朱具德

(江蘇省新沂市第一中學(xué),江蘇　新沂　221400)

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淺談左手定則教學(xué)

朱具德

(江蘇省新沂市第一中學(xué),江蘇新沂221400)

本文就教師行為對學(xué)生小組合作探索效度影響的角度,從正反兩個(gè)方面談《磁場對通電導(dǎo)線的作用力》中左手定則的教學(xué).

安培力；左手定則;教師行為;合作效度

物理課程改革大力提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探索,要求轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式,教師要成為學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者、合作者,學(xué)習(xí)評價(jià)的指導(dǎo)者,學(xué)習(xí)潛能的開發(fā)者[1].筆者在市教研活動(dòng)中聽了一節(jié)公開課《磁場對通電導(dǎo)線的作用力》,授課教師的教學(xué)設(shè)計(jì)、一言一行對學(xué)生合作探索的影響令人感觸頗深.

1　教學(xué)片斷

師(演示):實(shí)驗(yàn)示意圖如圖1,合上電鍵,導(dǎo)線中就有如圖1所示的電流,仔細(xì)觀察導(dǎo)線的狀態(tài)有何變化？

圖1

生:導(dǎo)線發(fā)生了偏移,向右偏移.

師:導(dǎo)線為何往右偏？

生:它受到了向右的力.

師:請大家猜一猜這個(gè)力的方向與哪些因素有關(guān)？

生1:與磁場有關(guān).

生2:還與電流有關(guān).

師:很好！與這些因素到底有什么樣的關(guān)系？下面我們就圖1中“電流方向與磁場方向垂直”這種特殊情況做進(jìn)一步研究.

師:這是一個(gè)量與兩個(gè)量之間的關(guān)系,怎么研究？

生:利用控制變量法.

師:好！比如控制磁場方向不變,改變電流的方向.按照這種控制,有幾種實(shí)驗(yàn)組合呢？

生(討論):控制磁場方向不變,改變電流方向有兩種情況;控制電流方向不變,改變磁場方向也有兩種.一共有四種組合.

師:(展示)這四種組合如圖2所示,請每一組同學(xué)利用桌上的儀器研究安培力的方向與磁場及電流方向之間的關(guān)系(將全班分為四組,每組研究一種情況).

圖2

生(實(shí)驗(yàn),匯報(bào)):①中安培力向右,②中安培力向左,③中安培力向左,④中安培力向右.

師(展示四種情況中安培力的方向如圖3所示):觀察①、②導(dǎo)體棒受到的安培力,說明了什么？

生:①和②兩種情況中磁場的方向相同,電流方向相反,通電導(dǎo)體棒受到的安培力方向相反,這說明電流的方向會(huì)影響安培力的方向.

師:再看①和③中安培力,這又說明了什么？

圖3

生:在①和③中,電流的方向都是垂直紙面向外的,磁場的方向改變,安培力方向也改變,這又說明磁場的方向也會(huì)影響安培力的方向.

師:可見剛才大家的猜測是正確的！它們到底有怎樣的關(guān)系？(學(xué)生觀察，不得要領(lǐng).)

師:好像不太直觀,下面請大家隨我一起用桌上的小竹竿把它們的方向擺出來再思考:拿出盒子里的橡皮泥和三根竹竿,黑色竹竿代表磁場,尖端表示磁場方向,黃色竹竿代表電流方向,紅色竹竿代表安培力方向.怎么擺？在第一種情況中,磁場方向向下——把黑色竹竿插在橡皮泥上,尖端向下;電流垂直于黑板面向外流出——黃色竹竿尖端向外也插在橡皮泥上;安培力向左——紅色尖端向左也插在橡皮泥上.三者的方向關(guān)系就呈現(xiàn)出來了,現(xiàn)在請大家模仿，把你們組剛才所做的實(shí)驗(yàn)情況把三者的方向也用竹竿擺出來.(小組學(xué)生合作嘗試.)

師:請每一組推薦一名代表把你們擺好的竹竿拿上講臺(tái)展示,依次排開(如圖4).

圖4

師:大家擺出了四種情況,它們的相對位置是否一樣？

生:不一樣！

師:真的不一樣嗎？

生:……

師:請第一種情況的同學(xué)手里的竹竿不要?jiǎng)?其他三種情況的同學(xué)試一試,經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng),能不能變得和第一種情況一樣？(各個(gè)組的同學(xué)可以上去幫忙，學(xué)生邊討論邊試探轉(zhuǎn)動(dòng)竹竿.)

