明等效磁极?
（3）能否从力的角度解释靠近排斥远离吸引?
（4）铝环中电流的磁场对磁铁做功吗?做正功还是负功?（5）能量是如何转化的?
问题指向的素养目标：1.能根据问题建立模型（科学思维）.
能利用相互作用与运动关系做出符合逻辑的解释（相互作用观与运动观）.
能够运用能量转化与守恒定律做进一步理解（能量观）.
问题指向的素养目标：
（1）能根据问题建立模型（科学思维）.
（2）能利用相互作用与运动关系做出符合逻辑的解释（相互作用观与运动观）.
（3）能够运用能量转化与守恒定律做进一步理解（能量观）.
（4）认识相互作用的本质（科学态度与责任）.
教学建议：
（1）思维引导建议：从观察现象到建立模型,从画出电流、标明等效磁极到具体的相互作用与运动间的关系,再到能量轉化与守恒,教师要在思维路径上的关键节点处引导好学生,帮助学生养成良好的科学思维习惯.
（2）教学活动建议：问题1-3学生可以独立思考并建立物理模型,如图7中甲、乙、丙、丁,理解磁铁与铝环间的相互作用与运动关系;问题4结合磁铁与铝环间的相互作用与运动的关系,可以回答;问题5是本节难点,也是楞次定律的本质,师生一起讨论出,产生感应电流的过程也必须遵守能量守恒定律,这是能量转化的必然结果.“阻碍”的作用是小磁铁克服感应电流的磁场力做功,把其他形式的能量（或其他电路的电能）转化（或转移）为感应电流所在回路的电能,没有这种“阻碍”就不能实现能量的转化（或转移）.
问题情境2：观察落磁现象,真实体验“来阻去留”.（1）圆柱形强磁铁分别从等长铜管、透明PVC管和铝管管口掉下来,观察下落快慢;（2）再观察强磁铁迅速从1角钱硬币（要铝制那种）上拿走,观察硬币（也可以从铝制易拉罐上用剪刀剪下一个铝环代替硬币）的状态;（3）用强的条形磁铁在铝管中快速插入和抽出,真实感受“来阻去留”.问题如下：
问题：运用本节课学习的知识解释上述现象.
问题指向的素养目标：运用得出的结论解释物理现象（运动与相互作用观念、能量观念）.
教学建议：
教学活动建议：在解决问题的过程中,学生学会围绕：（（穿过某一闭合导体回路的磁通量变化（增加或减小）+原磁场方向）→感应电流的磁场方向（与原磁场方向相反或相同）+右手螺旋定则）→感应电流方向,这样的思维路径解释或解决问题.体现了课堂学习中学科和科学的理念,有利于物理核心素养的培养.
3 基于核心素养的教学设计策略
3.1 立足课标 钻研专材
教师应将施教内容做详细研究,制订合理的教学目标,教学活动,维绕学生的思路实施教学,为培养学生物理学科核心素养打基础.
3.2 创设情境 真实探究
物理概念的构建、规律的探究,应用物理知识解决问题,都需要创设情境.学生只有在真实的情境中才能留下有迹可循的思维轨迹,这样有条理的学到的知识才不至于碎片化,才能建立完整而又稳定的知识结构.促进学生物理学科核心素养的形成.
3.3 大胆质疑 勇于创新
质疑是为了更好的创新,要鼓励学生敢于质疑,敢于挑战权威.学生对某些观点提出质疑后,才会激发他们再研究,再思考,发现更好的办法,不断的创新,从而促进学生物理学科核心素养的提升.
3.4 注重评价 达成素养
通过问题的解决过程,让学生不同程度的获得提出问题、学会探究、建构模型、解决问题的能力.同时发现问题、确立培养方向,并做出有效反馈评价,促进学生全面而有个性的发展.
4 结束语
培养物理学科核心素养是新课程标中提出的重要目标,将核心素养的培养落实起来.而学习概念和规律是学生形成物理观念的基础;发展学生的科学思维能力是物理概念建构和理解物理规律过程的重要途径;培养和提高科学探究能力是获取知识和解决问题的重要手段;把学生培养成具有良好的科学态度与责任的人是目标.因此,我们首先要分析学情和教学内容,设定合理的教学目标,其次,优化教学过程,创新教学策略,重视学生的思维形成.最后,关注学生的认知结构变化,激发学生求知欲,提炼学习方法和学习体会,提升学生的科学态度等方面的素养.在高效的物理课堂教学过程中,为社会的发展培养出更多的创新型人才.
（作者單位：浙江省杭州市临安区天目高级中学）
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[2] 教学设计和物理开题报告范文 教学设计和物理方面本科毕业论文范文2000字
[3] 教学设计和物理本科论文开题报告范文 教学设计和物理有关论文范文文献3000字
