新课程背景下探究式教学案例分析

新课程背景下探究式教学案例分析
上海嘉定第二中学段玉文
教学目标
1．知识与技能
（1）知道电磁感应现象；
（2）理解感应电流产生的条件；
（3）培养学生的实验技能。

2．过程与方法
（1）体会科学探索的过程特征；
（2）领悟科学思维方法。

3．情感、态度和价值观
（1）感受法拉第勇于探索科学真理的科学精神；
（2）通过对“发现电磁感应现象的意义”的讨论，感悟“科学技术是第一生产力”的论断；
（3）联系“三峡电站”“神舟五号”等内容，渗透爱国主义教育。

教具：条形磁铁、检流计、线圈A和B、滑动变阻器、电池组、开关、导线、漆包线、铁钉、小直流电动机、石英钟、录音机、多媒体课件等。

教学过程
1．情境引入
（1）网上图片及新闻
①三峡电站大型发电机定子；
②“神舟五号”飞船巨大的太阳能电池帆。

（2）学生利用自制的实验器材演示
①磁铁移近不闭合的铝环，磁铁移近闭合的铝环；
②小磁铁从铝管中竖直下落。

（3）网上资料
①奥斯特“电生磁”实验；
②法拉第“磁生电”的设想及其电磁感应现象的发现。

2．实验探究
（1）学生分组进行实验探究
实验方案有无电流
实验1：条形磁铁在线圈中插入______________
拔出______________
实验2：线圈A在线圈B中插入______________
拔出______________
实验3：线圈A在线圈B中不动，
开关闭合______________
断开______________
实验4：线圈A在线圈B中不动，
滑动变阻器的电阻增大______________
减小______________
实验5：（自己设计实验方案）______________
遇到的困难：______________
存在的问题：______________
产生的疑问：______________
萌发的设想：______________
实验的结论：______________
（2）小组讨论、汇报实验情况。

（3）多媒体演示：实验现象分析归纳。

感应电流产生的条件：（1）闭合回路（2）穿过闭合回路的磁通量发生变化
3．拓展应用
（1）多媒体演示
学生练习：矩形线圈穿入、穿出磁场，完全在磁场中平动，能否产生电流？
（2）拓展实验：闭合线圈在地磁场中产生感应电流。

（3）设计实验：利用较长的铁钉一根、漆包线若干、干电池一节、检流计、开关、导线等器材，设计一个合适的电路，验证产生感应电流的条件。

（4）思维拓展：
活动1：有小直流电动机、石英钟、导线等器材，如何使石英钟走动？
活动2：有录音机、线圈、磁铁、导线等器材，用两种以上方法使录音机发声。

4．历史回眸
网上阅读有关法拉第的资料，回答下列问题
（1）法拉第发现电磁感应现象有什么意义？
（2）你从有关法拉第资料中学到了什么？
5．作业
（1）观察磁带、磁盘、磁卡，思考为什么磁带要“走”，磁盘要“转”，磁卡要“刷”。

（2）自制简易发电机。

（3）上网查阅有关电力方面的资料。

教学说明
1．地磁场的电磁感应现象的实验。

在门的四角钉上钉子，用直径为0．1～1．0mm的漆包线沿门框绕一个几十匝的矩形线框，它的两端引出线接上检流计，将检流计放在实物投影仪上。

握住门把手，将门快速转动，检流计指针就会发生偏转。

如果墙面正好跟地球的磁子午线面垂直，那么检流计指针偏转会更明显。

2．利用较长的铁钉一根、漆包线若干，干电池一节、检流计、开关、导线等器材，设计一个合适的电路，验证产生感应电流的条件。

在铁钉上用漆包线绕两组线圈A和B，将线圈B的两端接上检流计，线圈A的两端接上电池和开关，闭合和断开开关，检流计的指针发生偏转，表明产生了感应电流。

3．有小直流电动机、石英钟、导线等器材，如何使石英钟走动？
将小直流电动机用导线与石英钟连接，将石英钟放在实物投影仪上，快速用手转动电动机的转轴（注意转动的方向），石英钟的指针就会走动。

4．有录音机、线圈、磁铁、导线等器材，用两种以上方法使录音机发声。

将线圈两端引出线用导线接在录音机话筒的插孔上。

方法一：线圈不动，将磁铁在线圈中快速插入或拔出；方法二：磁铁不动，将线圈套住磁铁快速往返运动（此为话筒的原理）；方法三：线圈不动，将磁铁一极靠近线圈，在与线圈平行的平面上快速移动（此为录音机放音磁头的原理）；方法四：磁铁不动，将线圈靠近磁铁一极，让线圈在其平面方向上快速移动，都会使录音机发声。

