曹 會(huì) 張 飛

（江蘇省外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，江蘇 蘇州 215104）

1 問題提出

“物理學(xué)本質(zhì)”應(yīng)是“物理味”的核心元素.物理學(xué)本質(zhì)的教學(xué)是一個(gè)國(guó)際前沿性教育課題.在物理課堂教學(xué)中，應(yīng)樹立以物理學(xué)本質(zhì)為靈魂的物理教育新理念，切實(shí)加強(qiáng)物理學(xué)本質(zhì)在物理教學(xué)中的滲透，避免僅以追逐成績(jī)?yōu)槲ㄒ荒康牡膽?yīng)試教育模式，以提高物理真正的教育質(zhì)量.美國(guó)麻省理工學(xué)院弗里奇教授提出：“科學(xué)的本質(zhì)就是觀察和探究我們周圍的世界，試圖從已知事物中確定某些潛在的秩序和模式.物理學(xué)是科學(xué)的一部分，主要研究無生命的世界，而且力圖確認(rèn)最基本的原理和統(tǒng)一的規(guī)律.［1］”“物理學(xué)的另一個(gè)本質(zhì)特征——依靠直接的觀察和實(shí)驗(yàn).［1］”由此可見，觀察和實(shí)驗(yàn)是以“物”明“理”的重要途徑，也是物理學(xué)本質(zhì)教學(xué)的重要方式.“物理學(xué)本質(zhì)的另一個(gè)重要方面：在這一學(xué)科發(fā)展的某一特定階段接受了某個(gè)經(jīng)過檢驗(yàn)的假設(shè)，但隨后這些假設(shè)總是有待修正.［1］”所以，不斷的觀察和實(shí)驗(yàn)并認(rèn)真探索才能以“物”揭示“理”的真諦.換言之，求真是物理學(xué)本質(zhì)，也應(yīng)是物理教育的一種行為.

本文是筆者以實(shí)驗(yàn)為主線進(jìn)行物理學(xué)本質(zhì)的教學(xué)的一次嘗試，在“蘇州市名師共同體”活動(dòng)中進(jìn)行展示，獲得聽課專家的較高評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為這堂課具有十足的“物理味”.

2 案例呈現(xiàn)及評(píng)估

2.1 “制造沖突”——引發(fā)懸疑

師：同學(xué)們，要把播放器中播放的音樂傳送到音箱中播放出來，可采取怎樣的辦法？

生：用音頻線直接連接起來.師：如果不直接相連行不行呢？（學(xué)生懷疑搖頭否定）師：我們來玩一個(gè)魔術(shù)（如圖1所示），我用一只小螺線管與播放器相連，再用一只大螺線管直接和音箱相連.

圖1

師：看好了，見證奇跡的時(shí)刻就要到了，（把小螺線管插入大螺線管中，音樂響起，學(xué)生很驚訝）這對(duì)大小螺線管之間究竟發(fā)生了怎樣的物理現(xiàn)象？

生：電磁感應(yīng).

師：也就是出現(xiàn)了“磁生電”的現(xiàn)象，大螺線管中產(chǎn)生了感應(yīng)電流？（學(xué)生肯定）

師：初中我們已經(jīng)學(xué)過感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是？

生：切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流（如圖2所示）.

師：完整的說應(yīng)該是閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流.

板書：實(shí)驗(yàn)1（閉合電路部分導(dǎo)體）切割則有，不切割則無

師：用這一切割理論能否解釋大螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電流呢？沒切割怎么會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？為了弄清楚這個(gè)問題，咱們今天有必要再通過其它的實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)一步探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.

板書：探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件.

環(huán)節(jié)評(píng)估：我國(guó)學(xué)者鐘啟泉教授指出：“實(shí)驗(yàn)是在學(xué)習(xí)者的面前引起日常生活中不可能經(jīng)歷到的現(xiàn)象.違背學(xué)習(xí)者常識(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將造成學(xué)習(xí)者意識(shí)中的認(rèn)知失衡狀態(tài)，擺脫這種認(rèn)知矛盾狀態(tài)求得解放的需求，就成了學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī).”課堂教學(xué)中有意設(shè)計(jì)沖突，就會(huì)引起認(rèn)知心理上的不平衡，引起學(xué)生的有意注意，調(diào)動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，以促進(jìn)學(xué)生積極、高效的認(rèn)知建構(gòu).［2］

此環(huán)節(jié)用動(dòng)聽的音樂生成自制實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)器材取材方便、形式活潑，其現(xiàn)象與初中原有認(rèn)知形成強(qiáng)烈沖突，打破原有對(duì)“感應(yīng)電流產(chǎn)生條件”認(rèn)知心理平衡.從情感角度產(chǎn)生了“一石激起千層浪”的效果，喚起學(xué)生的探究欲望，開啟了學(xué)生探究意愿的“閘門”；從認(rèn)知的角度為本堂課的思維活動(dòng)提供了一個(gè)“支點(diǎn)”，運(yùn)用學(xué)生原有的認(rèn)知及科學(xué)探究的方法和能力“撬動(dòng)”感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的未知領(lǐng)域.

