《探究感应电流的产生条件》教学设计

融合信息技术深入科学探究提升核心素养————《探究感应电流的产生条件》教学设计周伟波（广东番禺中学广东广州511400）摘要：本教学设计与信息技术有机融合，让学生沿着科学家的足迹，重新经历自主科学探究过程，亲身体验科学家的心路历程，从而培养严谨的科学思维能力，提高学生的物理学科核心素养。关键词：信息技术；科学探究；核心素养一、教材分析《探究感应电流的产生条件》是普通高中课程标准试验教科书物理选修3-2（人教版）第四章第二节的内容。它秉承了上一节“奥斯特梦圆电生磁”和“法拉第心系磁生电”的科学思想，又启发了下一节“利用楞次定律判断感应电流方向”的探究之路，因此本节内容在教学中扮演着承上启下的重要角色。必须强调的是，学生不可能在短短40分钟内完成先辈们历经十年艰辛的巨大工作量。所以，本节课的目的在于让学生感受科学探究的魅力以及培养积极合作的团队精神。二、学情分析对于电磁感应的知识，学生在初中已经有了初步感性认识，知道“切割磁感线能产生感应电流”的规律；并且经过选修3-1《磁场》的学习，对“磁感线的分布、磁通量的变化”等一些基本概念均有了较为深刻的理性认识。在这基础上，充分利用学生已有的心智模式，进行一系列的实验探究、充分与信息技术紧密结合，从而实现分析推理思维、合作探究能力、深度学习能力的融合渗透。三、核心素养下教学目标1、物理观念（1）观察电磁感应的现象，理解产生感应电流的条件；（2）形成“闭合回路磁通量变化产生感应电流”的相关电磁学物理观念。2、科学探究（1）经历各种的实验探究活动，体会探究过程，提高分析论证能力；（2）经历发现问题、设计方案、获取信息、归纳结论、评估分析的科学探究过程。3、科学思维（1）通过探究活动培养学生分析综合、推理论证的科学思维；（2）通过电磁感应的应用，理论联系实际，培养学生质疑创新、模型构造的科学思维能力。4、科学态度与责任（1）认识科学、技术、社会、环境的联系，形成严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度；（2）形成遵守科学规范、环境保护以及推动可持续发展的科学责任感。四、教学重点、难点1、教学重点（1）学生经历实验探究的过程；（2）对产生感应电流的条件进行归纳总结。2、教学难点（1）教师对实验探究的引导和把控；（2）学生由各个实验总结出“磁通量发生变化”这一产生感应电流的原因。五、教学方法和策略1、交互式教学：充分与信息技术深度融合，实现师生的积极互动，碰撞出思维的火花。2、探究式教学：开展小组实验，培养学生“自主、探究、合作”的科学探究精神。3、问题式教学：基于“问题”情境探索知识、掌握技能、学会思考，促进学生创造思维的发展。六、教学媒体和工具多媒体设备（电脑、投影仪）、微课制作软件Focusky、智能手机、无线充电设备、导体棒、灵敏电流计、各种磁铁、大小螺线管、10米长摇绳、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干等。七、教学过程利用微课制作软件Focusky（动画演示大师），制作微课《第二节探究感应电流的产生条件》,并放在班级Q群，让学生进行课前预习，如图1所示，为新课讲授做好充分铺垫。1、复习旧知，导入新课（1）播放法拉第发现电磁感应的相关录像，展示部分的历史照片，如图2所示。（2）课堂上演示智能手机无线充电的前沿技术，如图3所示。教师提问：手机和充电器之间没有任何的连接，神奇的是手机居然能实现充电，原因在哪？下面让我们一起来揭开它的谜团。【设计思路】通过录像和图片展示等信息技术手段让学生回忆旧知，理解前辈的科学探究之路，增强科学态度和责任感；创设手机无线充电的神奇情景，激发学生强烈的求知欲望，开启正确的心智探究模式。图3图图3图2图12、合作探究，寻找规律师：刚才的实验中，手机没有连接电源却能感应出电流，从而使手机自行充电。那么这个电流究竟是如何感应的呢？下面我们通过三个实验进行深入探究。（1）实验一；部分导体切割磁感线生：利用如图4的器材，按照表1的要求进行切割磁感线产生电流的分组实验。实验操作电路中有（无）电流分析论证导体棒静止导体棒平行磁感线运动导体棒垂直磁感线运动导体棒斜交磁感线运动表1表1图4生：小组总结，闭合回路的一部分导体切割磁感线时产生感应电流，切割包含了垂直切割和斜交切割两种情况。【设计思路】本实验为初、高中的电磁学理论搭建起知识桥梁，进而建立学生的邻近发展区域；利用电脑课件以及投影等信息技术，从平行、垂直、斜交等不同角度进行切割磁感线的实验探讨，深度扩展学生的多阶思维能力。（2）实验二；条形磁铁插、拔螺线管师：除了切割磁感线外，还有其它产生感应电流的方法吗？请大家利用桌面上的实验器材，分组讨论，提出探究方案。表2生：分组讨论并参考课本实验，初步得出如图5所示的实验方案，并按表2的要求进行条形磁铁插、拔表2实验操作螺线管中有（无）电流分析论证磁铁静置于螺线管内N极插进（拔出）螺线管S极插进（拔出）螺线管00+S图5生：小组代表上教坛利用实物投影演示实验并分享探究成果：当磁铁与螺线管发生相对运动时（即插入或拔出），螺线管与电流计组成的闭合回路有感应电流产生。