黃　佳

(江蘇省蘇州第一中學(xué),江蘇　蘇州　215006)

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·教學(xué)研究·

彰顯邏輯性的探究教學(xué)設(shè)計(jì)初探——以“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)為例

黃佳

(江蘇省蘇州第一中學(xué),江蘇蘇州215006)

本文分析了教材中構(gòu)建磁感應(yīng)強(qiáng)度概念所采用的思維方法和缺憾,給出了自己的教學(xué)設(shè)計(jì),利用邏輯思維引導(dǎo)理論探究,重新設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究,理論探究和實(shí)驗(yàn)探究互補(bǔ),更好地促進(jìn)學(xué)生對(duì)于磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建構(gòu).

磁感應(yīng)強(qiáng)度;邏輯思維;實(shí)驗(yàn)探究;比值定義法

磁感應(yīng)強(qiáng)度是高中物理教學(xué)中的重要概念，根據(jù)知識(shí)的難易程度以及知識(shí)點(diǎn)之間的遞進(jìn)關(guān)系,高中物理教材中磁場(chǎng)內(nèi)容的教學(xué)安排在電學(xué)之后,意在從電場(chǎng)強(qiáng)度的研究方法出發(fā),通過(guò)類(lèi)比給出磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義.但是,磁場(chǎng)對(duì)磁極和電流的作用力遠(yuǎn)比電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力復(fù)雜,如何尋找描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量是教學(xué)中的難點(diǎn).有鑒于此,我們立足物理教學(xué)過(guò)程中思維的邏輯性,利用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法,依托探究性的教學(xué)理念,對(duì)本節(jié)課的教學(xué)進(jìn)行深入的研究,以期對(duì)這一課題的教學(xué)有所裨益.

1　現(xiàn)行教材的分析及缺憾

眾所周知,“場(chǎng)”的概念是比較抽象的,需要思維的高度抽象與概括的加工才能把握,而本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)之所以長(zhǎng)期成為教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn),主要原因就在于它內(nèi)容的抽象性,研究問(wèn)題時(shí)利用的物理知識(shí)與物理思想比較多,如果只通過(guò)教材上的實(shí)驗(yàn)或者教師的講解,無(wú)法讓學(xué)生理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義,教學(xué)效果難以令人滿(mǎn)意.

筆者認(rèn)為：現(xiàn)行的教材對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的教學(xué)沒(méi)有給予足夠的重視,對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的探究沒(méi)有給予學(xué)生清晰的思維引導(dǎo).對(duì)于為什么研究磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)要間接通過(guò)研究磁場(chǎng)力的原因也沒(méi)有解釋清楚,從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏對(duì)知識(shí)的整體把握.其次,教材中采用的實(shí)驗(yàn)是定性實(shí)驗(yàn),無(wú)法說(shuō)明為何磁感應(yīng)強(qiáng)度是與電流大小和導(dǎo)線長(zhǎng)度無(wú)關(guān)的物理量,學(xué)生會(huì)對(duì)此產(chǎn)生很大的疑慮.綜上所述,教材中展現(xiàn)的物理思維和定性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生在獲得磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念時(shí)感到困惑與不解.

2　彰顯邏輯性的探究型教學(xué)設(shè)計(jì)

基于以上認(rèn)識(shí),筆者對(duì)本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容展開(kāi)了系統(tǒng)的思考.要解決本節(jié)教學(xué)的疑難與困境,需要對(duì)物理教學(xué)思維的邏輯性有深刻的理解,并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),繼而從定量的角度來(lái)界定磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,讓學(xué)生在探究磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念中占據(jù)主體的地位,能夠直觀、具體地認(rèn)識(shí)、理解磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)抽象的物理量,揭開(kāi)它的面紗.

2.1循序漸進(jìn),明確思維的邏輯性

現(xiàn)行教材中本章的第一節(jié)和第二節(jié)的設(shè)計(jì),向我們展示了清晰的物理邏輯.由于磁場(chǎng)是一種客觀存在的物質(zhì),讓我們感受到了豐富多彩的磁現(xiàn)象,而眾多的磁現(xiàn)象與力相關(guān),揭示了磁場(chǎng)這種物質(zhì)的力的特性,正因?yàn)槿绱?我們才要引入磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)描述磁場(chǎng)的這種性質(zhì),所以這就回答了教材中用測(cè)量磁場(chǎng)力來(lái)確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的原因.也正是由于思維過(guò)程的層層遞進(jìn),讓學(xué)生理解這樣處理問(wèn)題的必要性,能夠給予學(xué)生明確、清晰的思維引領(lǐng).這樣,與靜電場(chǎng)的研究思路相同,對(duì)磁場(chǎng)性質(zhì)的研究仍然采用“試探、比較”的思路.

