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【摘要】新课改、新高考背景下的物理教学，从以知识和技能为本位的教育转向以能力和素养为本位的教育。本文以安培力方向的这一内容作为发展学生科学思维的物理教学实践，侧重于对学生科学探究能力的提升，促进科学素养的持续发展。
【关键词】中学物理;核心素养;科学思维;安培力
一、物理课堂教学现状
过去的物理课堂教学，教师往往担心时间不够，学生学得不够多，为了教学而赶进度，于是，“填鸭式”教学或“满堂灌”的现象比较多。教师传授内容的确丰富，但课堂上学生没有时间自主思考，只是单向地吸收知识，不利于科学思维的发展。核心素养是学生在接受相应学段教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的基本价值观、必备品格和关键能力。变革教学方式，培养学生科学思维，给学生恰当的学习任务是课堂教学改进的重点。
二、核心素养
（1）观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
（2）知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向。
（3）知道安培力在生活生产及军事领域的应用，展示我国在军事领域的成就，激发学生对物理的兴趣，培养为祖国繁荣昌盛而努力进取的爱国情怀。
三、教学设计
1.启学——自制简易电动机
活动1：实验演示——简易电动机
准备三个5号干电池，三个线圈和六个强力磁铁，强力磁铁吸附在电池正负极。课堂同时演示三个实验操作：操作1：把线圈套上干电池，给线圈通电;操作2：把磁极对调，给线圈通电;操作3：保持磁极方向不变，对调电池正负极，给线圈通电。三个实验分别观察线圈的转动方向。可以看到线圈分别做逆时针、顺时针、逆时针转动。
活动2：教师引导学生思考
师：线圈为什么会动起来？
生：受到力的作用。
师：通电导线在磁场中受到力的作用而转动。为了纪念物理学家安培在磁场和电流相互作用方面做出的贡献，人们把这个力叫安培力。
师：线圈转动的方向发生变化，说明什么？
生：安培力发生变化。
师：力是矢量，既有大小又有方向，这节课我们研究安培力的大小和方向。
设计意图：拓宽学生视野，引起学生浓厚的学习兴趣，调动学习的积极性，为后面学生猜想安培力的影响因素做铺垫。
2.探学——实验探究安培力的方向
活動1：猜想安培力方向的影响因素
PPT同时展示简易电动机三个实验操作的慢动作视频，以方便同学们对比其转动情况。
师：猜想安培力方向可能与哪些因素有关？
生：安培力方向与电流方向、磁场的方向有关。
师：怎样验证大家的猜想是否正确？
生：做实验。
师：该实验涉及到多个物理变量，所以我们在探究过程中时应该采用什么样的科学方法？
生：控制变量法。
活动2：介绍实验器材
要用到的实验器材有电源、开关、导线和安培力演示仪。学生第一次接触安培力演示仪，教师需简单介绍其构造：中间有两块磁铁，上端为N极，下端为S极，有一根金属棒，平行的金属导轨和两个接线柱，这些接线柱都是与其相邻的导轨相连。
活动3：引导学生利用示意图记录实验过程及现象
师：当N极在上，磁场的方向是怎样的？
生：向下。
师：如何用磁感线表示磁场方向？
生：一组平行的箭头，箭头方向朝下。
师：放置金属棒，给金属棒通电，外面的接线柱接电源正极，另一个接电源负极，如何描述金属棒电流的方向。
生：垂直纸面向里。
师：如何用示意图表示电流？
生：圆圈表示电流，圆圈里打交叉。
师：给金属棒通电，观察实验现象。
生：金属棒向左运动，说明受力向左。
教师用示意图的形式板书磁场、电流和受力方向。
活动4：演示实验并记录实验现象
接下来的实验继续由教师操作完成，学生在导学案上记录实验先现象，并叫一个学生上黑板记录。
师：接下来的3个实验如何操作？
生：保持磁场方向不变，探究安培力方向和电流方向的关系;保持电流方向不变，探究安培力方向和磁场方向的关系。
师：如何改变电流方向？
生：正负极对调。
师：如何改变磁场方向？
生：NS极调换。
设计意图：引导学生根据建议电动机实验发现问题并能提出合理的猜想，培养学生科学探究意识。做好实验演示，引导学生认真观察、记录、分析现象。实验记录和分析的过程本身就是培养学生空间思维能力的过程，要很好的把握。
3.赏学——学生动手构建模型
实验记录
活动1：引导学生思考磁场、电流和安培力的空间关系
师：实验1、2说明安培力和电流有关，实验2、3说明安培力和磁场有关，他们三者具体有什么关系？
师：三者是在同一条直线上吗？
生：不在。
师：三者是在同一个平面内吗？
