论文部分内容阅读
1问题提出
楞次定律一直是高中物理教学的难点，主要体现在以下几个方面：
1.1规律的表述很隐蔽
新课程人教版和教科版教材中楞次定律的表述为“感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”.可以看出，虽然楞次定律是感应电流方向遵循的规律，但并不是直接描述感应电流的方向.
1.2常规探究实验存在的弊端
常规教学一般是采用如图1所示的装置进行实验探究.
（1）电流方向不直观.实验时需要学生先用电源探明线圈绕向跟电流表指针偏转的关系，进行思维的转换.
（2）中途需要转化探究问题.一开始让学生从实验探究“感应电流方向与磁通量变化、原磁场方向间的关系”.在学生找不出规律的情况下，再引出感应电流的磁场这样一个“中介”，转化探究的问题.
（3）需要学生处理的信息量太大.信息加工学习理论的观点认为“人的信息加工能量是有限的，一个人在每一时刻只能加工数量有限的信息”.在这个实验中，学生需要记录四种情况下感应电流的方向、磁通量变化、原磁场方向、感应电流的磁场方向、感应电流磁场方向与原磁场方向的关系等.实验现象涉及的因素多，各种因素间的关系复杂，从中寻找规律难度大.
（4）整个探究过程难以体现学生的主动性.老师提供记录表格、启发找出“中介”、引导得出“阻碍”作用，基本上是老师在“牵”着学生走.这样的教学不利于促进学生科学思维和探究能力的发展.
1.3对“阻碍”的理解是个难点
教学中老师引导学生从探究实验得出规律，但学生在这个实验中对阻碍体会不深.所以在得出规律后，老师一般会设计一系列练习，从相对运动、磁通量变化、能量变化等角度，引导学生从不同角度理解“阻碍”的含义，加深、拓展对“阻碍”的理解.
新课程的核心理念是以人为本，以学生的发展为本，倡导老师在课堂教学中要关注学生的学习过程、关注学生的发展.物理教学基本特征理论指出“物理教学要坚持以创设问题情景为切入点，以观察实验（事实）为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生探究能力为重点”.
如何进行楞次定律教学，才能既符合新课程理念，又能很好地突破难点；创设什么样的问题情景、什么样的实验环境和氛围，才利于学生进行探究、寻找规律，才能有效促进学生探究能力的发展；如何设问，才能启发学生深入思考，在获取知识的同时促进学生科学思维.
2新的思考
我们依据新课程理念、物理教学基本特征理论，做了一些大胆的创新尝试.
2.1降低实验难度，转化探究问题
学生实验设计如图2所示，直接探究感应电流产生的磁场遵循的规律.实验操作简单，现象直观明显.
2.2突出观察体会“阻碍”作用
在这个实验中，当磁铁插入或拔出线圈时，观察到的现象是线圈与磁铁发生排斥或吸引作用，此时线圈就相当于一个磁铁，用行动阻碍了相对运动、阻碍了磁通量的增大.线圈中感应电流产生的磁场表现出的这种“阻碍”作用，在进行实验探究时，就让学生观察、体会.如果学生在探究实验中就理解了“阻碍”的真实含义，那么在应用规律解释相关问题、判断感应电流的方向时，学生就能运用自如，就能自觉地用“阻碍”去分析问题.
2.3理解规律的实质
楞次定律是能量转化与守恒定律在电磁感应中的具体体现.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有外力作用，这种外力将克服感应电流的磁场的阻碍而做功，将其他形式的能转化为感应电流的电能，因此阻碍的过程就是能量转化和守恒的过程.对这一点让学生在探究实验的过程中就能有所体会.
3教学实践
教学片段呈现：
环节一创设情景，提出问题
演示实验：如图3所示，一根两端开口的细长玻璃管竖直放置，将一小磁块N极向下从管的上端开口处释放.观察到磁块很快就从管的下端出来.将玻璃管换成等长的细铝管后再做实验，观察到小磁块“慢慢悠悠”从管的下端出来，与从玻璃管中出来相比明显慢了许多.