案例分析
本案例是一个探究式学习的课堂教学设计，整个设计贯穿了学生自主建构知识这一主线，抓住了探究式学习的本质和核心，充分调动了学生学习的主动性，体现出以下几个特点。

1．拓展了探究的时空，扩大了教学资源
如何解决探究式教学需要较多的时间，而课堂教学时间有限的矛盾，本案例进行了有效的尝试。

学生在课前自学了本节课的内容，仿照课本的实验器材，用易拉罐、吸管、针、泡沫块等自制了楞次定律演示仪，用铝管和磁铁做课本对比落体实验、探索有关规律。

学生上网查阅了法拉第及其电磁感应方面的资料，既为新知识的学习进行了有益的准备，又为课堂的探究式学习奠定了基础，同时培养了学生的动手能力，收集、分析和加工整理信息的能力。

课后作业自制简易发电机，上网查阅有关电力方面的资料，搭建了课堂所学物理知识与生活实际紧密联系的桥梁，拓宽了探究、运用知识的渠道，扩大了教学资源，拓展了学生探究式学习的时空。

2．激发探究的欲望，引发思维认知冲突
学生是知识的主动建构者，学生对所探究问题的热情程度及在探究过程中所表现出来的精神状态和情绪，直接影响教学的效果。

本案例利用“三峡电站”“神舟五号”飞船巨大的太阳能电池帆等内容引入新课，以当前的热点新闻和重大事件为背景，体现了时代感，贴近了学生的实际。

学生用自制的器材进行实验演示，作为新课的切入点，激发了学生的求知欲望，形成了探究的动力。

用法拉第根据“电生磁”产生“磁生电”的设想，引发学生的思维张力，产生探究的兴趣与热情。

本案例突破了课本已有的四种产生感应电流方式的局限性，鼓励学生大胆设计，勇于尝试有别于课本的新方式。

在实际探究过程中，许多同学将原线圈放在副线圈中不动，将铁芯拔出或插入；将原线圈放在副线圈外侧，靠近或远离，设计了多种方法产生感应电流，并由衷地感到了成功的喜悦。

通过实验探究，引导学生讨论交流，得出产生感应电流的条件，再用多媒体通过磁感线条数的变化，形象地演示磁通量的变化，最后运用多媒体进行巩固训练，促进学生认知结构的形成。

在此基础上适时提出仅有线圈、检流计、导线如何产生感应电流，进一步引发学生认知冲突。

当学生将绕在门上的线圈随门一起转动，看到投影在屏幕上的检流计指针发生偏转时，都情不自禁地“哇”了一声。

此实验带给每个学生震撼，给了学生终身难忘的经历。

（一位听课老教师课后也深有感触地说，这种直接在地磁场中产生感应电流的实验，是他教了几十年物理第一次看到的实验。

）
为了充分体现学生探究学习的自主性，有效锻炼学生的思维能力，本案例设计了学生利用简单器材验证感应电流的产生条件的实验，让学生用多种方式、从多种角度理解知识内容，从而形成良好的认知结构。

最后设计的两个思维拓展的学生活动，活动1直流电动机可以变成直流发电机，带动石英钟转动，既培养了学生的逆向思维能力，又培养了学生运用知识解决实际问题的能力。

活动2利用磁铁和线圈等器材，用多种方法使收录机发声，并让学生设想其应用，将探究活动与实际应用紧密联系，使学生的思维得到充分地训练。

当学生通过自主探究理解了话筒的原理和录音机放音磁头的原理，学生体验了探究的快乐，课堂气氛也推向了高潮。

3．让学生体验科学探究的一般过程，领悟科学研究方法
本案例设计将研究性学习有机融入课堂教学中，首先提出法拉第“磁生电”的设想，然后让学生自主进行实验探究，获得亲身经历和感性认识，通过小组交流，讨论分析，抽象出结论，再通过设计实验验证，最后通过思维拓展的两个活动，应用知识。

体现了科学研究的一般历程：设想──实验探究──理论──再实验验证──应用。

让学生在经历中感悟科学研究的一般方法，提高学生的科学素质。

学生在课堂教学中的探究式学习应体现科学探究的特征、方法和过程，但这种探究式学习与科学家进行的科学探究的目的、意义有着很大的不同，科学家探究的目的体现在一种真正意义上的创新、发现或发明，体现出首创性。

