基于學習進階的復習課教學設計

摘 要：基于學習進階的教學設計，有利于促進學生的深度學習，培養學生的核心素養.以楞次定律為例，統籌了從新課、習題課、階段復習課、一輪復習課的目標進階，并以階段復習課的選題為例，糾正了一些不完備的推論，拓展了運動與相互作用觀念、能量觀念，從而提升學生的物理觀念水平和科學思維能力.

關鍵詞：學習進階;核心素養;階段復習;楞次定律

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）21-0038-03

基金項目：浙江師范大學名師名校長培養工程專項課題“基于學習進階理論的高中物理校本作業開發實踐與研究”（項目編號：ZX2018029）.

作者簡介：楊國平（1971-），男，浙江上虞人，本科，中學高級教師，研究方向：中學物理學科教學及評價.

楞次定律是電磁學的重要規律之一，是電磁感應一章的重點和難點.通過教學，有利于培養學生的物理觀念，提高其科學思維能力和科學探究能力.

1 基于學習進階的教學設計

基于楞次定律“阻礙”內涵之豐富，呈現方式之多樣性，有必要依據學習進階理論進行教學設計[1].

1.1 新課教學

通過實驗，經歷教科書要求的“研究感應電流方向的實驗記錄”過程，在此基礎上，引導學生借助“感應電流的磁場”中介，歸納得出“增反減同”結論，進而提煉出“阻礙”一詞，使學生感受到物理規律的簡潔美.之后通過例題引導，鞏固解題的四個步驟，并把右手定則納入到楞次定律中.提升學生的科學思維能力是新課教學的主要目標.

1.2 習題課教學（新課第2課時）

1.2.1 變而阻動

從因果關系來看，磁通量變化產生感應電流，電流在磁場中要受力，安培力最終體現在機械效應上;從本質上講，楞次定律是能量守恒的必然要求，電能是由其它形式的能轉化而來的;從相對運動的角度來看，安培力要阻礙相對運動的發生，通常表現為“來拒去留”“跟著動”（這些推論都有反例存在，不能算是規律）.因磁通量變化最終表現為阻礙相對運動，“變而阻動”就是楞次定律在機械效應方面的高度概括.

1.2.2 動以阻變

涉及到閉合回路的受力問題時（進而判斷運動方向），會發現一個終極規律：任何運動的發生無一例外地表現出對磁通量變化的阻礙——“動以阻變”（釋義：事后看來，之所以如此運動，目的是為了阻礙磁通量的變化），是“效果阻礙原因”的體現.有人把它總結為“增縮減擴”，但該結論有一類反例存在，運用時要注意.

1.3 階段復習課

根據學習進階理論，期末考試前應該安排若干節微專題復習課（二輪復習可以看作是階段復習的進階），這一方面可安撫學生因備考而引起的緊張心理，另一方面更是對相關內容進行拓展深化的好時機.

本節復習課的教學目標為：掌握楞次定律的表達方式;通過特例分析，正確理解“阻礙”之含義;通過擬人化的手法（想象閉合線圈能像人一樣思考“朝哪個方向運動能使磁通量變化得慢一些”），進一步領悟“阻礙磁通量變化”的含義.

1.4 一輪復習課

如果說階段復習課重在“深入”，那么一輪復習就貴在“整合”.從磁通量變化的原因來看，部分導體切割磁感線產生電流，其方向可以用右手定則（楞次定律的特例）來判斷;磁鐵與線圈之間因相對運動產生電流，可以逆向思考：機械能轉化為電能時要克服磁力做功，據此可判斷出環形電流的等效磁極，進而反推電流方向;其他情況（例如由于電流的變化、線框在磁場中轉動）引起的感應電流，可以由楞次定律的三個推論解決.自感現象、電磁阻尼和電磁驅動、變化的磁場產生電場（渦旋電場的方向），都是楞次定律的拓展應用.

