基于學習進階的問題驅動式教學
——以“楞次定律”教學為例

云南師范大學物理與電子信息學院（650500）何景佳 徐曉梅

云南省劍川縣民族中學（671300）龍 云

基于學習進階理論，按照學生思維發展水平將某一核心概念劃分層級，確認相應的教學目標。實際教學中，將問題引入學生的學習活動中，以問題為學習任務的載體，以解決問題為學習的驅動力，可以有效幫助學生把握物理核心概念，形成物理觀念［1］。

一、學習進階與問題驅動式教學

學習進階是對學生在各學段學習同一主題的概念時所遵循的連貫的典型的學習提升路徑的描述，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列［2］。

問題驅動式教學指在實際情境中產生問題，以激發學生主動探索的求知欲，在教師的引導下通過探究、討論、辨析等方式解決問題的教學。它要求教師創設貼合學生水平的情境，提高學生學習的主動性，提高學生的課堂參與度［3］。

基于學習進階理論的問題驅動式教學就是教師以問題為核心組織的教學。通過問題層層推進，讓學生在解決問題的過程中不斷深化思維，逐步達到學習進階的教學目標，使學生連貫地、不脫節地學習相關知識。

二、“楞次定律”問題驅動式教學案例

以2019 年人教版選擇性必修第二冊第二章第一節“楞次定律”作為案例，設計有邏輯關聯且不斷遞進的問題驅動教學方案。

（一）進階分析

1.進階起點分析

學生已有的事實經驗：在進行感應電流產生條件的探究實驗中，學生通過實驗觀察了大量的電磁感應現象。在對這些現象進行觀察的過程中，學生發現用來檢驗感應電流的電流表與以往的電流表不一樣，此電流表的指針有時候向左偏，有時候向右偏。學生發現感應電流的方向與操作有關。

2.進階目標分析

學生要達到的目標：楞次定律體現了電磁感應現象中的能量守恒，學生要學會從運動與相互作用、能量轉化的角度分析，深入理解楞次定律［4］。

3.進階層級預設

將學習進階理論應用于物理教學，需要圍繞某一核心概念，構建該概念學習的水平進階層級，以追蹤學生在學習該概念的過程中的認知發展情況，方便教師調控教學方式方法，進而促使學生學好該概念?；趯W習進階理論，將學習進階分為“事實經驗”“映射”“關聯”“系統”和“整合”五個臺階［5］，相應的描述見表1。

表1 科學概念的發展層級

學生的學習從直觀的事實經驗出發，經歷知識、思維發展由淺入深、由簡單到復雜的過程，完成對楞次定律概念的進階理解。如表2 所示，該發展層級詳細地指出學生在楞次定律不同水平下的具體表現，讓教師清晰明了地知道這一節課不同時間段的教學目標，以此來安排整堂課的教學內容就使學生的學習具有連貫性，這樣學生也會學得更好。

表2 楞次定律概念理解的發展層級

學生通過上節課實驗探究出了感應電流產生的條件，知道條形磁鐵沿不同方向插入或拔出對感應電流的方向有影響，具有一定的經驗，為這節課的學習奠定了基礎。隨著實驗探究的深入，就達到了“映射”層級，知道原磁場方向與磁通量的變化都會影響感應電流的方向。接著通過分析實驗結果，將原磁場方向與磁通量的變化具體如何影響感應電流的方向討論出來。在此結論的基礎上，將楞次定律用簡潔的語言表達出來。接下來，就要拔高學生的思維，讓學生將楞次定律的本質理解透徹，學生要學會從運動與相互作用、能量轉化的角度分析，從能量守恒的角度理解楞次定律。最后就是根據楞次定律的概念理解發展層級，通過問題驅動幫助學生一級一級地進階。

（二）進階過程

1.舊知回顧：激發疑問，幫助學生提取已有的經驗和認知，達到“經驗”層級。

【驅動性問題】如何判斷閉合電路中是否能產生感應電流？

上節課學生已經通過學習知道了產生感應電流的條件是閉合回路以及穿過回路的磁通量發生變化。引導學生回憶將條形磁鐵插入或拔出線圈的實驗。學生觀察了大量的電磁感應現象，在觀察這些現象的過程中，發現用來檢驗感應電流的電流表的指針有時候向左偏，有時候向右偏。發現改變條形磁鐵的N 極和S 極，拔出、插入時對感應電流的方向有影響。

2.實驗探究：學生通過具體的實驗操作理解概念，是從“經驗”到“映射”進階的過程。

【驅動性問題】感應電流方向與哪些因素有關？

通過上次探究感應電流產生的條件發現，線圈中磁通量的變化會引起感應電流，由此可以引導學生猜想感應電流的方向可能與磁通量的變化有關。為了檢驗學生提出的猜想是否正確，引導學生利用現有的實驗器材（線圈、條形磁鐵、靈敏電流計、導線），根據上節課學習的內容進行實驗驗證。