而对于学生探究学习的课堂教学设计，不能脱离“学习”而盲目追求探究的形式，探究式学习的目的是掌握探究的步骤，领悟探究的方法，
自主地建构知识，因此需要教师给予必要的指导，对在课堂中进行的探究式学习，必须进行精心设计。

本案例的设计体现了循序渐进、逐步深入的特点，由给学生一定的器材，按一定要求探究，到学生自己设计方案进行探究，最后到学生设计方案，进行探究，联想应用，使探究学习层层推进，思维训练逐步加强，自主性愈加凸显，让学生在经历中领会探究的精髓。

知识靠学习者自己建构，而不是由教师提供。

本案例在探究问题的生成，探究方案的设计，探究行动的开展，探究结果的构建上，围绕学生知识的自主建构这一核心来展开，体现了探究式学习的本质。

教师鼓励学生对自己的想法给出一种表达形式，鼓励学生设计自己的探究方案，反思他们做的事情，通过各种活动展示他们的想法，暴露他们的思维过程，并与其他人比较记录，从探究过程中发现了令他们高呼“哇”的情节。

本案例在学生构建知识的过程中，精心设计了问题，设置了障碍物，构建了一个充满适度竞争与阻碍的动态系统，创设了一个探索表达，分享思想、计划和产品的自我完善的时空，还给了学生进行意义建构、知识建构的学习领地，体现了学生知识自主建构是探究式学习的本质与核心这一课堂教学设计思想。

电磁感应现象
河南省洛阳市第二中学夏丹
【教学内容】
高二《物理》第十六章第一节。

【教学过程】
师：1820年4月，丹麦的物理学家奥斯特发现了电流可以产生磁场，（屏幕显示奥斯特肖像）这一发现就像是架起一座电和磁之间的桥梁，那么这座桥梁仅仅是一个单行道吗?沿着相反的方向能不能行得通呢?这个反过来由磁产生电的课题让当时众多的物理精英足足探索了十年之久。

（屏幕显示四位有关科学家肖像）。

今天，我们就循着这些科学家的足迹来探索这个利用磁场能产生电流的伟大发现。

不过对于我们同学们来说，这已经算不上是很尖端的难题了，我们在初中就做过一个简单实验，（屏幕显示：能利用磁场产生电流图）我请一位同学把这个实验给大家回顾一下，大家仔细观察。

生：（介绍电路、操作，略。

）
师：这是我们在初中曾经做过的实验：闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动，导体中就产生感应电流。

导体切割磁感线可以类比收割麦子的情形，横向进刀能割掉麦子，纵向进刀是没有收获的。

在十年的探索中，有一位名叫科拉顿的瑞士科学家曾经做过一次有益的尝试：他把条形磁铁插入线圈中，（屏幕显示实验）那么在磁铁插入和拔出的过程中，大家判定线圈切割磁感线没有?会不会产生感应电流呢?
生：线圈虽然不动，但磁铁和线圈间仍存在相对运动，线圈仍然切割磁感线，所以会产生电流。

师：好，那么我们就看电流表做出的裁决，现在大家四人一组，把电路连好，自己亲自验证一下。

生：（操作、交流实验结果）
师：这个实验更进一步说明，不论是导体运动，还是磁场运动，（显示实验二结论）只要闭合电路的一部分导体切割了磁感线，电路中就有电流产生。

然而非常遗憾的是，最早做这个实验的年仅23岁的科拉顿，为了消除操作过程中外界因素对电流计的影响，他就用长导线，将电流表连接到另一个房间里，他在这个房间里将磁铁插入线圈，然后飞快地跑到另一个房间里去看电流表，那么等他跑到的时候，电流表的指针还偏转吗?
生：不转。

（遗憾）
师：所以他没有发现电流的产生。

可以说科拉顿已经扣开了发现电磁感应规律的大门，但由于他的失误，却与最后的成功失之交臂。

我们暂且抛开这深深的遗憾，来继续探索科拉顿未能探索出的规律。

大家看大屏幕，（屏幕演示实验：线圈在磁场中运动）线圈与电流表组成闭合回路，现在我们把这个线圈，放入匀强磁场中，使它在磁场中做切割磁感线运动，那么电路中能不能产生电流呢?
生：能。

