曹 會 張 飛

（江蘇省外國語學校，江蘇 蘇州 215104）

1 問題提出

“物理學本質(zhì)”應是“物理味”的核心元素.物理學本質(zhì)的教學是一個國際前沿性教育課題.在物理課堂教學中，應樹立以物理學本質(zhì)為靈魂的物理教育新理念，切實加強物理學本質(zhì)在物理教學中的滲透，避免僅以追逐成績?yōu)槲ㄒ荒康牡膽嚱逃Ｊ?，以提高物理真正的教育質(zhì)量.美國麻省理工學院弗里奇教授提出：“科學的本質(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.物理學是科學的一部分，主要研究無生命的世界，而且力圖確認最基本的原理和統(tǒng)一的規(guī)律.［1］”“物理學的另一個本質(zhì)特征——依靠直接的觀察和實驗.［1］”由此可見，觀察和實驗是以“物”明“理”的重要途徑，也是物理學本質(zhì)教學的重要方式.“物理學本質(zhì)的另一個重要方面：在這一學科發(fā)展的某一特定階段接受了某個經(jīng)過檢驗的假設，但隨后這些假設總是有待修正.［1］”所以，不斷的觀察和實驗并認真探索才能以“物”揭示“理”的真諦.換言之，求真是物理學本質(zhì)，也應是物理教育的一種行為.

本文是筆者以實驗為主線進行物理學本質(zhì)的教學的一次嘗試，在“蘇州市名師共同體”活動中進行展示，獲得聽課專家的較高評價，一致認為這堂課具有十足的“物理味”.

2 案例呈現(xiàn)及評估

2.1 “制造沖突”——引發(fā)懸疑

師：同學們，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？（學生懷疑搖頭否定）師：我們來玩一個魔術（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，見證奇跡的時刻就要到了，（把小螺線管插入大螺線管中，音樂響起，學生很驚訝）這對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.

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

師：初中我們已經(jīng)學過感應電流產(chǎn)生的條件是？

生：切割磁感線，產(chǎn)生感應電流（如圖2所示）.

師：完整的說應該是閉合電路的部分導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流.

板書：實驗1（閉合電路部分導體）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)生的感應電流呢？沒切割怎么會產(chǎn)生感應電流呢？為了弄清楚這個問題，咱們今天有必要再通過其它的實驗裝置來進一步探究感應電流產(chǎn)生的條件.

板書：探究感應電流產(chǎn)生的條件.

環(huán)節(jié)評估：我國學者鐘啟泉教授指出：“實驗是在學習者的面前引起日常生活中不可能經(jīng)歷到的現(xiàn)象.違背學習者常識的實驗結(jié)果，將造成學習者意識中的認知失衡狀態(tài)，擺脫這種認知矛盾狀態(tài)求得解放的需求，就成了學習的動機.”課堂教學中有意設計沖突，就會引起認知心理上的不平衡，引起學生的有意注意，調(diào)動學生的認知內(nèi)驅(qū)力，以促進學生積極、高效的認知建構.［2］

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

圖2

2.2 “對比實驗”——初見端倪

圖3

師：我們來看這個實驗裝置（如圖3所示），請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.

生：（討論一段時間后匯報）只要磁鐵和螺線管之間發(fā)生相對運動就會產(chǎn)生感應電流.

板書：實驗2（相對）運動則有不運動則無.

師：除了插入和拔出，其他形式的運動能否也產(chǎn)生感應電流呢？比如在螺線管外面運動，在里面晃動等，你也可以利用實驗桌上的現(xiàn)有儀器來做一做，（學生發(fā)現(xiàn)沒有條形磁鐵）可不可以做一個電磁鐵來代替條形磁鐵.（此環(huán)節(jié)起到承上啟下的作用，為下一個實驗做準備）

生：（教師適時指導接入開關和滑動變阻器，學生完成這個實驗后匯報）只要相對運動就會有感應電流產(chǎn)生.

圖4

師：研究兩個結(jié)論發(fā)現(xiàn)，無論切割還是相對運動，都需要運動，難道只有運動才會產(chǎn)生感應電流嗎？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)開關斷開和閉合瞬間有感應電流產(chǎn)生，移動滑動變阻器過程中也有，穩(wěn)定狀態(tài)時沒有.

師：（及時鼓勵表揚）你們的這個發(fā)現(xiàn)就是當年法拉第花了十年的功夫才發(fā)現(xiàn)的.你能否進一步思考，這里沒有發(fā)生相對運動，是什么原因使大螺線管中產(chǎn)生了感應電流呢？

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

板書：實驗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，（學生嘗試，有）這又是什么原因造成的呢？

師：（學生若不能得到正確解釋，投影模擬動畫啟發(fā)，如圖5所示）相對運動、改變電流、電流不改變（拔出鐵芯）均會有感應電流產(chǎn)生，我們有必要思考以上實驗和結(jié)論在本質(zhì)上有無相似之處？

圖5

生：（觀察、思考、討論）我們認為這兩個實驗都揭示引起感應電流的本質(zhì)：磁場發(fā)生了變化.