生(第二組):一樣！因?yàn)楹谏窀偷奈恢煤廷僦幸粯?保持其位置不變,以它為軸使紅桿和黃桿在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),紅桿可先向里轉(zhuǎn)90°,再向右轉(zhuǎn)90°,結(jié)果和①相同.

生(第三組):一樣！

生(第四組):一樣！

師:居然都一樣！這說明了什么？

生:這說明所有這四種情況下安培力的方向與磁場、電流的方向其相對位置關(guān)系都相同,只有一種情況,像圖1那樣.

圖5

師:既然都相同且只有一種,所以這一種“結(jié)構(gòu)”關(guān)系就是我們苦苦尋找的安培力的方向與磁場、電流的方向應(yīng)遵循的規(guī)律！規(guī)律終于找到了,利用它我們就可以判斷安培力的方向啦.如圖5所示，通電導(dǎo)線受到的安培力方向如何？

生(手中拿著圖4①中插成的小竹竿邊旋轉(zhuǎn)邊回答):電流方向是流出來的,磁場方向向右,黃棒不動(dòng),以黃棒為軸.將黑棒逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°,這時(shí)紅棒向上,說明安培力向上.

師:做的很好.如果以后每次我們分析類似問題時(shí),都拿著竹竿插來插去,轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去,方便嗎？

生:不方便.

師:在此基礎(chǔ)上能否尋找更好的方法呢？之前學(xué)習(xí)本章第二節(jié)時(shí)我們是怎樣確定電流周圍磁場方向的？

生:用安培定則,也就是右手螺旋定則.

師:那么今天大家能不能也用手把它們深藏的關(guān)系挖掘出來？(學(xué)生小組討論.)

生1:用右手,四指代表磁場方向,然后調(diào)整手掌,使四指向?qū)w棒運(yùn)動(dòng)的方向彎曲,那么露出的大拇指指的方向就是電流方向.

師(懷疑):大拇指指向與電流方向一致嗎？再說四指伸直了就沒法彎曲了.

生2(不耐煩地):課本上不是說了嗎.

師:你告訴大家課本上是怎么說的？

生2:左手定則——伸開左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線從掌心穿入,并使四指指向電流方向,這時(shí)拇指所指的方向就是通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向[2].

師:我們可以直接用課本上教的方法——左手定則.

2　聽課感悟

2.1探究安培力方向——巧設(shè)情景,潤物無聲,喚醒學(xué)生探索源動(dòng)力

教師首先將安培力、磁場、電流的方向用竹竿在空間展示出來,學(xué)生瞬間逝去的思維立刻又連續(xù)起來.真是“此時(shí)無聲勝有聲”,化無形為有形,由抽象到具體,此情此景怎能不激發(fā)學(xué)生的想象力！這不能不說是教師的創(chuàng)新.

接著一句“它們的相對位置是否一樣呢？”此言一出,下面立刻群情激奮,有的說不一樣,有的說不一定,為了證明自己的猜想對不對,事實(shí)勝于雄辯,馬上行動(dòng),于是幾只手轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去,咦！和第一種一樣！也和第一種一樣！還和第一種一樣！啊,四種情況完全一樣,太神奇了！出乎所有學(xué)生所料,他們異常興奮,原來要找的規(guī)律就是這三根棒之間的關(guān)系！真如伽利略所說的那樣:物理規(guī)律往往是以最簡潔的形式表現(xiàn)出來.課堂氣氛跌宕起伏、空前熱烈,如此課堂效率怎能不高！由此可見教師的精妙點(diǎn)撥能夠喚起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲,這才是探究知識(shí)的源動(dòng)力,何需教師的千言萬語.