1.5 二輪復習課

本主題綜合性不強，沒必要設置二輪專題復習課.但在其他二輪專題中可以滲透（滾動復習），例如，導電滑軌專題中少不了楞次定律的應用，整合能量觀念、等效思想時楞次定律都是一個獨特的存在，還可以在圖像專題中借助B-t圖、i-t圖像等來深化對楞次定律的理解……通過多次進階，使學生深刻領悟楞次定律“阻礙”之涵義.

2 階段復習課之例題教學設計

例題1 如圖1所示，一豎直放置的矩形閉合線框abcd在細長磁鐵的N極附近豎直下落，保持ab邊在紙內，cd邊在紙外，由圖中位置 Ⅰ 經過位置 Ⅱ 到位置 Ⅲ ，位置 Ⅰ 和位置 Ⅲ 都很接近位置 Ⅱ ，這個過程線圈中的感應電流

A.沿abcd流動

B.沿dcba流動

C.先沿abcd流動，后沿dcba流動

D.先沿dcba流動，后沿abcd流動

解析：感應電流的產生是磁鐵和線框（通過磁場）相互作用的結果，畫出N極附近磁感線的分布圖，該過程中穿過線框的磁通量先增后減，根據“增反減同”，選項C正確.

點評：有人套用“來拒去留”求解.把環形電流等效于小磁針，在位置II上方，線框的左側應表現為N極（相互排斥），在位置II下方線框左側表現為S極，再根據右手螺旋定則判斷出感應電流方向，似乎也能選出C.這種感覺并不可靠，若把線框的狀態由豎直改為水平（下落），如圖2，根據“來拒去留”推論，極有可能認為在位置II上方線框下側表現為N極，從而錯判.堅挺“來拒去留”者認為，圖2中“線框由圖中位置 Ⅰ 經過位置 Ⅱ ，磁通量是減小了，排斥線圈下落與吸引線圈左移相比，在阻礙磁通量減小上起到的效果更小[2]”.筆者建議，如果相對運動不是沿著兩者的連線，就盡量回避用“阻礙相對運動”解題，“增反減同”才是阻礙之本義.

例題2 （2011年上海）如圖3所示，均勻帶正電的絕緣圓環a與金屬圓環b同心共面放置，當a繞O點在其所在平面內旋轉時，b中產生了順時針方向的感應電流，且具有收縮趨勢.由此可知，圓環a

A.順時針加速旋轉?? B.順時針減速旋轉

C.逆時針加速旋轉?? D.逆時針減速旋轉

解析：先需要厘清本題中涉及的因果關系.電荷定向運動形成環形電流;電流在其周圍空間激發磁場;磁場變化導致金屬圓環b的磁通量發生變化，產生感應電流;感應電流在磁場中受力而表現出收縮或擴張的趨勢.在選項A所述情況下，順時針的等效電流增大，導致金屬圓環b的磁通量（注意出入的磁感線都有，凈磁通量向里）增加，根據“增反減同”，感應電流為逆時針，不符合題意;選項D也與Ib方向矛盾;選項C雖能獲得圖示方向的感應電流，但反向電流互相排斥，b應該具有擴張趨勢，也不符合題意.本題答案為B.

點評：如果套用“增縮減擴”結論解題，將會錯選AC.究其原因，“增縮減擴”這個推論把磁通量的變化簡單地對應于面積變化了，這在遇到有兩個方向的磁通量疊加（相減）時極易出錯.

例題3 如圖4所示，兩閉合金屬圓環套在光滑水平桿上，當條形磁鐵沿著兩環的中心軸線靠近時（未穿出），兩環

A.同時向左運動，距離增大

B.同時向左運動，距離不變

C.同時向左運動，距離減小

D.同時向右運動，距離不變

解析：磁鐵與線圈之間有相對運動，磁通量變化后，線圈將以“阻礙相對運動”的方式運動，或說“跟著動”，但線圈向左運動的速度比磁鐵的小.那么，兩個線圈運動的速度會相等嗎？不會，由于右邊的線圈離磁鐵更近，阻礙效應更明顯，它與磁鐵之間的相對速度就更小，即右邊線圈的速度比左邊的要大.本題答案為C.

