教学设计中应把握的两个结构_磁通量论文

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通常意义上的教学设计，既可以是针对某一门学科教学的整体把握，又可以是针对某一学科的某一章节或某一单元的教学处理，但更多的则是指针对以“课时”为单位的相对完整、独立的教学活动单元而实施的。本文试图以某一课时的教学设计为例，阐述在一般情况下教学设计中应把握的两种结构。

一、教学设计中应该把握的两种结构

教学设计中应该把握住的两种结构通常是指“知识结构”和“逻辑结构”。

1.把握“知识结构”，明确“教什么”？

对于以“课时”为单位的一个教学活动的单元来说，在相应的教学设计中首先应该把握住的是“知识结构”。这一方面是由于“知识传承”毕竟是学科教学目标中不可或缺且最为基础的内容，另一方面还由于在多维教学目标体系中的其他诸如“技能”“过程”“方法”“情感”“态度”“价值观”等目标都应该是渗透在“知识传承”过程中才能够得以实现和满足。从这个意义上说：把握住“知识结构”，实际上也就从“知识传承”的目标上解决了“教什么”的基本问题。

2.把握“逻辑结构”，明确“怎么教”？

如欲在以“课时”为单位的教学活动单元实施中达成多维教学目标，那么在相应的教学设计中除了应关注“知识结构”而明确在知识层面上“教什么”的问题外，还必须关注到“逻辑结构”的把握。这一方面是由于即使仅为“知识传承”得以实现也应由一条清晰的逻辑线索给予切实保障，另一方面还由于在实现多维教学目标体系中的其他目标时更得借助于教学活动中逻辑线索的清晰和逻辑结构的合理。从这个意义上说：把握住“逻辑结构”，实际上也就从多维教学目标体系上体现除了“知识传承”外的其他目标，进而解决了“怎么教”的问题。

二、把握住两种结构的教学设计案例

关于教学设计中对“知识结构”和“逻辑结构”的把握，这里以人教版新课标教材《物理·选修3-2》中“法拉第电磁感应定律”一节内容的第一课时教学为例，做出具体的阐述。

1.教材呈现中的结构特征

教材在呈现内容的层面上表现出的知识结构特征为：先给出法拉第电磁感应定律的一般表达式

接着在(1)式的基础上导出适用于“导线切割磁感线”时法拉第电磁感应定律的特殊表达式

并就“非垂直切割”的情况将(2)式修正为

最后又在直流电动机的模型中结合能量转化提出了“反电动势”的概念。

教材在呈现方式的层面上表现出的逻辑结构特征为：在上一节对电磁感应产生条件做出科学探究的基础上，从感应电流的产生推知感应电动势的存在；从上一节探究活动中所获得的实验感受的基础上，提出“感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关”的合理猜想；直接给出法拉第电磁感应定律的一般表达式如(1)式所示；针对“滑轨”模型运用(1)式，从而导出适用于“导线切割磁感线”时法拉第电磁感应定律的特殊表达式如(2)式所示；在“非垂直切割”的模型中运用正交分解的方法将(2)式修正为(3)式；在直流电动机的模型中提出“反电动势”概念，并要求通过观察电动机启动过程中电流变化而体验“反电动势”所产生的影响。

对于表现教材呈现内容的知识体系，应该受到课程标准所提出的教学要求的制约；而对于表现教材呈现方式的逻辑线索，则又构成了“从一般到特殊”的演绎推理的思维特征。但若认真斟酌呈现方式所表现出的逻辑结构，就不难发现其间所存在着的一个问题：尽管“感应电动势很可能与磁通量变化的快慢有关”的猜想是以一定的实验感受为基础的，但在此猜想基础上直接给出形如(1)式的法拉第电磁感应定律的一般表达式，这不能不说在逻辑上存在着不够严密之处。

2.教学设计中的结构特征

考虑到“法拉第电磁感应定律”这一节的教学内容其容量较大，因此在教学设计中拟用两课时完成，而对于其中的第一课时的教学设计，对“知识结构”和“逻辑结构”的把握分别作如下处理。

教学设计中的知识结构把握：在教材所呈现的知识内容中选取法拉第电磁感应定律的一般表达的(1)式和特殊表达的(2)式构成清晰的知识结构，而将教材所呈现的知识内容中的“非垂直切割”下的表达式和“反电动势”的概念留待第2课时中完成。

教学设计中的逻辑结构处理：调整教材的呈现方式而将(1)、(2)两式的探究次序更换，在逻辑线索上采用“从特殊到一般”的归纳推理的思维特征，依次实施教师引领下的理性探究式的教学活动。

3.教学设计案例的逻辑线索

表现上述逻辑结构特征的教学活动，按照下面的逻辑线索依次展开。

①针对“感应条件”的表述研究

针对图1和图2所示的两个实例实施探究活动，联系上一节课对产生电磁感应现象的条件作进一步剖析，力求能够将其作出分层次的准确表述。

问题设计1：在如图1、图2所示的装置中，做怎样的操作就可以发生电磁感应现象、产生感应电流而使电流表指针发生偏转？

图1

图2

问题设计2：在如图1、图2所示的装置中，从操作层面上引发电磁感应现象的原因相同吗？图1中ab棒的“运动”和图2中动片P的“滑动”所带来的影响有什么区别？若从磁通量变化情况的层面上比较图1和图2中引发电磁感应现象的原因，则又将如何？