【设计思路】本实验的亮点在于让学生设计实验并自主探究，充分锻炼了学生的主体意识以及质疑创新的思维能力；以实物投影为手段进行实验成果的展示，更是认识自我，建立自信的核心素养的充分体现。（3）实验三；模仿法拉第的经典实验师：由上述两实验，我们已经知道产生感应电流的两种情况：部分导体切割磁感线以及磁铁与螺线管发生相对运动。除此以外还有别的情况吗？让我们一起走进法拉第实验室，重温经典实验的神奇和美妙。，视频截图如图6所示，实验原理图如图7所示。图8—+—+图8—+—+abP+图7图6表3生：受网上视频和法拉第实验的启发，学生利用桌面上的器材自行设计实验。经小组讨论研究后，确定利用图8的方案，并按表3的要求进行模仿法拉第的分组实验表3实验操作螺线管b中有（无）电流分析论证开关闭合（断开）瞬间开关闭合，迅速移动滑阻器的滑片P螺线管a的电流恒定且静置于螺线管b内螺线管a的电流恒定插进（拔出）螺线管b生：小组总结，在断开、闭合电键瞬间、移动滑动变阻器过程以及螺线管a插入或拔出过程，螺线管b和电流计组成的回路均有感应电流产生。【设计思路】本实验通过网上视频重温法拉第的经典实验，启动学生内部的动力系统，打开学生心中的好奇大门；以小组形式进行设计并重做法拉第实验，培养了学生观察操作、合作探究的团队品质。3、分析论证，提炼观点师：通过刚才三个实验的探究，我们发现了产生感应电流的各种情况并一一做了记录。下面让我们一起来总结一下，闭合回路产生感应电流的条件究竟是什么？生：第一个实验切割磁感线过程，导体与电流计组成的回路的面积S在变化；第二个实验条形磁铁插入或拔出过程中，螺线管与电流计组成的回路的磁场B在变化；第三个实验由于电流的变化引起磁场的变化，从而造成螺线管b与电流计组成的回路的磁场B在变化。师：同学们分析得非常好！对于磁通量的概念我们已经学过了，它与磁感应强度B以及回路面积S都有关系，也就是说B或者S的变化均引起磁通量的变化，下面同学们尝试从磁通量的角度对上面的实验结论进行更简洁的归纳。生：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。【设计思路】本环节引导学生从B、S的变化升华到磁通量的变化，让学生从中体会“定义科学概念”所需的概括性和准确性；同时也培养学生如何在“纷繁现象中找事物本质”的科学思维和科学方法。4、巩固知识，扩展延伸（1）巩固知识，揭开手机无线充电的谜团师：请同学们根据本课学完的知识，解析课堂开始时的“无线充电”原理。生：充电底座以及手机终端分别内置了多匝线圈，当充电底座接上交流电时，其线圈将会产生变化的磁场，从而导致手机内置线圈的磁通量发生变化。因此手机的闭合回路产生了感应电流，这样手机就充上电流了。（2）学以致用，指导学生进行项目设计师：现把有一条约10米的长电线两端连接一灵敏电流计，形成闭合回路，请你根据现有器材设计一个发电的方案。生：站两同学并摇绳，绳子在做切割磁感线运动，故产生感应电流，灵敏电流计有摆动师追问：两名同学站哪个方位摇绳时效果最明显？生：沿东西方向站。原因在于地球表面磁感线是南北走向的，当东西方向摇绳时，绳子刚好做垂直切割磁感线运动，产生感应电流的效果最明显。图9实验现场如图9所示。图9【设计思路】本环节引导学生运用当堂所学知识来解析课堂开始的“无线充电”原理，从而实现知识的巩固以及顺化新旧心智模式；项目的设计更是知识的深化、能力的升华，也是培养学生迁移能力、创新思维等核心素养的重要途径。八、教学反思与评价1、紧扣新课程标准，和信息技术融合，与时代同步党十九大提出：“落实立德树人根本任务，发展素质教育，推进教育公平”；新课标要求“把学生培养为具有良好科学文化素养、终身学习能力、自主发展能力的时代新人”。本教学设计充分体现了十九大的精神以及新课标的理念，通过互联网、电脑、实物投影、微课、视频、新科技等多种信息技术手段，实现教与学、传统与时代的深度融合。2、实验探究教学，渗透核心素养，彰显关键能力核心素养是指学生应具备的能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力；对于物理学科，核心素养包括“物理观念、科学探究、科学思维、科学态度与责任”四个维度。本教学设计通过三个实验对“感应电流的产生条件”进行深入探究，推理论证、归纳总结，从而实现学生学科核心素养的有效渗透以及必备关键能力的培养提升。3、“问题”为主线，深度学习为目的，项目设计为升华基于“问题”的学习是由理解和解决问题的活动构成的一种学习方式；深度学习是通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别，以发现规律分布特征的一种学习方式。本教学设计以“无线充电”引入问题，通过“感应电流产生条件”的实验