實驗過后發現學生不容易將感應電流的方向與磁通量的變化建立直接聯系。這時，教師需要引導學生轉換思考問題的角度。學生發現感應電流的產生與磁場息息相關，于是再次猜想感應電流的方向與原磁場方向有關。

為了檢驗以上猜想是否正確，教師設計下面3個問題引導學生進行實驗驗證。

問題1.如何知道引起感應電流的線圈中原磁場的方向與變化？

問題2.如何知道感應電流的方向？

問題3.如何知道感應電流激發的磁場方向？

學生利用實驗器材根據以上問題設計實驗，在表3中記錄實驗結果。

表3 實驗現象記錄表

從表3 可知磁通量發生了變化，感應電流的方向也發生了變化，但是從表3 無法得到直接關系。原磁場的方向變化也影響感應電流的方向，但是依舊無法得到任何結論。由表3 記錄的結果發現，似乎都對感應電流的方向有影響，就是沒辦法直接得到它們之間的關系。因此，教師必須帶領學生分析實驗結果，才可以得到正確結論。

3.實驗分析：教師帶領學生對實驗結果進行細致分析，實現概念理解從“映射”到“關聯”的進階。

【驅動性問題】感應電流方向究竟與原磁場方向和磁通量的變化有什么關系？

為了幫助學生厘清思路，解決上述問題，教師設計下面兩個問題引導學生進一步分析。

問題1.觀察表3，思考感應電流的磁場方向與原磁場方向是否相同。

學生回答：不一定，有時相同，有時相反。

問題2.觀察表3，思考并分析感應電流的磁場方向與原磁場方向在什么情況下同向，在什么情況下反向。

學生回答：與磁通量變化有關。當磁通量增大時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；當磁通量減小時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。

通過這節課的學習，我們發現，不是所有的結論只要實驗就可以直接得到。在物理學習中，對實驗結果或者實驗數據的分析總結，也是非常重要的。

4.概念定義：學生通過對實驗的總結定義概念，實現概念理解從“關聯”到“系統”的進階。

【驅動性問題1】對上述結果分析進行總結，引導學生嘗試提煉關系，并思考感應電流產生的磁場對磁通量的變化起什么作用。

通過前面對實驗結果的分析，就可以引導學生總結得到楞次定律：感應電流產生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

這里需要學生深入理解楞次定律中“阻礙”的意思。學生通過表3 和之前的總結發現：感應電流產生的磁場“老是”不想讓穿過線圈的磁通量繼續變化。當磁通量增大時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，不利于穿過線圈的磁通量的增大；當磁通量減小時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同，不利于穿過線圈的磁通量的減小。這就是“阻礙”作用。

【驅動性問題2】用楞次定律可以判斷感應電流的方向，除此之外還有其他更簡便的方法嗎？

引導學生回憶之前所學的右手螺旋定則。在判斷直線電流的方向和它的磁感線方向時，就是利用右手螺旋定則。通過知識遷移提出，用手指來簡單判斷感應電流的方向，即右手定則。

5.概念整合：學生最后通過思維拔高學習，實現概念理解從“系統”到“整合”的進階。

【驅動性問題】如何從能量守恒角度解釋楞次定律？

楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現象中的具體表現［4］?？梢栽谡n堂中播放視頻重現“落磁”實驗，設計下面兩個問題引導學生深入思考。

問題1.用這節課所學的楞次定律解釋下落的磁鐵為什么會減速。

問題2.磁鐵在下落過程中減少的機械能去哪里了？

根據楞次定律可知，下落的磁鐵周圍會產生一個磁場，進入螺線管中后，螺線管中產生的感應電流也會產生磁場，排斥下落的磁鐵，這就是磁鐵下落會減速的原因。若要維持下落的磁鐵運動速度不變則需要有外力對磁鐵做功。根據能量守恒規律知道減少的機械能是不會憑空消失的，這些減少的機械能其實是轉化成了電能，就是產生了感應電流。因此，楞次定律與能量轉換和能量守恒規律是相符合的。

三、總結

這是一節實驗探究課，在猜想與假設階段，由教師提出驅動性問題，明確猜想和探究的方向，在總結定律階段更需要教師用有邏輯的、連貫的問題厘清學生的思路。本節課充分發揮問題的引導作用，幫助學生一步一步地解決問題，順利總結出楞次定律。根據上節課所學的內容，實驗設計在這次探究過程中較為容易，難度也不是最大的，教師只需適當地提問引導，讓學生小組合作、討論和動手操作，就可以使實驗簡單易做，且現象明顯。但是，學生在分析實驗結果、尋找規律、得出結論時，總結規律是困難的。因此，教師可以通過驅動性問題引導學生，讓學生有思考的方向，減輕學生學習的難度。在此過程中教師設計適當的驅動性問題就顯得很重要。