黃哲生

（晉江市第二中學，福建晉江362200）

科學探究安培力的教材二次開發(fā)
——從驗證到探究的轉化

黃哲生

（晉江市第二中學，福建晉江362200）

本文通過一堂科學探究課的同課異構案例，論述了教材的二次開發(fā)能有效地幫助人們擺脫科學探究課中通常的驗證式思維的慣性，挖掘出科學探究課中豐富的科學探究思維，使課堂變得生動和豐富并充滿科學光輝。從而闡明教材的二次開發(fā)及其研究探討有著非常重要的意義和價值。

驗證；探究；二次開發(fā)；學科思維

在高中物理教學中引導學生對物理規(guī)律的認知通常采用兩種實驗方法：一類是驗證性實驗，另一類是探究性實驗。兩者比較，探究性實驗在知識的建構、過程與方法、情感態(tài)度價值觀的教育上更有優(yōu)勢，因此在本次課改中，原先教材中占有非常大比重的驗證性實驗，正在漸漸淡出，而探究性實驗越來越多地出現(xiàn)在教材中。但教材中提供的探究性實驗教學內(nèi)容仍然是驗證性實驗教學內(nèi)容的低級進化，通常按提出問題、猜想與假設、進行實驗驗證、得出結論這幾個環(huán)節(jié)進行，而探究過程中蘊含的豐富的探究思維的環(huán)節(jié)，如如何進行收集和處理數(shù)據(jù)、如何尋找規(guī)律、如何進行理論架構則有所忽略或淡化。教師若不做教材的二次開發(fā)研究進行教學，科學探究課往往上成實驗驗證課。那么，如何讓科學探究課真正地引導學生進行探究，引導學生尋找規(guī)律、理論架構，并在其中貫穿科學精神、科學態(tài)度和科學方法論的教育，從而發(fā)揮出科學探究課的教育價值，的確是值得思考和探討的重要課題?；诖?，筆者認為在原教材的基礎上進行二次開發(fā)的研究是極具有意義和價值的?，F(xiàn)以魯科版高中選修3-1第六章第一節(jié)探究磁場對電流的作用中的科學探究安培力一節(jié)的教學研究為例來進行闡述。

1、探究左手定則

第一次上課：

師：同學們可以猜想一下，安培力的方向可能跟什么因素有關呢？

請同學們做大膽的預測，然后我們再進行驗證。有沒有誰有想法？

（學生思考）

師：請這位同學說一下。

生：電流方向、磁感應強度方向。

（教師板書：）

安培力方向：電流方向磁感應強度方向

師：讓我們通過實驗來研究一下，看這位同學的預測是否正確。

（教師做實驗）

師：同學們，通過實驗，剛才這位同學的預測正確，安培力方向的確與電流方向和磁感應強度方向有關。這三個方向的關系，可以用左手定則來判斷。來伸開你們的左手，讓拇指與其余四個手指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，拇指所指的方向即為通電導線在磁場中的受力方向。

教研中的評價：

這樣上課基本上是按教材內(nèi)容開展的，沒有任何創(chuàng)新，對左手定則的科學探究停留在較低層次，總體仍然是在驗證左手定則，學生獲得的學科思維培養(yǎng)較少。

二次開發(fā)后的上課：

師：力是矢量，不但具有大小還具有方向，首先讓我們來研究安培力的方向，安培力的方向可能跟哪些因素有關呢？

（學生思考）

師：顯然安培力是磁場對通電線圈有作用，那么影響安培力的方向可能有哪些因素？請同學們做大膽的預測，然后我們做驗證，請同學們大膽說出你們的想法，安培力可能跟哪些因素有關？