圖2

2.2 “對(duì)比實(shí)驗(yàn)”——初見端倪

圖3

師：我們來看這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置（如圖3所示），請(qǐng)把你將要觀察到的現(xiàn)象記錄在表格中，并討論能得到怎樣的結(jié)論？

演示：磁鐵插入、拔出、不動(dòng).

生：（討論一段時(shí)間后匯報(bào)）只要磁鐵和螺線管之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

板書：實(shí)驗(yàn)2（相對(duì)）運(yùn)動(dòng)則有不運(yùn)動(dòng)則無.

師：除了插入和拔出，其他形式的運(yùn)動(dòng)能否也產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？比如在螺線管外面運(yùn)動(dòng)，在里面晃動(dòng)等，你也可以利用實(shí)驗(yàn)桌上的現(xiàn)有儀器來做一做，（學(xué)生發(fā)現(xiàn)沒有條形磁鐵）可不可以做一個(gè)電磁鐵來代替條形磁鐵.（此環(huán)節(jié)起到承上啟下的作用，為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備）

生：（教師適時(shí)指導(dǎo)接入開關(guān)和滑動(dòng)變阻器，學(xué)生完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)后匯報(bào)）只要相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生.

圖4

師：研究?jī)蓚€(gè)結(jié)論發(fā)現(xiàn)，無論切割還是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都需要運(yùn)動(dòng)，難道只有運(yùn)動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？你可以利用剛才的電路試一試，并把你的重大發(fā)現(xiàn)完整記錄在表格中.

生：我們發(fā)現(xiàn)開關(guān)斷開和閉合瞬間有感應(yīng)電流產(chǎn)生，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器過程中也有，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)沒有.

師：（及時(shí)鼓勵(lì)表?yè)P(yáng)）你們的這個(gè)發(fā)現(xiàn)就是當(dāng)年法拉第花了十年的功夫才發(fā)現(xiàn)的.你能否進(jìn)一步思考，這里沒有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是什么原因使大螺線管中產(chǎn)生了感應(yīng)電流呢？

生：只要小螺線管中電流發(fā)生變化就會(huì)在大螺線管中產(chǎn)生感應(yīng)電流.

板書：實(shí)驗(yàn)3（原電流）變化則有不變化則無.

師：我們還可以把小螺線管中鐵芯拿出來觀察發(fā)生什么現(xiàn)象，（學(xué)生嘗試，有）這又是什么原因造成的呢？

師：（學(xué)生若不能得到正確解釋，投影模擬動(dòng)畫啟發(fā)，如圖5所示）相對(duì)運(yùn)動(dòng)、改變電流、電流不改變（拔出鐵芯）均會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，我們有必要思考以上實(shí)驗(yàn)和結(jié)論在本質(zhì)上有無相似之處？

圖5

生：（觀察、思考、討論）我們認(rèn)為這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都揭示引起感應(yīng)電流的本質(zhì)：磁場(chǎng)發(fā)生了變化.

板書：實(shí)驗(yàn)2、3（磁場(chǎng)）變化則有不變化則無.

環(huán)節(jié)評(píng)估：對(duì)比研究是科學(xué)研究的一般方法，是把客觀事物加以比較，尋求其同中之異或異中之同的研究方法，以達(dá)到認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)和規(guī)律并做出正確的評(píng)價(jià).歸納則是運(yùn)用個(gè)別走向一般的思維方式，把具體個(gè)別的事物分別加以綜合，從而獲得一般結(jié)論的方法.對(duì)比歸納法綜合運(yùn)用，可以找出事物的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，把零散的、不成系統(tǒng)的知識(shí)系統(tǒng)化、理論化.

本環(huán)節(jié)對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)一“動(dòng)”一“靜”的表面現(xiàn)象不同，運(yùn)用“模擬磁感線”進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比歸納研究，使磁場(chǎng)變化的本質(zhì)“自然浮出水面”.

2.3 “乘勝追擊”——全線突破

師：螺線管中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，磁場(chǎng)變化應(yīng)是個(gè)外部因素，我們可不可以改變線圈自身因素來實(shí)現(xiàn)呢？

生：面積.

圖6

師：我手拿的這個(gè)軟質(zhì)線圈就很容易改變面積（如圖6中的軟質(zhì)線圈），但要保證改變線圈面積時(shí)磁場(chǎng)不變，那就需要?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)，如何才能獲得勻強(qiáng)磁場(chǎng)呢？

生：兩個(gè)靠的很近磁極間的區(qū)域，馬蹄形磁鐵中間區(qū)域，螺線管中間區(qū)域，兩個(gè)靠的較近的線圈中間區(qū)域.

師：（展示說明自制勻強(qiáng)磁場(chǎng)裝置，筆者在參考文獻(xiàn)［3］中已作詳細(xì)介紹）兩個(gè)線圈中間產(chǎn)生的磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，請(qǐng)你們過來改變線圈面積試試看.

生：（演示）的確有.

師：再轉(zhuǎn)動(dòng)一下看看.

生：（演示）的確有，應(yīng)該是改變了線圈平面與磁場(chǎng)之間的夾角造成的.