提出问题：请同学们思考，在铝管中是什么阻碍了小磁块的运动？
学生分析：当小磁块通过铝管时，穿过铝管的磁通量发生变化，铝管中产生了感应电流，感应电流产生的磁场对小磁块施加力的作用，阻碍了小磁块的运动.
再观察：将小磁块S极向下重复以上操作，观察到的现象同上.
进一步思考：请同学们从能量守恒角度解释一下，为什么一定是阻碍作用.假如不阻碍会怎样？
引导学生分析：在铝管中下落时，如果没有阻碍作用，小磁块的机械能守恒，那么铝管中产生的感应电流的电能哪来的？如果不是阻碍而是促进运动，小磁块的机械能将增加，同时铝管中又出现了电能，增加的能量哪来的？这显然违背了能量转化与守恒定律.小磁块在下落过程中克服阻碍作用做功，将机械能转化为了电能.因此，阻碍是必然的.
提出问题：通过实验发现，磁铁运动引起的感应电流产生的磁场总是阻碍磁铁的运动.磁铁运动并不是引起感应电流的一般条件，那么感应电流产生的磁场到底具有什么样的特点和规律呢？我们需要寻找更普遍的规律.
思考：对感应电流的磁场，你想研究些什么内容？
引导学生提出探究问题：探究感应电流产生的磁场B′与磁通量的变化ΔΦ、原磁场B之间存在什么关系？遵循什么规律？
这样改进的优点：
（1）从实验创设的情景直接形成本节课要研究的问题.这个实验情景形象直观，不仅激发了学生的兴趣，复习了产生感应电流的条件，形成本节课要研究的问题，而且使学生有解决问题的期待.
（2）与传统实验相比，在探究实验前就将研究的问题进行转化，直接探究感应电流的磁场.避免让学生在找不出感应电流方向的规律之后再进行转化，克服了寻找中介的困难. （3）学生在解释实验现象的过程中，从受力、能量角度初步感受体会了感应电流磁场的“阻碍”作用，为后续的实验探究奠定了一定基础.
环节二实验探究，总结规律
学生分组实验：实验装置为条形磁铁、细绳悬挂的轻质线圈.图示记录的实验现象、ΔΦ变化、B方向、B′方向如图4所示.
归纳总结：学生用自己的语言描述寻找的关系.教师再介绍历史上的（或更全面研究的）一些实验，最后归纳出楞次定律.
这样改进的优点：遵循简约原则，简化了实验方案，利于突破教学难点，体现在以下几个方面.
（1）实验方案简单，现象直观，便于学生操作、观察、记录.从线圈的摆动直接判断得出感应电流的磁场方向，避免了读电流，找中介的困难.如当磁铁N极向右靠近线线圈，线圈向右摆，与磁铁发生排斥，学生很容易就能根据同性相斥、异性相吸判断出线圈左端为N极.
（2）用图示简化了实验记录，比文字形象直观，便于归纳总结.降低了思维难度，学生自己就能独立得出结论.
（3）创设的探究情景单一，需要学生处理的信息量不大.虽然是简单枚举归纳，没有在更普遍、更大范围内进行实验，得到的结论是否对切割磁感线、没有相对运动的情景也适用呢？但因为楞次定律是教学中的难点，如果面面俱到，势必会增大教学的难度.既使是做了三种情景的实验，也是不完全归纳.笔者认为，何不就让学生做一种情景的实验，亲身经历探究过程，体会物理研究的方法，体会“阻碍”的含义，从而得到“感应电流的磁场阻碍磁通量的变化”，为学生理解楞次定律奠定基础.
教材中选用螺线管的四组实验得出楞次定律采用的是简单枚举归纳法，仅从这四个实验现象得出的规律是否具有普遍意义，学生会心存疑虑.这个教学设计看似也只是从磁铁铝环实验探究得到规律，但在开始探究之前，学生已经发现，电磁感应现象中存在的相同的物理内因，就是能量转化和守恒定律.在此基础上，将“阻碍相对运动”这种行为表现，转化为“阻碍磁通量的变化”这种电磁感应现象中一般表述，探究得出的结论即具有普遍意义，探究采用的是科学归纳法，展示了科学思维的严谨性.