生：電流方向、磁感應強度方向

師：接下來讓我們做實驗研究一下，驗證這位同學的預測是否正確。結合同學們的預測，有多個物理量可以影響到導線受力方向，用什么方式研究呢？

生：控制變量法

師：對。首先我們控制磁場方向不變……

師一邊演示實驗，一邊引導學生觀察，一邊用幻燈打出四幅圖，并引導學生填導學案。

師：這四個實驗，使我們確確實實看到了安培力方向與磁場方向、電流方向都有關系，那么它們之間的關系到底滿足怎樣的規(guī)律呢？

（學生思考）

師：接下來，我用儀器演示一下，我們用三種顏色不同的箭頭（塑料棒）來表示，其中F用黃，I用紅，B用藍色的箭頭。

師先按第一幅圖搭建完成一個三維模型。

師：接下來由三位同學來完成剩下的三幅圖的模型搭建。

（三個同學到臺上搭建模型）

師：同學們，我們這四個模型看起來一樣嗎？

生：不一樣。

師：你們轉一轉，看看能不能轉到跟老師一樣。

（三個同學開始轉動手上的三維模型）

師：同學們看看，我們四個都一樣了。

師：這就意味著它們?nèi)叩目臻g方向關系是確定的，剛才的不一樣只不過是我們觀察的角度不同。模型好用是好用，但不方便，我們能否在我們身上找到一個三垂直的關系呢？請比劃一下。

（學生思考）

師：偉大的物理學家想到一個方法：左手定則，來伸開你們的左手……

教研中的評價：

二次開發(fā)后的課更能激發(fā)學生的積極思維，科學探究更加充分。這樣的教學教師已不是在驗證左手實則，而是在引導學生觀察實驗、描述現(xiàn)象、物理建摸、尋找復雜表象中事物的同一性，這是真正在探究左手定則，這樣的課是真正意義的科學探究課。

2、探究F=I LB

第一次上課：

教師做實驗，收集數(shù)據(jù)，并寫在黑板上。

（注：傳感器的應用使測量相當精確，從而發(fā)現(xiàn)F∝I和F∝L）

教師歸納并板書：

實驗1：B、L控制不變，發(fā)現(xiàn)F∝I

實驗2：B、I控制不變，發(fā)現(xiàn)F∝L

實驗3：F隨著B的增大而增大

教師補充說明：精確的實驗表明F∝B

教師：所以F=k I LB。取k=1，所以F=I LB。

教研中的評價：

這樣上課基本上是按教材內(nèi)容開展的，沒有進行教材的二次開發(fā)，對F=I LB是在驗證，不是在探究。學科思維的教育貧乏。

二次開發(fā)后的課：

教師通過詳細而精確的實驗（借助傳感器），叫一個學生配合收集實驗數(shù)據(jù)，填寫在黑板上，而后引導學生研究數(shù)據(jù)之間的關系，并引導學生求比值F/I L，尋找并發(fā)現(xiàn)規(guī)律。如下表。

L=0.2m

F（N）0.650.81.291.691.972.332.61 I（A）0.120.150.240.310.360.430.48 F/IL（N/A.m）27.0827.3326.8727.2527.2227.0927.19 L=0.1m F（N）0.330.470.660.820.991.211.32 I（A）0.120.170.240.300.360.440.48 F/IL（N/A.m）27.5027.6527.5027.3327.5027.5027.50

教師：可以發(fā)現(xiàn)，比值F/I L是一個定值。

教師：在同一磁場中，比值F/I L一定，不同的磁場中比值F/I L不同，可見這個比值是由磁場本身決定的，在電流I，導線長度L相同的情況下，電流所受的安培力越大，比值越大，表示磁場越強，因而這個比值可以表示空間某點磁場的強弱，叫磁感應強度。即定義磁感應強度B=F/I L。

由B=F/I L通過數(shù)學變換得：F=I LB。

教研中的評價：

二次開發(fā)后的課明顯是在引導學生像科學家那樣尋找規(guī)律、科學家那樣進行理論架構，課堂充滿了科學的光輝。高中物理涉及的原理或規(guī)律前人早已探究完畢，學生學習這些知識不僅僅是記住其結論，更重要的是學科思維的培養(yǎng)，只有深入地進行教材的二次開發(fā)，變驗證性實驗為探究性實驗，才能挖掘到這些思維，把課上出濃烈的物理味，充分地對學生進行物理學科思維的培養(yǎng)。

教材的二次開發(fā)有效地幫助我們擺脫了傳統(tǒng)教學中的驗證式思維慣性，讓物理課堂變得生動和豐富，散射出璀璨的科學光輝。教材的二次開發(fā)及其研究探討有著非常重要的意義和價值。

［1］張憲魁.物理科學方法教育的研究與反思［J］.物理教師，2011（4）.

［2］廖伯琴.物理探究式教學設計與案例分析［M］.北京：高等教育出版社，2003.

（責任編輯：詹國榮）