物理核心素養(yǎng)下的DIS探究學(xué)習(xí)

1、PAGE 6 -物理核心素養(yǎng)下的DIS探究學(xué)習(xí)宋曉瑜一、前言（一）物理核心素養(yǎng)2022年版2022年修訂版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“物理核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面。”在高中物理教學(xué)方面，要求教師重視教學(xué)過程，在教學(xué)中提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。（二）教材分析“感應(yīng)電流的方向、右手定則”是上海科學(xué)技術(shù)出版社出版的高級中學(xué)課本高二年級第二學(xué)期第十一章電磁感應(yīng)電磁波B節(jié)感應(yīng)電流的方向右手定則內(nèi)容，教學(xué)要求為B級。本節(jié)課研究切割的一種特例，即閉合回路中的一部分

2、導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向。本節(jié)為第一課時(shí)。在學(xué)習(xí)本節(jié)前，學(xué)生已經(jīng)掌握了感應(yīng)電流產(chǎn)生條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生改變，已學(xué)習(xí)過左手定則，會用左手來描述三個物理量兩兩垂直的關(guān)系，本節(jié)以此為基礎(chǔ)，讓學(xué)生親歷觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程，研究物理規(guī)律。（三）現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計(jì)的困惑右手定則是一個抽象的物理規(guī)律，傳統(tǒng)物理課堂上，教師往往采用如圖1所示的器材，通過繞制多匝導(dǎo)線來產(chǎn)生可見的感應(yīng)電流，從而推導(dǎo)出右手定則。除卻數(shù)量限制，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端也不容忽視，采用單匝導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動，感應(yīng)電流難以觀測到，而采用多匝導(dǎo)線繞制的線圈切割磁感線，感應(yīng)電流的方向又不直觀。（四）朗威DISLa

3、b微電流傳感器的實(shí)驗(yàn)探索如圖2所示為朗威DISLab微電流傳感器，它相當(dāng)于傳統(tǒng)意義上的靈敏檢流計(jì)，當(dāng)微小電流從紅接線柱流入傳感器時(shí)，計(jì)算機(jī)顯示電流為正，當(dāng)微小電流從黑接線柱流入時(shí)，電流為負(fù)。本探究實(shí)驗(yàn)使用朗威DISLab實(shí)驗(yàn)軟件7.1版本中的通用軟件，為了能夠?qū)?dǎo)線切割蹄形磁鐵磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流記錄下來，我們選擇示波顯示方式，如圖3所示，在示波顯示方式下，流入微電流傳感器的電流隨時(shí)間變化的關(guān)系被精確記錄了下來，便于研究。本校物理實(shí)驗(yàn)室的微電流傳感器足夠一個班級的學(xué)生完成右手定則的探究實(shí)驗(yàn)。筆者嘗試將微電流傳感器與單匝導(dǎo)線連接形成閉合回路，用單匝導(dǎo)線切割蹄形磁鐵南北極間的磁感線，學(xué)生全程自主實(shí)

4、驗(yàn)，完成探究過程，最終得出右手定則。二、基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)（一）引入（導(dǎo)線切割地磁場磁感線討論）教師介紹微電流傳感器，單匝導(dǎo)線兩端連接微電流傳感器組成閉合回路，將其靜放在講臺上，學(xué)生觀察微電流傳感器的示數(shù)，接著，教師兩只手分別握住微電流傳感器的紅黑接線柱橡膠處，以此為軸（東西方向），使長直導(dǎo)線繞軸南北向轉(zhuǎn)動切割地磁場磁感線，提示學(xué)生觀察傳感器示數(shù)。問題1：連接好電路后，回路靜止不動，為什么沒有電流？問題2：導(dǎo)線繞軸轉(zhuǎn)動時(shí)，微電流傳感器顯示出了變化的電流，從感應(yīng)電流產(chǎn)生條件出發(fā)，如何解釋這種現(xiàn)象？教師總結(jié)：我們已經(jīng)知道了感應(yīng)電流產(chǎn)生條件是通過閉合回路的磁通量發(fā)生改變。我們所處教室的地磁場從南

5、向北不變化，是回路的面積變了啊！換個角度，閉合線圈繞軸轉(zhuǎn)動時(shí)，它就必須要切斷穿入其面積的磁感線，線圈的一部分做切割磁感線運(yùn)動，切割方向是導(dǎo)體切斷磁感線的方向，不同于運(yùn)動方向。因此，切割是磁通量變化的一種特例，兩者并不矛盾。設(shè)計(jì)目的：明確切割產(chǎn)生感應(yīng)電流的本質(zhì)是閉合回路中磁通量的變化；介紹微電流傳感器及其使用方法，為之后的探究實(shí)驗(yàn)鋪墊；明確磁場方向B、切割方向v以及感應(yīng)電流方向I的判定依據(jù)。（二）分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生四人一組，在演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，共同制定實(shí)驗(yàn)方案，確定需要測量的物理量，如何改變因變量，以及如何記錄單匝導(dǎo)線上的感應(yīng)電流方向。1.實(shí)驗(yàn)前討論問題1：在本實(shí)驗(yàn)中，感應(yīng)電流I的方向受哪些因素影響？問題2：在實(shí)驗(yàn)中，如何改變以上影響因素？問題3：如何通過檢流計(jì)示數(shù)的正負(fù)判斷流過導(dǎo)線的感應(yīng)電流的方向？問題4：如何將影響因素的方向和感應(yīng)電流的方向記錄在表格上？設(shè)計(jì)意圖：通過猜想，得出影響感應(yīng)電流方向的因素以及改變這些因素的方法；通過分析，明確判斷流過導(dǎo)線的感應(yīng)電流的方向；通過討論，得出表格的正確記錄方法。本實(shí)驗(yàn)中，通過微電流傳感器記錄的電流正負(fù)得出流過導(dǎo)線的電流方向是難點(diǎn)，筆者希望通過實(shí)驗(yàn)前的討論，讓學(xué)生能夠自主判斷導(dǎo)線上感應(yīng)電流的方向。2.實(shí)驗(yàn)操作與記錄實(shí)驗(yàn)操作圖如圖4所示，微弱磁通量變化時(shí)的輸出圖像如圖5所示。由圖5可見，橫軸上方的圖線表示電流由紅接