基于科學探究實施差異教學
——以“電流的磁效應”第二課時為例

浙江慈溪市新世紀實驗學校（315301）羅小飛

浙江慈溪市庵東實驗學校（315300）游天下

目前，教學節奏快、學生能力發展緩慢的科學探究課較為常見，究其根源是探究能力的目標定位、探究活動的實施過程、探究學習的反饋評價多關注學生的共同性，而較少關注學生的差異性。教師往往將關注對象鎖定為一部分學生，而對其他學生關注不夠；往往注重探究任務的完成，而忽視學生的差異發展。因此，教師應關注學生的個體差異，基于科學探究實施差異教學，從而激發各個層次學生參與科學探究的熱情，最大限度地提升學生的科學探究能力。下面筆者以“電流的磁效應”第二課時為例來細致闡述具體的差異教學實施過程。

一、照顧學生能力差異，制訂差異探究目標

中學生因性格、興趣等方面存在差異，致使其探究能力也存在一定的差異。筆者通過觀察學生的課堂發言、實驗操作、科技創新、社會實踐等方面的表現情況，同時結合階段性的量化檢測，將學生的探究能力分為A 層（探究能力強）、B 層（探究能力中等）、C 層（探究能力弱）三個層次，然后針對學生的不同能力層次制訂差異探究目標，盡量讓各個層次學生的能力培養目標落在其最近發展區，從而最大限度地提升學生的科學探究能力。

例如，本節課要探究影響通電線圈磁性強弱的因素，就必須先對其影響因素做出猜想。其中，對于A 層學生，要求能主動聯系生活、遷移舊知進行發散性猜想，如聯系生活中的電磁起重機（由粗壯的鐵芯及密繞的線圈組成，使用時必須通以較強的電流），或遷移奧斯特實驗（通過增強電流使得現象更明顯），或遷移環形電流磁場知識點（多個環形電流比一個環形電流引發的磁場大）……從而猜想影響通電線圈磁性強弱的因素有電流大小、線圈匝數、導線粗細、有無鐵芯、鐵芯大小等。對于B 層學生，要求能主動回顧并遷移舊知，但需要教師引導他們聯系實際生活，發散思維，盡量實現針對三個影響因素的猜想。對于C 層學生，則需要在教師的幫助下，回顧舊知和聯系實際生活，從而努力實現針對兩個影響因素的猜想。像這樣，就科學探究的某一要素制訂既符合學生學習水平又有一定挑戰性的差異探究目標，讓不同層次的學生都能積極迎接挑戰、展示才華、提升能力，從而提振信心、挖掘潛能、實現價值。

二、滿足學生學習需要，呈現差異探究內容

為了滿足不同層次學生的學習需要，教師要根據教學目標對教學內容做相應的調整，盡量多給學生選擇的機會。因此，教師可在了解學生個體差異的前提下靈活處理教材，設計出可供選擇的探究內容，盡量滿足每位學生的學習需要。

例如，“探究影響通電線圈磁性強弱的因素”是本節課的核心。通過探究，不僅可以培養學生的猜想能力，還可以培養學生設計實驗方案和獲取事實與證據的能力。因此，教師應在課堂上給學生呈現可供選擇的探究內容，引導學生進行探究，發散學生思維。對此，筆者在學生做出諸多猜想后，允許學生根據自己的喜好選擇某一個或某幾個影響因素來設計實驗。C 層學生大多會選擇線圈匝數或電流大小來進行較為簡單的實驗設計；B 層學生大多會從線圈匝數、導線粗細、電流大小、有無鐵芯（或鐵芯大?。┻@些影響因素中選擇兩個來設計研究單一變量或綜合研究兩個變量的實驗方案；A 層學生選擇較為自由，且喜歡設計綜合性更強的實驗方案。此外，筆者還給學生提供了以下實驗器材：直徑不同的紙筒若干、粗細不同的漆包銅絲若干、粗細不同的鐵釘若干、大頭針若干、導線若干、1 組電源、1 個普通開關、1 個單刀雙擲開關、1 個定值電阻、1 個滑動變阻器、1 個電流表等，從而方便學生在設計實驗方案后選所需要的實驗器材進行動手實驗（即實驗DIY）。從中不難發現，圍繞具體探究任務呈現差異探究內容，可以最大限度地滿足學生的學習需要，同時也為探究活動的有效開展奠定了良好的基礎。