生：不在。
师：三者具有怎样的空间位置关系？通过观察发现，安培力的方向和磁场方向、电流方向三者不但不在一条直线上，还不在一个平面内，他们两两垂直，这和数学的什么很像？
生：三维坐标系。
师：但是电流和磁场的方向是可以发生变化的，这时候安培力也会改变，他们到底是怎样的三维关系？我们可以模仿三维坐标系构建模型。 活动2：小组合作，模型建构
课前布置学生准备好橡皮泥和红、黑和蓝色笔芯，其中红色表示磁场方向，蓝色表示电流方向，黑色表示受力方向。学生们以小组为单位构建模型，每两个小组对应一个实验搭建模型。
活动3：随机抽取两个小组的模型投影展示
教师和学生们一起检查这两个模型搭建是否正确。
师：通过观察可以发现三者具有怎样的空间关系？
生：安培力方向垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，三者的空间位置关系是两两垂直的。即垂直于磁场方向与电流方向所在的平面。
通过旋转发现这两个模型完全一样，请学生们看看自己组和其他组的模型，发现所有模型完全一样。通过旋转第一个模型可以得到另外三种情况的模型，所有模型是完全一样的，看来安培力的方向和磁场方向以及电流方向确实存在着某种关联。
结论：安培力方向、电流方向、磁场方向三者的空间位置关系是固定不变的。
活动4：左手定则
师：生活中哪些地方也存在两两垂直的关系？比如墙角、三维坐标系，但是墙角不会转动，而磁场和电流方向是会发生变化的，这样的话，我们判断起来就不太方便。
学生们伸出双手，以第一个实验结果为例，如果让大拇指与四指垂直并与手掌在同一平面内，会与垂直于手掌的方向形成两两垂直的关系，左右手都能满足垂直关系，那么，用哪只手来表示安培力的方向呢？
若让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方，用大拇指来表示安培力的方向，此时左手的掌心、四指、大拇指恰好与实验中的磁场、电流、安培力的方向相对应。这就是左手定则。
设计意图：采用笔芯建构模型，取材容易且贴近生活，从简单的器材展示大道理。让学生积极参与并体验科学探究的过程，以学生为主体，以教师为主导，充分发挥学生的主动性，让学生探寻物理规律的发现过程。
4.評学——学生练习判断安培力
画出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
学生独立完成练习，完成后以小组为单位相互讨论，随机抽取一些学生的答案展示，由其他学生来点评，教师总结归纳。
设计意图：图1设置了3个情境：电流与磁场平行，电流与磁场垂直，以及电流与磁场成任意角度，强化了B、I和F的方向必须两两垂直的空间关系，而且F一定垂直于电流与磁场所构成的平面，若是电流与磁场方向不垂直，采用分解矢量的办法，一个分量沿着电流方向，另一个分量垂直电流方向，平行电流方向的磁场对电流没有作用力，只有垂直的分量有效。学生在解决问题时常常混淆安培力、电流和磁感应强度一定是两两垂直的，练习题能帮助学生跟新错误观念。
图2是立体图，立体图在表达方向、夹角、力等方面不如平面图表达得清楚、准确，不便于分析，引导学生先画平面图。空间想象能力对本节的学习至关重要，要使学生看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图和俯视图，需要一定量的训练巩固。
左手定则的使用技巧，先根据磁感应强度的方向摆好手掌朝向，再根据电流方向调整四指方向，则大拇指方向是安培力方向。学生在使用左手定则的时候通常需要试错，这样的试错过程是有必要的，照B-I-F这的顺序判断可以提高判断的准确率和节省判断的时间。
5.拓学——安培力的应用
应用：电动机、电磁炮的工作原理
设计意图 列举生活中的实例拓宽学生视野，让学生了解到物理源于生活又服务于生活，通过解释交流，应用迁移，在分析论证的过程中提升学生的科学思维能力。
四、总结
“物理学不只是图表和数据，它能带给你很多更珍贵的东西：理性的思维方式、人生的哲学和人生的道路。”本节课体现了知识构建的过程没有把内容强加给学生，真正落实物理核心素养的培养，实现立德树人的目的。学生建立模型采用笔芯为原材料，贴近生活，而且笔芯代表矢量的方向，形象而贴切。学生动手构建模型的过程把科学思维的培养落到实处。物理核心素养的培养作为物理教学的重要目标，是一个长期而艰巨的任务，教师需站在更高的角度思考，物理思想要贯穿整个章节，课堂要揭示物理本质，才能真正实现立德树人。
参考文献：
[1]马佳宏，韩叙虹.基于物理核心素养理念下的学习进阶教学设计——以“安培力的方向判断”为例[J].物理教师，2019，40（11）.