评价准备1：关于两个实例中引发电磁感应现象的原因比较，期望得出如下表述：第一，从操作层面上看，原因相同：图1中ab棒的“运动”和图2中动片P的“滑动”，都是因“动”而生。第二，从操作带来的影响上看，原因不同：图1中ab棒的“运动”导致的是“切割磁感线”，图2中动片P的“滑动”导致的是“磁场强弱改变”。即一个是因“动”而生；另一个是因“变”而生。第三，从涉及磁通量的物理本质上看，原因相同：两个实例中的电磁感应现象都是由于“磁通量的变化”所引发的。

评价准备2：关于两个实例中引发电磁感应现象的原因比较，可以发出如下议论：“相同”之中有“不同”，“不同”之中有“相同”；既“相同”又“不同”，既“不同”又“相同”。

②针对“类比方法”的本质探索

针对上述“相同”与“不同”的辩证关系将电磁感应现象作合理划分，以便依次进行探究活动。

问题设计3：两个实例中引发电磁感应的原因的“相同”与“不同”意味着什么？

评价准备3：“同”则“统”：两个实例中的物理现象统称作“感应”；“异”则“分”：两个实例中的“感应”现象分别称作“动生感应”和“感生感应”。

③针对“动生感应”的定量探究

问题设计4：若图1中的ab棒没有与导轨构成闭合回路，则在作“切割磁感线运动”时将会如何？如果不能产生感应电流，那么能够产生些什么呢？问题设计5：ab棒做“切割磁感线运动”时，其中的自由电子将如何？受力将怎样？迁移意味着什么？累积又会怎样？由于“动生感应”而形成电源，其参量应该有些什么？能够给出“动生电动势”的定量表达式吗？

评价准备4：期望能够从感应电流的产生推断出感应电动势的存在。

评价准备5：期望能通过启发与引领而自主性地给出“动生电动势”的导出过程见附录1。

④针对“感生感应”的定量探究

针对“感生感应”的定量探究是本节课的难点，对应的教学设计可将其分散在下面几个阶段中。

第1阶段：合理猜想体系的提出

问题设计6：既然引发“感生感应”的原因是由于“磁通量的变化”所至，那么我们可以作出合理的猜想：“感生电动势”与“磁通量的变化情况”有关。“磁通量的变化情况”实际上可以分为两类：变化“多少”（△Φ）和变化“快慢”。在此基础上

我们可以针对“感生电动势”与“磁通量的变化情况”间的定量关系作出怎样的猜想呢？

评价准备6：期望能够有条理的依次提出两类猜想而构成如下猜想体系。

猜想1：感生电动势E与△Φ有关；△Φ越小，E越大。

猜想2：感生电动势E与△Φ有关；△Φ越大，E越大。

猜想3：感生电动势E与有关；越小，E越大。

猜想4：感生电动势E与有关；越大，E越大。

第2阶段：针对猜想体系的筛选

问题设计7：有谁能够推翻或证明上述猜想？

评价准备7：推翻猜想1的逻辑推理为：假设猜想1是正确的，那么△Φ最小时感生电动势E就应该最大；△Φ最小时应取值为零，而△Φ为零又意味着磁通量不变；由此就得出了“磁通量不变时E最大”的荒谬结论。所以，猜想1不成立。用类似的逻辑推理不难推翻猜想2和猜想3，经过筛选，上述猜想体系中得以保留的只剩下猜想4。

第3阶段：构建证明猜想的思路

问题设计8：在对上述猜想体系做出合乎逻辑的筛选后，我们应将得以保留的猜想4进一步分等级地做出更细致的猜想体系。

在这一猜想体系的各个“子猜想”中，我们首先会想到哪一个呢？如果在这一猜想体系中对应于i=1的“子猜想”。

猜想4-1：E与有关；越大，E越大；E∝是我们的首选，而从教材所呈现的结论来看“猜想4-1”又应该是成立的。那么，我们怎样给出证明呢？

问题设计9：既然“感生感应”和“动生感应”都是由于“磁通量的变化”所引发的，那么“感生电动势”和“动生电动势”就应该与“磁通量的变化情况”间具有相同的关系。如果能给出肯定的回答，对“猜想4-1”的证明是否可以从已经导出的“动生电动势”的表达式中得到些启示呢？

评价准备8：一方面做好启发学生运用逻辑推理的手段对猜想体系做出合理的筛选，另一方而期望通过启发与引领而构建起证明“猜想4-1”的思路。

评价准备9：期望能通过启发与引领而自主性地给出“猜想4-1”的证明过程见附录2，进而给出“感生电动势”的定量表达式。

第4阶段：完成定量规律的探究

问题设计10：“猜想4-1”中的k究竟是有量纲的“比例常量”，还是没有量纲的“比例常数”，这对明确其物理意义是十分重要的，能够对此作出相应的研究而给出证明吗？如果能够确定k无量纲，且将图1中被感应回路与图2中的相比而视为“单匝线圈”，那么对k的物理意义可做怎样的理解呢？考虑到“感生感应”与“动生感应”在被引发的原因上的一致性特征，可以给出“法拉第电磁感应定律”的最为一般的表达式吗？

评价准备10：期望能够通过启发与引领而自主性地给出“猜想4-1”中的k的量纲为纯数的证明过程见附录3，进而对其物理意义实现意义建构如(4)式所给出为（n为被感应线圈的匝数）

k=n(4)

最终给出“法拉第电磁感应定律”的最为一般的表达如(1)式而完成定量规律的探究活动。

附录1：关于“动生电动势”定量表达式的导出