類(lèi)比于電場(chǎng)中的試探元是點(diǎn)電荷,磁場(chǎng)中試探元的選擇則需要我們思考探索.磁場(chǎng)對(duì)磁極和電流都有力的作用,可以設(shè)想試探元可以是磁極或者電流.教材中說(shuō)由于無(wú)法測(cè)量磁極的受力大小,也就不能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,故而舍棄磁極這個(gè)試探元,筆者認(rèn)為這種說(shuō)法有所欠缺.1977法國(guó)科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針的方法.庫(kù)侖提出用絲線懸掛小磁針,并發(fā)現(xiàn)絲線扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭力和小磁針轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比例的關(guān)系,從而利用扭秤裝置算出了磁場(chǎng)力的大小.所以,真正不能把磁極作為試探元的原因在于無(wú)法把磁極量化,這樣就不能得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.最后,我們選取電流元作為試探元,并給出電流元的概念,引導(dǎo)學(xué)生的思維繼續(xù)向前深入.

通過(guò)這樣清晰的邏輯思維,向?qū)W生展示物理思維的魅力,讓學(xué)生從中思考中受益,并且找到正確的研究方法和方向.

2.2變定性實(shí)驗(yàn)為定量實(shí)驗(yàn),科學(xué)地進(jìn)行探究

為了深刻認(rèn)識(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義,筆者研究了教材中定性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)與不足,重新設(shè)計(jì)了探究型實(shí)驗(yàn),從定量角度揭示磁感應(yīng)強(qiáng)度的本質(zhì)，實(shí)驗(yàn)安排如下:

(1) 選取一小段電流元作為試探元放入蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中,發(fā)現(xiàn)它受到力的作用.實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,探究磁場(chǎng)方向與電流方向的夾角對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響.通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以探究影響電流元在磁場(chǎng)中受力的因素包括磁場(chǎng)、電流元以及兩者之間的夾角.還可以得到,當(dāng)磁場(chǎng)方向和電流方向平行時(shí),磁場(chǎng)力為0,而當(dāng)磁場(chǎng)方向和電流方向垂直時(shí),磁場(chǎng)力最大.從而解釋了為何在磁場(chǎng)與電流垂直的情況下來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的原因.

圖1

圖2

(2) 重新設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生進(jìn)行課堂探究性學(xué)習(xí).實(shí)驗(yàn)裝置如圖2,實(shí)驗(yàn)原理如下:給螺線管通上電流I0(如圖2乙)，螺線管中心軸附近產(chǎn)生平行于軸線的磁場(chǎng).給導(dǎo)線CD通上電流I,由第一步中可知,我們只需研究導(dǎo)線CD所受到的力,并且磁場(chǎng)力的方向向下.然后調(diào)節(jié)天平的平衡(如圖2甲),移動(dòng)天平左端的游碼,待天平平衡時(shí)記下游碼的刻度就可以知道磁場(chǎng)力大小.學(xué)生在探究的過(guò)程中需要記下螺線管中的電流I0的大小、導(dǎo)線CD中電流的大小I、CD段導(dǎo)線的長(zhǎng)度L以及游碼的刻度，并且記錄在表1中.

表1

(3) 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律.CD段導(dǎo)線所處磁場(chǎng)的大小是由螺線管中電流的大小I0決定的.對(duì)表1中的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行深入分析、歸納,可得到如下結(jié)果.

① 進(jìn)行縱向比較.我們發(fā)現(xiàn),電流元在磁場(chǎng)中受到的力與電流元的電流大小、電流元的長(zhǎng)度成正比例關(guān)系.

3　啟示

物理教學(xué)不應(yīng)該只是片面地強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解和掌握,還應(yīng)該關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程和認(rèn)知的邏輯性,以及學(xué)生的探究精神和動(dòng)手能力.本文從磁場(chǎng)的客觀存在性到磁現(xiàn)象的客觀存在性,再到磁現(xiàn)象力的特性,從而得到需要引出磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)概念的必要性.整個(gè)思維過(guò)程脈絡(luò)清晰,循序漸進(jìn)地促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展.

物理教學(xué)中還應(yīng)該把理論探究和實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合,共同促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展.筆者在理論探究磁場(chǎng)力和哪些因素有關(guān)的基礎(chǔ)上,重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,直觀形象地得到結(jié)論.兩種探究的互補(bǔ),讓學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,上升到實(shí)驗(yàn)研究歸納的高度,這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)能使磁感應(yīng)強(qiáng)度的教學(xué)達(dá)到水到渠成的境界.

[1]石堯.以科學(xué)方法的邏輯展開(kāi)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”概念教學(xué)的高端備課[J].湖南中學(xué)物理,2013,(4).

[2]許成城.磁場(chǎng)教學(xué)需要注意的兩個(gè)問(wèn)題[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2013,(12).

[3]戎凱.卡文迪許和庫(kù)侖,誰(shuí)動(dòng)用了誰(shuí)的智慧[J].物理教學(xué),2012,(7).