板書：實(shí)驗(yàn)4（面積）變化則有，不變化則無；（角度）變化則有，不變化則無.

師：（利用黑板板書）我們可不可以用一個(gè)物理量來表示這三個(gè)因素（磁場(chǎng)、面積、角度）.

生：磁通量.

師：切割實(shí)驗(yàn)（如圖2）是改變閉合回路的哪個(gè)因素？

生：面積.

師：能否用我們總結(jié)的結(jié)論來解釋魔術(shù)（如圖1）中的現(xiàn)象呢？

生：播放器輸出變化的電流，從而使大螺線管中磁場(chǎng)不斷變化產(chǎn)生感應(yīng)電流.

環(huán)節(jié)評(píng)估：由“磁場(chǎng)變化”過渡到“磁通量變化”是本節(jié)課教學(xué)難點(diǎn).

筆者嘗試?yán)脤?shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3探究活動(dòng)中“得到甜頭”的積極心態(tài)“乘勝追擊”，利用內(nèi)外因歸因法繼續(xù)拋出一個(gè)問題：“我們可不可以改變線圈自身因素來實(shí)現(xiàn)呢？”學(xué)生較易猜測(cè)出面積的因素.自制的兩只通電大螺線管間提供了一個(gè)較大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，從而給操作者搭建了一個(gè)靈活探究的“舞臺(tái)”，使感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的相關(guān)因素能夠通過此磁場(chǎng)區(qū)域得到全面探究，彌補(bǔ)原有實(shí)驗(yàn)的不足.［3］當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與面積有關(guān)后，再鼓勵(lì)“轉(zhuǎn)動(dòng)一下試試看”，又發(fā)現(xiàn)與角度有關(guān)，最終“磁通量變化”的結(jié)論就“順理成章”得出了.

利用積極的心理狀態(tài)進(jìn)行難點(diǎn)突破是此環(huán)節(jié)課堂教學(xué)的情感策略；運(yùn)用自制實(shí)驗(yàn)優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)是此環(huán)節(jié)物理課堂教學(xué)的技術(shù)策略.這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)不僅克服了本節(jié)課的思維難點(diǎn)，還較好培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí).

2.4 “回顧歷程”——提煉升華

回顧1：本堂課探究歷程（見圖7）.

圖7

師：我們今天經(jīng)歷有趣的探究，不僅得到了感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，其實(shí)我們還獲得一些分析問題解決問題的方法：切割、運(yùn)動(dòng)和電流變化只是表面現(xiàn)象，磁通量變化才是感應(yīng)電流產(chǎn)生的本質(zhì)條件——透過現(xiàn)象看本質(zhì)的方法；內(nèi)因和外因論.

回顧2：回顧奧斯特發(fā)現(xiàn)電生磁到法拉第發(fā)現(xiàn)磁生電十年探究中的典型故事（略）.

環(huán)節(jié)評(píng)估：思維導(dǎo)圖作為一種思維的方法與工具，有利于促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)，讓思維可視化.它能以直觀形象的方式表達(dá)知識(shí)結(jié)構(gòu)，有效地呈現(xiàn)思考的過程及知識(shí)的關(guān)聯(lián)，是一種把思維路徑顯性化的教學(xué)策略.

利用簡(jiǎn)明的思維導(dǎo)圖再體會(huì)探究歷程，充分體現(xiàn)“物理學(xué)本質(zhì)”中問題修正的特點(diǎn).縱向比較分析實(shí)驗(yàn)主線、思維結(jié)論主線、物理學(xué)史典故，不僅能夠加深學(xué)生對(duì)知識(shí)規(guī)律的理解，領(lǐng)悟“內(nèi)外因”分析問題的方法策略，同時(shí)又能夠端正學(xué)生“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的研究態(tài)度，從而促進(jìn)學(xué)生“求真”科學(xué)價(jià)值取向的形成，落實(shí)三維教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).

3 教學(xué)反思

本節(jié)課認(rèn)知結(jié)構(gòu)的起點(diǎn)源于初中“切割理論”，認(rèn)知高度終止于“磁通量變化”，思維跨度較大，歸納難度較高，探究過程不僅需要邏輯性較強(qiáng)的主線引領(lǐng)，還需要飽滿探究精神的支撐.這種飽滿的精神源于“思維沖突”的懸疑、“移步換景”的精神享受、“柳暗花明”的精神刺激.本節(jié)課是物理學(xué)本質(zhì)教學(xué)較好的素材，通過實(shí)驗(yàn)主線的設(shè)計(jì)，讓三維目標(biāo)巧妙達(dá)成.探究的歷程不僅充分體現(xiàn)物理學(xué)本質(zhì)的特點(diǎn)，也充分挖掘出本真物理課堂的“物理味”.

1 A.P.French.物理學(xué)的本質(zhì).http：／／wenku.baidu.com／view／57b0fe1dc281e53a5802ffe7.html

3 徐立海，黃君明.物理教學(xué)中“引發(fā)認(rèn)知沖突”策略.物理教師，2011（3）.

2 曹會(huì).電磁感應(yīng)中三個(gè)自制實(shí)驗(yàn)的妙用.物理教師，2012（6）.