三、提供學生探究機會，設置多元探究任務

教師應從學生探究能力的差異出發，根據可供選擇的探究內容，設置多元探究任務，努力為學生提供探究機會。鑒于此，筆者在本節課安排了由淺入深、由易到難的兩個大的探究任務，并在每個大任務中再設置開放性、綜合性的子任務，努力給學生提供參與探究及展示才華的機會。

（一）初探：影響通電線圈磁性強弱的因素

該探究任務是本節課的核心。在探究過程中，筆者通過一個開放性子任務培養學生設計實驗方案的能力，再通過一個綜合性子任務培養學生獲取事實與證據的能力。

1.開放性子任務——尊重差異，創造性地設計實驗方案

筆者讓學生針對“探究影響通電線圈磁性強弱的因素”這一探究內容創造性地設計實驗方案。筆者先利用問題驅動的方式，對不同層次的學生做適當的引導，為其后續創造性地設計實驗方案提供“腳手架”。如：①你將怎樣來比較通電線圈磁性的強弱？②若要研究某一因素（如線圈匝數），你將采用什么方法？③你將如何控制無關因素（變量）保持不變？④你又如何改變要研究的因素（變量）？⑤請再列舉一個研究因素（如電流大?。?，說說你的具體研究思路。⑥該探究中主要用到了哪兩種方法？筆者一般會請C 層學生回答①②兩個問題，B層學生回答③④兩個問題，A層學生回答⑤⑥兩個問題。筆者尊重學生的個體差異，讓不同層次的學生根據自己的喜好自由選擇研究因素來創造性地設計實驗方案。比如，對于C 層學生，他們常選擇線圈匝數或電流大小來設計實驗方案。其中選擇“線圈匝數”的設計如圖1 所示，在相同的鐵釘上纏繞匝數不同的線圈，并先后接入同一電路，觀察通電線圈吸引大頭針的數目；選擇“電流大小”的設計如圖2 所示，將一定匝數的線圈與滑動變阻器串聯，調節滑動變阻器的滑片（改變電流大?。?，觀察通電線圈吸引大頭針的數目。對于B 層學生，筆者不僅鼓勵他們設計研究單一變量的實驗方案，還鼓勵他們設計綜合研究兩個變量的實驗方案。研究“導線粗細”的設計如圖3 所示，將鐵芯、匝數都相同但導線粗細不同的通電線圈先后與滑動變阻器串聯，并使電流相同，然后觀察通電線圈吸引大頭針的數目；研究“有無鐵芯”（或鐵芯大?。┑脑O計如圖4 所示，先后將線圈匝數相同的帶鐵芯和不帶鐵芯（或較大鐵芯）的線圈接入同一個電路，觀察兩次通電線圈吸引大頭針的數目。有的學生利用單刀雙擲開關改變接入的線圈匝數，利用滑動變阻器改變電流，這樣既可以研究“線圈匝數”，又可以研究“電流大小”（如圖5）。對于A 層學生，筆者鼓勵他們設計綜合研究兩個或三個因素的實驗方案。其中將兩個匝數不同的線圈與滑動變阻器串聯，來研究“線圈匝數”“電流大小”兩個因素（如圖6）；仿照滑動變阻器移動滑片改變線圈匝數，利用滑動變阻器改變電流大小，同樣能研究兩個因素（如圖7）；將三個螺線管（A、B匝數相同，導線粗細不同；B、C導線粗細相同，匝數不同）與滑動變阻器串聯在同一電路中（如圖8），可以綜合研究猜想中提及的所有因素。其他還有許多，這里就不一一羅列了。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

綜上，讓不同層次的學生在自由開放的環境下選擇自己喜歡研究的因素，并采用自己喜歡的思維方式，大膽地進行創造性設計，大大調動了學生參與探究活動的積極性，最大限度地挖掘了他們的創造潛能。