责任编辑
【关键词】中学物理;核心素养;科学思维;安培力
一、物理课堂教学现状
过去的物理课堂教学，教师往往担心时间不够，学生学得不够多，为了教学而赶进度，于是，“填鸭式”教学或“满堂灌”的现象比较多。教师传授内容的确丰富，但课堂上学生没有时间自主思考，只是单向地吸收知识，不利于科学思维的发展。核心素养是学生在接受相应学段教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的基本价值观、必备品格和关键能力。变革教学方式，培养学生科学思维，给学生恰当的学习任务是课堂教学改进的重点。
二、核心素养
（1）观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
（2）知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向。
（3）知道安培力在生活生产及军事领域的应用，展示我国在军事领域的成就，激发学生对物理的兴趣，培养为祖国繁荣昌盛而努力进取的爱国情怀。
三、教学设计
1.启学——自制简易电动机
活动1：实验演示——简易电动机
准备三个5号干电池，三个线圈和六个强力磁铁，强力磁铁吸附在电池正负极。课堂同时演示三个实验操作：操作1：把线圈套上干电池，给线圈通电;操作2：把磁极对调，给线圈通电;操作3：保持磁极方向不变，对调电池正负极，给线圈通电。三个实验分别观察线圈的转动方向。可以看到线圈分别做逆时针、顺时针、逆时针转动。
活动2：教师引导学生思考
师：线圈为什么会动起来？
生：受到力的作用。
师：通电导线在磁场中受到力的作用而转动。为了纪念物理学家安培在磁场和电流相互作用方面做出的贡献，人们把这个力叫安培力。
师：线圈转动的方向发生变化，说明什么？
生：安培力发生变化。
师：力是矢量，既有大小又有方向，这节课我们研究安培力的大小和方向。
设计意图：拓宽学生视野，引起学生浓厚的学习兴趣，调动学习的积极性，为后面学生猜想安培力的影响因素做铺垫。
2.探学——实验探究安培力的方向
活動1：猜想安培力方向的影响因素
PPT同时展示简易电动机三个实验操作的慢动作视频，以方便同学们对比其转动情况。
师：猜想安培力方向可能与哪些因素有关？
生：安培力方向与电流方向、磁场的方向有关。
师：怎样验证大家的猜想是否正确？
生：做实验。
师：该实验涉及到多个物理变量，所以我们在探究过程中时应该采用什么样的科学方法？
生：控制变量法。
活动2：介绍实验器材
要用到的实验器材有电源、开关、导线和安培力演示仪。学生第一次接触安培力演示仪，教师需简单介绍其构造：中间有两块磁铁，上端为N极，下端为S极，有一根金属棒，平行的金属导轨和两个接线柱，这些接线柱都是与其相邻的导轨相连。
活动3：引导学生利用示意图记录实验过程及现象
师：当N极在上，磁场的方向是怎样的？
生：向下。
师：如何用磁感线表示磁场方向？
生：一组平行的箭头，箭头方向朝下。
师：放置金属棒，给金属棒通电，外面的接线柱接电源正极，另一个接电源负极，如何描述金属棒电流的方向。
生：垂直纸面向里。
师：如何用示意图表示电流？
生：圆圈表示电流，圆圈里打交叉。
师：给金属棒通电，观察实验现象。
生：金属棒向左运动，说明受力向左。
教师用示意图的形式板书磁场、电流和受力方向。
活动4：演示实验并记录实验现象
接下来的实验继续由教师操作完成，学生在导学案上记录实验先现象，并叫一个学生上黑板记录。
师：接下来的3个实验如何操作？
生：保持磁场方向不变，探究安培力方向和电流方向的关系;保持电流方向不变，探究安培力方向和磁场方向的关系。
师：如何改变电流方向？
生：正负极对调。
师：如何改变磁场方向？
生：NS极调换。
设计意图：引导学生根据建议电动机实验发现问题并能提出合理的猜想，培养学生科学探究意识。做好实验演示，引导学生认真观察、记录、分析现象。实验记录和分析的过程本身就是培养学生空间思维能力的过程，要很好的把握。
3.赏学——学生动手构建模型
实验记录
活动1：引导学生思考磁场、电流和安培力的空间关系
师：实验1、2说明安培力和电流有关，实验2、3说明安培力和磁场有关，他们三者具体有什么关系？
师：三者是在同一条直线上吗？
生：不在。
师：三者是在同一个平面内吗？
生：不在。
师：三者具有怎样的空间位置关系？通过观察发现，安培力的方向和磁场方向、电流方向三者不但不在一条直线上，还不在一个平面内，他们两两垂直，这和数学的什么很像？
生：三维坐标系。