點評：用磁通量的變化來描述相互作用的特征時（引起磁通量變化的原因就是相互作用，其具體形式可以是線圈位置變化、線圈面積變化、磁場變化等），學生頭腦中的相互作用概念已經由實物拓展到場了[3].另外，感應電流對（另一）電流的作用力遠小于磁鐵對電流的作用力，如果依據“同向電流互相吸引”判斷兩環距離減小，純屬巧合.

例題4 如圖5所示，兩組光滑平行金屬導軌固定在水平面上，通過交叉的金屬片相連，交叉處不聯通，勻強磁場垂直導軌平面向下，導體棒ab、cd可在導軌上自由滑動，當ab棒向左移動時

A.ab棒中感應電流的方向為a → b

B.ab棒中感應電流的方向為b → a

C.cd棒向左移動

D.cd棒向右移動

解析：根據右手定則，ab棒中感應電流的方向為a → b，那么cd棒中電流方向為c → d;再根據左手定則，cd棒將向右移動.本題答案為AD.

點評：如果套用推論“跟著動”來求解，本題極易出錯.事實上本題可以根據“動以阻變”來分析，中間的金屬片交叉連接，等效于右邊導軌面反轉了（類似于紙條經中間交叉折疊后呈現的是背面），即abcd所圍成的面積中，左右兩部分的磁通量要相減.ab棒向左運動導致穿入正面的磁通量增加，那么cd棒必須向右移動，才能使得穿入背面的磁通量也增加，從而阻礙磁通量的變化.如果把圖5改畫成圖6，讀者就不難理解了（兩棒向相反的方向運動）.

例題5 （2008年重慶）如圖7所示，粗糙水平桌面上有一質量為m的銅質矩形線圈，當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經過時，線圈始終不動.則關于線圈受到的支持力FN及在水平方向運動趨勢的正確判斷是

A.FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向左

B.FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向左

C.FN先大于mg后大于mg，運動趨勢向右

D.FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向右

解析：通過對線圈的受力分析來求解是比較麻煩的.磁鐵從上方經過時，線圈沒有動是因為受到了桌面的摩擦力（當然還有支持力）作用.為了能從機械效應的角度求解，假設（桌面光滑）線圈可以自由移動.在磁鐵移動到線圈的正上方之前，線圈怎樣動才能表現出阻礙磁通量的增加呢？一方面，磁鐵從左而右過來，所以線圈要向右跟著動（即所受安培力向右）;另一方面，磁鐵靠近線圈，所以線圈要向下逃開去（即安培力向下），兩種效應都指向“使磁通量增加得慢一些”.越過正上方后，磁通量開始減小，線圈一方面仍要向右跟著動，另一方面要向上靠攏磁鐵（安培力向上）以使兩者的距離不要太遠，從而使得磁通量減小不要太快.本題答案為D.

點評：對于受外界制約而靜止不動的閉合回路，假設它也想運動（擬人化），?？梢越柚普摗皠右宰枳儭鼻擅畹厍蠼?本題通過相對運動在兩個方向上的機械效應，化靜為動，達到了出奇制勝的效果.

3 結束語

判斷感應電流的方向，既可以用磁通量變化的表象“增反減同”來分析，也可以用相互作用觀點“阻礙變化”來推理，還可以用守恒觀點“機械能轉化為電能”來求解.學習策略如圖8所示[4].

參考文獻：

[1]郭玉英，姚建欣.基于核心素養學習進階的科學教學設計[J].課程·教材·教法，2016，36（11）：64-70.

[2]劉大明，江秀梅.從習題錯解中反思楞次定律的理解與活用[J].中學物理，2017，35（07）：15-17.

[3]苗元秀.從楞次定律的教材設計談物理學科核心素養的培養[J].中學物理教學參考，2018，47（23）：1-3.

[4]鄭其豐，黃晶.基于認知規律 打造高效課堂——以“楞次定律”第2課時教學為例[J].物理教師，2016，37（01）：13-16.

（收稿日期：2021-07-05）