（4）突出对阻碍的理解.在实验探究这一环节，就让学生从阻碍相对运动、阻碍磁通量的变化、遵循能量守恒等方面，去真实地体会感受、体会“阻碍”的作用，从不同角度理解“阻碍”的含义.
环节三实验验证
学生实验：如图5所示， 用发光颜色不同的二极管显示螺线管中的电流方向，用右手四指按电流方向握住螺线管，拇指指向为感应电流磁场方向，条形磁铁上标注原磁场方向，学生能直接“看到”感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系.让学生尝试能获得感应电流的多种情景，如条形磁铁运动、螺线管运动、二者相对运动，并验证感应电流的磁场和原磁场方向的关系.
此环节的目的：
（1）前面实验探究得到感应电流磁场方向与原磁场方向间的规律.但是无论是感应电流的磁场方向还是原磁场的方向都无法直接看到，通过这个实验装置，原磁场方向用磁铁上的箭头方向指示，感应电流的磁场方向通过拇指的指向指示，二者方向关系能够直观显示出来，实现实验验证这个目的.
（2）在进行验证的同时，也完成了本节课的最后一个环节，复习了感应电流方向和感应电流磁场间的关系，并最终明确了由楞次定律判断感应电流方向的方法.即教材所述：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
（2）以往的楞次定律新课教学后，学生能按固定思路解决问题，多为机械模仿简单应用.采用这种教学设计后，学生不仅能从阻碍磁通量变化这一角度分析问题，还能从力与运动、能量转化的多角度去思考问题，利用磁极间的排斥吸引、电流间的相互作用、甚至将磁体等效为电流、电流等效为磁体进行分析判断.楞次定律只是在学生熟悉的旧知识之间架起了一座桥，学生在课后表现出了深入理解规律之后思维的广阔性和灵活性.
楞次定律一直是高中物理教学的难点，主要体现在以下几个方面：
1.1规律的表述很隐蔽
新课程人教版和教科版教材中楞次定律的表述为“感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”.可以看出，虽然楞次定律是感应电流方向遵循的规律，但并不是直接描述感应电流的方向.
1.2常规探究实验存在的弊端
常规教学一般是采用如图1所示的装置进行实验探究.
（1）电流方向不直观.实验时需要学生先用电源探明线圈绕向跟电流表指针偏转的关系，进行思维的转换.
（2）中途需要转化探究问题.一开始让学生从实验探究“感应电流方向与磁通量变化、原磁场方向间的关系”.在学生找不出规律的情况下，再引出感应电流的磁场这样一个“中介”，转化探究的问题.
（3）需要学生处理的信息量太大.信息加工学习理论的观点认为“人的信息加工能量是有限的，一个人在每一时刻只能加工数量有限的信息”.在这个实验中，学生需要记录四种情况下感应电流的方向、磁通量变化、原磁场方向、感应电流的磁场方向、感应电流磁场方向与原磁场方向的关系等.实验现象涉及的因素多，各种因素间的关系复杂，从中寻找规律难度大.
（4）整个探究过程难以体现学生的主动性.老师提供记录表格、启发找出“中介”、引导得出“阻碍”作用，基本上是老师在“牵”着学生走.这样的教学不利于促进学生科学思维和探究能力的发展.
1.3对“阻碍”的理解是个难点
教学中老师引导学生从探究实验得出规律，但学生在这个实验中对阻碍体会不深.所以在得出规律后，老师一般会设计一系列练习，从相对运动、磁通量变化、能量变化等角度，引导学生从不同角度理解“阻碍”的含义，加深、拓展对“阻碍”的理解.
新课程的核心理念是以人为本，以学生的发展为本，倡导老师在课堂教学中要关注学生的学习过程、关注学生的发展.物理教学基本特征理论指出“物理教学要坚持以创设问题情景为切入点，以观察实验（事实）为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生探究能力为重点”.