2.綜合性子任務——利用差異，合作式收集事實證據

學生的差異正是他們進行交往與合作探究的前提。教師應利用學生的差異，讓學生在合作探究中相互幫助、相互啟發、相互激勵，最終實現共同進步。

例如，有了創造性設計方案之后，讓學生以4人為一組進行合作式探究實驗來收集事實證據。首先小組交流、選擇、修改、完善實驗設計方案，然后互幫互助進行動手制作、調試、改進、再試等。下面展示部分小組的合作探究情況。有的小組既有圖2 的設計，又有圖4 的設計，經組內討論，整合了兩種設計，將線圈繞在紙筒上，并將線圈與滑動變阻器串聯，這樣可以利用滑動變阻器改變電流大小，及通過在紙筒內放不放鐵芯或放入不同大小的鐵芯來實現有無鐵芯或改變鐵芯的大?。ㄈ鐖D9）；有的小組根據圖3 的設計，在兩根相同的鐵釘上分別用粗細不同的漆包銅絲密繞了100 匝，然后先后接入同一個電路，通過移動滑動變阻器滑片控制兩次的電流相同，從而研究通電線圈磁性強弱與導線粗細的關系（如圖10）；有的小組根據圖6 的設計，將兩個匝數不同的線圈（內含鐵釘）接入電路來研究通電線圈磁性強弱與線圈匝數的關系，然后移動滑動變阻器滑片，觀察同一線圈先后吸引大頭針的數目，以此來研究通電線圈磁性強弱與電流大小的關系（如圖11）；有的小組則根據圖8 的設計，利用控制變量法來綜合研究猜想中提及的所有因素（如圖12）。在這樣的合作式探究實驗中，學生不僅能各司其職，還能組內互助、組內交流、差異共享。

圖9

圖10

圖11

圖12

（二）再探：電磁鐵的優點

不同層次學生通過創造性的實驗設計和合作式探究實驗，獲得結論：通電線圈磁性強弱與線圈匝數、電流大小、有無鐵芯（或鐵芯大?。┯嘘P，與線圈導線粗細無關。在此基礎上，引出電磁鐵的概念——帶鐵芯的通電線圈。筆者順勢引導學生探究電磁鐵的優點，該探究是本節課的難點，也安排了兩個子任務，著重培養學生獲取事實與證據的能力和表達與交流的能力。

1.開放性子任務——利用差異，從探究實驗中發掘優點

在學生合作探究后，筆者在原有實驗儀器的基礎上再給每個小組提供一根條形磁鐵，繼續讓小組學生通過團結協作、交流啟發、共同實驗來探究電磁鐵的優點。

一些小組直接回想之前的探究結論，并再次進行簡單實驗操作后指出電磁鐵的優點——可以改變磁性強弱。筆者追問：那通過改變什么因素來改變磁性的強弱最為方便呢？學生通過實驗達成共識：改變電流的大小最方便。于是，小結出電磁鐵的優點1：電磁鐵磁性的強弱可以通過改變電流的大小來控制。一些小組則直接利用圖9、圖10、圖11、圖12 等創新設計和合作實驗的裝置，再次進行實驗，發現閉合開關，電磁鐵有磁性，能吸引大頭針；斷開開關，電磁鐵無磁性，無法吸引大頭針，從而得出電磁鐵的優點2：電磁鐵的磁性有無可以通過開關的通斷來控制。在此基礎上，筆者繼續讓小組學生思考討論：你還能通過實驗發掘電磁鐵的優點嗎？這里必須聯系前面學過的通電直導線或通電螺線管周圍磁場的方向與電流方向有關。在該環節中，A 層學生在小組合作探究中發揮較為重要的作用，他們帶領B 層和C 層學生一起經歷實驗方案的設計（如圖13），并且一起搭建電路進行實驗。當單刀雙擲開關擲于a時，實驗情況如圖14 所示；當單刀雙擲開關擲于b時，實驗情況如圖15 所示。當然也可以直接將電源的正負極調換后接入電路，這樣可以得出電磁鐵的優點3：電磁鐵的磁場方向可以通過改變電流方向來控制。在課堂上僅依靠教師一個人來關照學生的差異是有困難的，但如果能將A 層學生發展成教師的助手，由他們來幫助其他學生，就可讓整個團隊協同合作、互惠共贏。