2.2尋找左手定則——迷戀教材,錯(cuò)失良機(jī),可惜學(xué)生一片智慧火花

“幾種電流周圍的磁場由安培定則判斷”,教師這樣提示很好,可是從心理學(xué)角度來看,這似乎也給學(xué)生某種暗示:能不能也用右手把安培力的方向與磁場方向、電流方向聯(lián)系在一起呢？所以第一位同學(xué)通過討論說出了自己的猜想.其實(shí)這是學(xué)生智慧的火花、創(chuàng)造力的表現(xiàn)，不是嗎？如圖1所示,右手四指代表磁場方向向下,導(dǎo)體棒向右運(yùn)動(dòng),若要四指向右彎曲,右手掌心必然要向右,然后彎曲四指,伸出的大拇指正好是電流方向.教師對此應(yīng)大力表揚(yáng)鼓勵(lì)并耐心引導(dǎo).可預(yù)設(shè)過程如下:

師:也是右手螺旋,這種方法不錯(cuò),如果導(dǎo)體棒固定不動(dòng)四指怎么彎曲了？

生:還向右彎曲,因?yàn)榘才嗔ο蛴?

師:那你剛才發(fā)現(xiàn)的定律如何修改？

生:四指向安培力方向彎曲.

師:很好.可我們探究的是安培力的方向,應(yīng)當(dāng)突出的是安培力,那大拇指代表誰更合適？

生:代表安培力.

師:如此一改,四指表示什么?請大家按照他的說法用右手做一做.并歸納總結(jié)規(guī)律.

生(動(dòng)手模擬、討論):用右手四指代表電流方向,調(diào)整手掌,讓四指向磁場方向彎曲,則伸出的大拇指方向就是安培力的方向.

師:為了便于四指彎曲,調(diào)整后的手掌是怎么放在磁場中的？

生:掌心向著磁場方向,即讓磁感線從手掌背面穿過.

師:其實(shí)這種方法是大學(xué)物理要學(xué)習(xí)的矢量叉乘法則.大家能夠總結(jié)出來真是不簡單！(頓一頓)在物理學(xué)的發(fā)展歷程中,物理學(xué)家們或許為了防止人們在使用中與已有的安培定則(右手螺旋定則)發(fā)生混淆,或許為了更為簡單直觀，于是將右手改為左手,左手和右手是對稱的,原來右手在磁場中放置時(shí)磁感線從掌背穿過,改為左手其在磁場中怎么放？

生:讓磁感線從左手掌心穿過.

師:這就是左手定則.

可惜教師沒有明白學(xué)生的想法,于是他悻悻然、滿臉委屈地坐下,真是遺憾.其實(shí)只有立足于學(xué)生思維根源的、自然生成的知識(shí)才是真正的知識(shí),才是有生命力的知識(shí),這些知識(shí)才是發(fā)明創(chuàng)造的源泉.美國現(xiàn)行物理主流教材《物理：原理與問題》對這部分內(nèi)容的編寫就是采用這位同學(xué)的方法.可見教師在設(shè)計(jì)、實(shí)施科學(xué)探究方案時(shí)務(wù)必要重視過程與方法,充分考慮探究歷程中出現(xiàn)的問題,不必拘泥局限于教材,否則會(huì)錯(cuò)過不少“牛頓”、“愛迪生”.

3　結(jié)語

在物理學(xué)中,一些定律的發(fā)現(xiàn)、定則的建立是一個(gè)漫長的過程,有時(shí)經(jīng)歷幾代人,絕非課堂上一、二十分鐘探究活動(dòng)所能解決的.所以課堂上的科學(xué)探究旨在重演探究過程,正像匈牙利數(shù)學(xué)家波利亞所說的那樣:“在教一個(gè)學(xué)科的分支(或一個(gè)理論、一個(gè)概念)時(shí),我們應(yīng)該讓孩子重蹈人類思想發(fā)展中的那種最關(guān)鍵的步子,當(dāng)然我們不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無數(shù)個(gè)錯(cuò)誤,而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子.”因此教師必要的情景創(chuàng)設(shè)、恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)或指導(dǎo),不僅能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家探索之艱辛、成功之喜悅,提高課堂效率,而且更能讓學(xué)生

在觀察和實(shí)驗(yàn)之后開拓視野,萌發(fā)出一些科學(xué)的思想.諸如愛因斯坦中學(xué)時(shí)思考的“人坐在接近光速行駛的火車上會(huì)看到什么情景？”一類問題,為其終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).反之教師的草率行為學(xué)生會(huì)認(rèn)為教師在敷衍、弄虛作假、浪費(fèi)時(shí)間,長此以往會(huì)心生厭惡之感,何來效率.

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[M].北京:人民教育出版社,2008:52.

[2] 課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書:物理·選修3-1[M].第3版.人民教育出版社,2011:91-92.