如何进行楞次定律教学，才能既符合新课程理念，又能很好地突破难点；创设什么样的问题情景、什么样的实验环境和氛围，才利于学生进行探究、寻找规律，才能有效促进学生探究能力的发展；如何设问，才能启发学生深入思考，在获取知识的同时促进学生科学思维.
2新的思考
我们依据新课程理念、物理教学基本特征理论，做了一些大胆的创新尝试.
2.1降低实验难度，转化探究问题
学生实验设计如图2所示，直接探究感应电流产生的磁场遵循的规律.实验操作简单，现象直观明显.
2.2突出观察体会“阻碍”作用
在这个实验中，当磁铁插入或拔出线圈时，观察到的现象是线圈与磁铁发生排斥或吸引作用，此时线圈就相当于一个磁铁，用行动阻碍了相对运动、阻碍了磁通量的增大.线圈中感应电流产生的磁场表现出的这种“阻碍”作用，在进行实验探究时，就让学生观察、体会.如果学生在探究实验中就理解了“阻碍”的真实含义，那么在应用规律解释相关问题、判断感应电流的方向时，学生就能运用自如，就能自觉地用“阻碍”去分析问题.
2.3理解规律的实质
楞次定律是能量转化与守恒定律在电磁感应中的具体体现.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有外力作用，这种外力将克服感应电流的磁场的阻碍而做功，将其他形式的能转化为感应电流的电能，因此阻碍的过程就是能量转化和守恒的过程.对这一点让学生在探究实验的过程中就能有所体会.
3教学实践
教学片段呈现：
环节一创设情景，提出问题
演示实验：如图3所示，一根两端开口的细长玻璃管竖直放置，将一小磁块N极向下从管的上端开口处释放.观察到磁块很快就从管的下端出来.将玻璃管换成等长的细铝管后再做实验，观察到小磁块“慢慢悠悠”从管的下端出来，与从玻璃管中出来相比明显慢了许多.
提出问题：请同学们思考，在铝管中是什么阻碍了小磁块的运动？
学生分析：当小磁块通过铝管时，穿过铝管的磁通量发生变化，铝管中产生了感应电流，感应电流产生的磁场对小磁块施加力的作用，阻碍了小磁块的运动.
再观察：将小磁块S极向下重复以上操作，观察到的现象同上.
进一步思考：请同学们从能量守恒角度解释一下，为什么一定是阻碍作用.假如不阻碍会怎样？
引导学生分析：在铝管中下落时，如果没有阻碍作用，小磁块的机械能守恒，那么铝管中产生的感应电流的电能哪来的？如果不是阻碍而是促进运动，小磁块的机械能将增加，同时铝管中又出现了电能，增加的能量哪来的？这显然违背了能量转化与守恒定律.小磁块在下落过程中克服阻碍作用做功，将机械能转化为了电能.因此，阻碍是必然的.
提出问题：通过实验发现，磁铁运动引起的感应电流产生的磁场总是阻碍磁铁的运动.磁铁运动并不是引起感应电流的一般条件，那么感应电流产生的磁场到底具有什么样的特点和规律呢？我们需要寻找更普遍的规律.
思考：对感应电流的磁场，你想研究些什么内容？
引导学生提出探究问题：探究感应电流产生的磁场B′与磁通量的变化ΔΦ、原磁场B之间存在什么关系？遵循什么规律？
这样改进的优点：
（1）从实验创设的情景直接形成本节课要研究的问题.这个实验情景形象直观，不仅激发了学生的兴趣，复习了产生感应电流的条件，形成本节课要研究的问题，而且使学生有解决问题的期待.
（2）与传统实验相比，在探究实验前就将研究的问题进行转化，直接探究感应电流的磁场.避免让学生在找不出感应电流方向的规律之后再进行转化，克服了寻找中介的困难. （3）学生在解释实验现象的过程中，从受力、能量角度初步感受体会了感应电流磁场的“阻碍”作用，为后续的实验探究奠定了一定基础.