师：好，我现在找一位同学来给大家演示一下。

（生演示）
生：我现在先让线圈进入磁场，大家看，进入过程有没有电流产生?
大家：有。

生：线圈在磁场中切割有没有电流产生?
大家：没有。

生：我现在把线圈拉出磁场，看有没有电流产生?
大家：有。

师：很好，请回。

感应电流好像是跟我们做起了捉迷藏的游戏，时有时无，什么时候有呢?线圈进出磁场时都有，什么时候没有呢?线圈在匀强磁场中平动切割时没有，显然，“闭合电路的一部分导体切割磁感线”这个条件在这里难以自圆其说!那么究竟还隐藏着什么比“切割”更为本质，更具有普遍性的条件呢?这几种运动情况有哪些不同之处呢?
生：进出磁场时，都是一个边切割，在磁场中运动时两个边切割。

师：很好，你是说可能是一个边切割会产生电流，两个边切割就不能产生电流了，是吗?
生：是。

师：好，我现在让线圈以它的两条对边中点的连线为轴转动，大家看有几个边切割磁感线?
生：有两个边切割。

师：看情况如何呢?
（师演示：产生了电流）
师：两个边切割也能产生感应电流!
生：线圈进磁场时穿过线圈的磁通量增加了，出磁场时，磁通量减少了，在磁场中运动时，磁通量是不变的。

师：很好。

穿过线圈的磁通量增加也产生电流，减少也产生电流，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，就能产生感应电流。

生：我认为现在下这个结论还过早，因为根据φ=BSsinθ，磁通量由B、S以及S与B的夹角θ三个因素决定，线圈进出磁场时只是验证了S的变化，产生了感应电流；线圈在磁场中转动，是θ角变化产生了感应电流，还要继续验证磁感应强度B发生变化，是否能产生电流。

生：刚才做的科拉顿的那个实验，把磁铁插入线圈中，在插入过程中，就是线圈中磁感应强度B发生变化，产生了感应电流。

师：好，请坐，大家想想，是不是这样?
生：是。

师：那么我们在初中所做的产生感应电流的实验又该如何解释呢?
生：导体在磁场运动，是因为回路在磁场中的面积发生了变化而导致了磁通量的变化，从而产生了感应电流。

师：很好，由此看来，（屏幕显示实验三结论）把“穿过闭合电路的磁通量发生变化”作为产生感应电流的条件比这种“切割磁感线”作为条件更具有普遍性。

但是在我们刚才的几个实验里，可还都要切割磁感线呀!难道“切割磁感线”是产生感应电流的必要条件吗?
现在大家就来动手设计一个实验，（屏幕显示）
实验四（学生设计实验）
实验器材：电源、电键、电流表、滑线变阻器、大线圈、小线圈、几个条形铁芯、导线。

目的要求：使用不切割磁感线的方法产生感应电流。

如何选用仪器，来实现这样一个要求?现在大家分组进行，交流时，每组选派一个代表，要说明实验原理，开始吧!……
师：大家基本上都完成了自己的设计，现在我们来交流一下。

（第一组）生：（投影）我们组是把电源与滑动变阻器、小线圈、电键串联起来，把大线圈与电流表串联起来，把小线圈放在大线圈旁边，然后，合上电键和断开电键的瞬间，大线圈中都产生电流。

原因是，当合上电键时，小线圈中的电流是由无到有；断开电键时，小线圈中的电流是从有到无。

小线圈中的电流的变化引起穿过大线圈的磁通量发生变化，所以会产生电流。

（第二组）生：我们的电路与他们组相同，我们是把小线圈放在大线圈内部，闭合电键，改变变阻器阻值，大线圈里就有电流产生。

原因是，当电阻改变时，小线圈里电流就发生变化，从而引起穿过大线圈的磁通量发生变化，所以大线圈中会有电流产生。

把小线圈放在大线圈旁边，电流表指针偏转并不明显，我们认为还应该把小线圈放在大线圈内部。

（第三组）生：我们组也是把小线圈放在大线圈旁边，但我们把铁芯分别插入小线圈和大线圈中，再用一个铁芯把两个线圈中的铁芯连起来，因为铁芯是磁场的最好通路，效果比第一组明显得多。

师：同学们都做得很好，虽然设计方案不同，但都做到了没有让导体切割磁感线，只让穿过闭合回路的磁通量发生变化，结果也产生了电流，从而更进一步证明：（屏幕显示实验四结论）不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有电流产生。

这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象。

1831年8月29日，是一个值得纪念的日子，英国物理学家法拉第做了一个与此类似的实验，从而给这项持续了十年之久的探索画上了一个圆满的句号。

在他发现电磁感应现象之后仅两个月，就根据电磁感应原理，制成了世界上第一台发电机，从而使人类由蒸汽时代跨入了电气时代，由此拉开了第二次工业革命的序幕，法拉第这个响亮的名字也永远铭记在人们心中。