板書：實驗2、3（磁場）變化則有不變化則無.

環(huán)節(jié)評估：對比研究是科學研究的一般方法，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，以達到認識事物的本質(zhì)和規(guī)律并做出正確的評價.歸納則是運用個別走向一般的思維方式，把具體個別的事物分別加以綜合，從而獲得一般結(jié)論的方法.對比歸納法綜合運用，可以找出事物的相同點和不同點，把零散的、不成系統(tǒng)的知識系統(tǒng)化、理論化.

本環(huán)節(jié)對兩個實驗現(xiàn)象進行對比，發(fā)現(xiàn)一“動”一“靜”的表面現(xiàn)象不同，運用“模擬磁感線”進行進一步對比歸納研究，使磁場變化的本質(zhì)“自然浮出水面”.

2.3 “乘勝追擊”——全線突破

師：螺線管中有感應電流產(chǎn)生，磁場變化應是個外部因素，我們可不可以改變線圈自身因素來實現(xiàn)呢？

生：面積.

圖6

師：我手拿的這個軟質(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磁場不變，那就需要勻強磁場，如何才能獲得勻強磁場呢？

生：兩個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，兩個靠的較近的線圈中間區(qū)域.

師：（展示說明自制勻強磁場裝置，筆者在參考文獻［3］中已作詳細介紹）兩個線圈中間產(chǎn)生的磁場可視為勻強磁場，請你們過來改變線圈面積試試看.

生：（演示）的確有.

師：再轉(zhuǎn)動一下看看.

生：（演示）的確有，應該是改變了線圈平面與磁場之間的夾角造成的.

板書：實驗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物理量來表示這三個因素（磁場、面積、角度）.

生：磁通量.

師：切割實驗（如圖2）是改變閉合回路的哪個因素？

生：面積.

師：能否用我們總結(jié)的結(jié)論來解釋魔術（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不斷變化產(chǎn)生感應電流.

環(huán)節(jié)評估：由“磁場變化”過渡到“磁通量變化”是本節(jié)課教學難點.

筆者嘗試利用實驗2、實驗3探究活動中“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)拋出一個問題：“我們可不可以改變線圈自身因素來實現(xiàn)呢？”學生較易猜測出面積的因素.自制的兩只通電大螺線管間提供了一個較大的勻強磁場區(qū)域，從而給操作者搭建了一個靈活探究的“舞臺”，使感應電流產(chǎn)生條件的相關因素能夠通過此磁場區(qū)域得到全面探究，彌補原有實驗的不足.［3］當學生發(fā)現(xiàn)與面積有關后，再鼓勵“轉(zhuǎn)動一下試試看”，又發(fā)現(xiàn)與角度有關，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)進行難點突破是此環(huán)節(jié)課堂教學的情感策略；運用自制實驗優(yōu)化教學結(jié)構是此環(huán)節(jié)物理課堂教學的技術策略.這個環(huán)節(jié)的設計不僅克服了本節(jié)課的思維難點，還較好培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識.

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，不僅得到了感應電流產(chǎn)生的條件，其實我們還獲得一些分析問題解決問題的方法：切割、運動和電流變化只是表面現(xiàn)象，磁通量變化才是感應電流產(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)評估：思維導圖作為一種思維的方法與工具，有利于促進知識建構，讓思維可視化.它能以直觀形象的方式表達知識結(jié)構，有效地呈現(xiàn)思考的過程及知識的關聯(lián)，是一種把思維路徑顯性化的教學策略.

利用簡明的思維導圖再體會探究歷程，充分體現(xiàn)“物理學本質(zhì)”中問題修正的特點.縱向比較分析實驗主線、思維結(jié)論主線、物理學史典故，不僅能夠加深學生對知識規(guī)律的理解，領悟“內(nèi)外因”分析問題的方法策略，同時又能夠端正學生“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的研究態(tài)度，從而促進學生“求真”科學價值取向的形成，落實三維教學目標的實現(xiàn).

3 教學反思

本節(jié)課認知結(jié)構的起點源于初中“切割理論”，認知高度終止于“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的主線引領，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)課是物理學本質(zhì)教學較好的素材，通過實驗主線的設計，讓三維目標巧妙達成.探究的歷程不僅充分體現(xiàn)物理學本質(zhì)的特點，也充分挖掘出本真物理課堂的“物理味”.

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

3 徐立海，黃君明.物理教學中“引發(fā)認知沖突”策略.物理教師，2011（3）.

2 曹會.電磁感應中三個自制實驗的妙用.物理教師，2012（6）.