环节二实验探究，总结规律
学生分组实验：实验装置为条形磁铁、细绳悬挂的轻质线圈.图示记录的实验现象、ΔΦ变化、B方向、B′方向如图4所示.
归纳总结：学生用自己的语言描述寻找的关系.教师再介绍历史上的（或更全面研究的）一些实验，最后归纳出楞次定律.
这样改进的优点：遵循简约原则，简化了实验方案，利于突破教学难点，体现在以下几个方面.
（1）实验方案简单，现象直观，便于学生操作、观察、记录.从线圈的摆动直接判断得出感应电流的磁场方向，避免了读电流，找中介的困难.如当磁铁N极向右靠近线线圈，线圈向右摆，与磁铁发生排斥，学生很容易就能根据同性相斥、异性相吸判断出线圈左端为N极.
（2）用图示简化了实验记录，比文字形象直观，便于归纳总结.降低了思维难度，学生自己就能独立得出结论.
（3）创设的探究情景单一，需要学生处理的信息量不大.虽然是简单枚举归纳，没有在更普遍、更大范围内进行实验，得到的结论是否对切割磁感线、没有相对运动的情景也适用呢？但因为楞次定律是教学中的难点，如果面面俱到，势必会增大教学的难度.既使是做了三种情景的实验，也是不完全归纳.笔者认为，何不就让学生做一种情景的实验，亲身经历探究过程，体会物理研究的方法，体会“阻碍”的含义，从而得到“感应电流的磁场阻碍磁通量的变化”，为学生理解楞次定律奠定基础.
教材中选用螺线管的四组实验得出楞次定律采用的是简单枚举归纳法，仅从这四个实验现象得出的规律是否具有普遍意义，学生会心存疑虑.这个教学设计看似也只是从磁铁铝环实验探究得到规律，但在开始探究之前，学生已经发现，电磁感应现象中存在的相同的物理内因，就是能量转化和守恒定律.在此基础上，将“阻碍相对运动”这种行为表现，转化为“阻碍磁通量的变化”这种电磁感应现象中一般表述，探究得出的结论即具有普遍意义，探究采用的是科学归纳法，展示了科学思维的严谨性.
（4）突出对阻碍的理解.在实验探究这一环节，就让学生从阻碍相对运动、阻碍磁通量的变化、遵循能量守恒等方面，去真实地体会感受、体会“阻碍”的作用，从不同角度理解“阻碍”的含义.
环节三实验验证
学生实验：如图5所示， 用发光颜色不同的二极管显示螺线管中的电流方向，用右手四指按电流方向握住螺线管，拇指指向为感应电流磁场方向，条形磁铁上标注原磁场方向，学生能直接“看到”感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系.让学生尝试能获得感应电流的多种情景，如条形磁铁运动、螺线管运动、二者相对运动，并验证感应电流的磁场和原磁场方向的关系.
此环节的目的：
（1）前面实验探究得到感应电流磁场方向与原磁场方向间的规律.但是无论是感应电流的磁场方向还是原磁场的方向都无法直接看到，通过这个实验装置，原磁场方向用磁铁上的箭头方向指示，感应电流的磁场方向通过拇指的指向指示，二者方向关系能够直观显示出来，实现实验验证这个目的.
（2）在进行验证的同时，也完成了本节课的最后一个环节，复习了感应电流方向和感应电流磁场间的关系，并最终明确了由楞次定律判断感应电流方向的方法.即教材所述：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
（2）以往的楞次定律新课教学后，学生能按固定思路解决问题，多为机械模仿简单应用.采用这种教学设计后，学生不仅能从阻碍磁通量变化这一角度分析问题，还能从力与运动、能量转化的多角度去思考问题，利用磁极间的排斥吸引、电流间的相互作用、甚至将磁体等效为电流、电流等效为磁体进行分析判断.楞次定律只是在学生熟悉的旧知识之间架起了一座桥，学生在课后表现出了深入理解规律之后思维的广阔性和灵活性.