他那十年磨一剑的精神一直激励着一批又一批青年学子，当然也激励着我们每一位。

但愿在不久的将来，世界上又一个法拉第就诞生在你们中间。

这节课我们就讨论到这里，下面大家总结一下我们这节课探索电磁感应的过程以及你的主要收获。

生：（学生总结，略。

）
师：这节课的探索过程请看大屏幕。

（老师总结，略。

）
最后留给大家一个课外作业：（屏幕显示）使用磁场、线圈、发光管和摇把制作一台简易发电机，并简要说明设计原理。

点评：
一、教学目标明确，教学流程清晰，学生学习积极性表现充分，课堂气氛活跃，教学方法中重点突出了实验和问题讨论法，充分体现了学生的主体作用。

二、以实验为基础，经过分析、推理、猜想、验证，最后得出结论。

突出了物理学科的特点。

三、本课突出了对学生思维能力、动手能力、由实验现象发现规律、总结规律的能力的培养。

激发了学生探索科学规律的兴趣，并感受了科学家的探索精神。

（点评者：徐欣辰）
2005-06-21 摘自：人民教育出版社《中小学探究教学200例》“电感和电容对交变电流的影响”教学案例
──以普通高中《物理课程标准》的课程目标要求来设计
浙江东阳中学韦国清
普通高中《物理课程标准》中从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上，提出了高中物理课程的具体目标。

在教学设计过程中，我们需要从这三个维度来构建教学内容和安排教学活动。

下面是结合课程目标的要求，全日制普通高中教科书（试验修订本·必修加选修）物理第二册《电感和电容对交变电流的影响》一节的教学设计。

【教学目标】
1．知识与技能
知道电感线圈有“通直流阻交流”和电容器有“隔直流通交流”的作用；知道感抗、容抗的大小由哪些因素决定；能解释电感和电容对交变电流产生影响的原因；了解电感和电容器在电子技术等方面的应用。

2．过程与方法
观察演示实验，理解实验过程中控制变量的方法；通过研究感抗（容抗）与自感系数（电容）的定性关系，获得实验探究过程的体验；通过对电感和电容对交变电流影响的理论分析，体会理论解释实验的成功感受。

3．情感态度与价值观
通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣；简介电感和电容的应用，欣赏物理器件的美妙的应用；通过具实记录观察到的现象和数据，体验实事求是的科学态度。

【教学用具】
1．演示交直流电源、小灯泡(12v）、阻值15Ω的电阻、电感线圈（J2426小型变压器）、10μF电容器、低频信号发生器（J2462－1型）等供演示用；
2．各种不同型号的高频、低频扼流圈供演示用；
3．学生低压交直流电源（最小的输出电压大于16V）、15μF和200μF的电容器J2426小型变压器（将线圈匝数不同的两组线圈用不同颜色的导线接出）、小灯泡（6V）、导线等供学生实验用（以上器材每两人一组）。

【设计思路】
从教材的要求来看，本课题对知识与技能的要求均不高。

一般的教法可以简单比较电感和电容对交变电流的阻碍作用，进行一些理性的讲解，配合若干验证性的实验，使学生了解感抗和容抗的大小与哪些因素有关。

教材中对演示实验的要求很简单，更没有学生实验的要求。

本教学设计特别强调了对实验的挖掘。

例如增加了学生互动的实验，不仅帮助学生理解感抗和容抗的概念，提高实验动手能力，更重要的是使学生在互动和探索的过程中，培养学生的合作精神、获得探究的成功体验；通过引入新课时设计的实验，培养学生的问题意识和激发学生的学习兴趣；通过教学中的若干个演示实验的设计，特别是用信号发生器替代变频电源来做实验，使学生感悟科学的探究方法和强化创新的意识。

【教学过程】
一、引入课题
请同学们先来观察一组实验，如图1所示。

介绍有关器材：低压交直流电源，小灯泡，3个经过包装的电学元件（根据外面不能判断是何元件）。

演示1：
（1）将小灯泡直接接到交变电流源上，调节电压使灯泡正常发光；
（2）如果将1号电学元件串联入电路中，观察现象（灯泡变暗）；
（3）再将2号电学元件串联入电路中，观察现象（灯泡变得更暗）；
（4）然后将3号电学元件串联入电路中，观察现象（灯泡仍较暗）。

演示2：
门路1号元件接相同电压的直流上，观察现象［与演示1（1）情况相同亮度］；。