师：但是电流和磁场的方向是可以发生变化的，这时候安培力也会改变，他们到底是怎样的三维关系？我们可以模仿三维坐标系构建模型。 活动2：小组合作，模型建构
课前布置学生准备好橡皮泥和红、黑和蓝色笔芯，其中红色表示磁场方向，蓝色表示电流方向，黑色表示受力方向。学生们以小组为单位构建模型，每两个小组对应一个实验搭建模型。
活动3：随机抽取两个小组的模型投影展示
教师和学生们一起检查这两个模型搭建是否正确。
师：通过观察可以发现三者具有怎样的空间关系？
生：安培力方向垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，三者的空间位置关系是两两垂直的。即垂直于磁场方向与电流方向所在的平面。
通过旋转发现这两个模型完全一样，请学生们看看自己组和其他组的模型，发现所有模型完全一样。通过旋转第一个模型可以得到另外三种情况的模型，所有模型是完全一样的，看来安培力的方向和磁场方向以及电流方向确实存在着某种关联。
结论：安培力方向、电流方向、磁场方向三者的空间位置关系是固定不变的。
活动4：左手定则
师：生活中哪些地方也存在两两垂直的关系？比如墙角、三维坐标系，但是墙角不会转动，而磁场和电流方向是会发生变化的，这样的话，我们判断起来就不太方便。
学生们伸出双手，以第一个实验结果为例，如果让大拇指与四指垂直并与手掌在同一平面内，会与垂直于手掌的方向形成两两垂直的关系，左右手都能满足垂直关系，那么，用哪只手来表示安培力的方向呢？
若让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方，用大拇指来表示安培力的方向，此时左手的掌心、四指、大拇指恰好与实验中的磁场、电流、安培力的方向相对应。这就是左手定则。
设计意图：采用笔芯建构模型，取材容易且贴近生活，从简单的器材展示大道理。让学生积极参与并体验科学探究的过程，以学生为主体，以教师为主导，充分发挥学生的主动性，让学生探寻物理规律的发现过程。
4.評学——学生练习判断安培力
画出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
学生独立完成练习，完成后以小组为单位相互讨论，随机抽取一些学生的答案展示，由其他学生来点评，教师总结归纳。
设计意图：图1设置了3个情境：电流与磁场平行，电流与磁场垂直，以及电流与磁场成任意角度，强化了B、I和F的方向必须两两垂直的空间关系，而且F一定垂直于电流与磁场所构成的平面，若是电流与磁场方向不垂直，采用分解矢量的办法，一个分量沿着电流方向，另一个分量垂直电流方向，平行电流方向的磁场对电流没有作用力，只有垂直的分量有效。学生在解决问题时常常混淆安培力、电流和磁感应强度一定是两两垂直的，练习题能帮助学生跟新错误观念。
图2是立体图，立体图在表达方向、夹角、力等方面不如平面图表达得清楚、准确，不便于分析，引导学生先画平面图。空间想象能力对本节的学习至关重要，要使学生看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图和俯视图，需要一定量的训练巩固。
左手定则的使用技巧，先根据磁感应强度的方向摆好手掌朝向，再根据电流方向调整四指方向，则大拇指方向是安培力方向。学生在使用左手定则的时候通常需要试错，这样的试错过程是有必要的，照B-I-F这的顺序判断可以提高判断的准确率和节省判断的时间。
5.拓学——安培力的应用
应用：电动机、电磁炮的工作原理
设计意图 列举生活中的实例拓宽学生视野，让学生了解到物理源于生活又服务于生活，通过解释交流，应用迁移，在分析论证的过程中提升学生的科学思维能力。
四、总结
“物理学不只是图表和数据，它能带给你很多更珍贵的东西：理性的思维方式、人生的哲学和人生的道路。”本节课体现了知识构建的过程没有把内容强加给学生，真正落实物理核心素养的培养，实现立德树人的目的。学生建立模型采用笔芯为原材料，贴近生活，而且笔芯代表矢量的方向，形象而贴切。学生动手构建模型的过程把科学思维的培养落到实处。物理核心素养的培养作为物理教学的重要目标，是一个长期而艰巨的任务，教师需站在更高的角度思考，物理思想要贯穿整个章节，课堂要揭示物理本质，才能真正实现立德树人。
参考文献：
[1]马佳宏，韩叙虹.基于物理核心素养理念下的学习进阶教学设计——以“安培力的方向判断”为例[J].物理教师，2019，40（11）.
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