圖13

圖14

圖15

2.綜合性子任務——尊重差異，從表達交流中認識原理

既然電磁鐵較一般磁鐵有明顯的優點，那么它在實際生活中一定有更為廣泛的用途。為了更好地讓不同層次的學生表達實際生活中電磁鐵的工作原理，提升學生表達與交流的能力，教師應給學生設置綜合性子任務。

例如，生活中利用電磁鐵的優點設計制作的電磁繼電器應用十分廣泛。于是，筆者就根據電路圖（如圖16）來連接實物（如圖17、圖18），并將實驗過程用實物投影展示出來：當控制電路的開關斷開時，工作電路中的藍燈L1亮；當控制電路的開關閉合時，工作電路中的綠燈L2亮。隨即，請學生嘗試表達電磁鐵的工作原理，并說明應用了電磁鐵的哪個優點。筆者一般會先請C 層學生來表達，并用問題鏈來做適當引導，如開關閉合時，電磁鐵是否有磁性？電磁鐵若有磁性將會對銜鐵產生怎樣的力？銜鐵向下運動，使得銜鐵的動觸點與哪個靜觸點接通？這樣的話，工作電路中哪個燈會亮？若開關斷開又會怎樣？然后，再請B 層學生來補充表達，并引導他們表述出電磁鐵在電路中的作用。最后，請A 層學生來歸納提煉，表達出電磁鐵類似于單刀雙擲開關。經過不同層次學生的共同表述，達成共識：電磁繼電器利用了電磁鐵磁性的有無可以通過電流的有無來控制的優點，電磁鐵類似于單刀雙擲開關，在實際生活中經常利用它來實現“低電壓、弱電流控制高電壓、強電流”。在此基礎上，筆者再出示光敏電阻（說明電阻隨光照強度的變化規律）、壓敏電阻（說明電阻隨壓力大小的變化規律），讓各小組學生按照自己的喜好認領一個，并思考討論：若用這樣特殊的電阻替代圖16 中的開關，可利用電磁鐵的什么優點來實現對工作電路的控制？并具體闡述其工作原理。對于這樣有較高難度的應用，可先組內討論，發揮A 層學生對其他層次學生的引領和幫扶作用；再組間互動交流，要盡量給B 層和C 層學生表達交流的機會，這既是對探究能力稍弱學生的照顧，也是對本節課探究能力培養效果的一次驗收。最終歸納得出：特殊電阻與電磁鐵串聯是應用了電磁鐵磁性強弱可以通過改變電流的大小來控制的優點，這樣只需通過改變光照強度（或壓力大?。┚涂蓪崿F對工作電路的動態控制。

圖16

圖17

圖18

四、促進學生差異發展，實施差異探究評價

教學評價是課堂的調味劑，它貫穿教學的始終。為了促進學生的差異發展，教師應通過及時的反饋和評價來對教學過程進行調控和校正。

例如，在動手實驗環節，首先進行組內學生相互評價，評價原有設計方案在具體實施過程中“是否易于操作”“是否現象明顯”“是否需要改進”。然后進行組間匯報交流，開展自評和互評。自評中可以中肯評價組員的個人表現情況、團隊合作情況、解決疑難問題的情況，甚至可以展示實施過程中的困惑，尋求幫助等；互評中可以客觀地評價其他組設計的實驗方案的優缺點，及提供改進方案等。教師可以針對個別學生在某一方面的表現（如操作技能）進行點評，也可以針對某個組或某幾組學生的情況（如團隊合作）進行點評，還可以針對全班學生的表現情況進行總結性點評等。這樣的差異探究評價能激發興趣、激勵創新、鼓勵合作，取得了一般探究評價無法匹敵的效果。

總之，在科學教學中教師應時刻關注學生的個體差異，從差異出發、為了差異發展而開展基于科學探究的差異教學，最終激發學生的興趣，激活學生的思維，提升學生的能力。