張同洋 朱具德

摘 要：本文就“磁場對通電導線的作用力”教學片斷，從正反兩個方面，剖析物理課堂教學過程中教師行為對學生小組合作效度的影響，提出高效教學行為應(yīng)具備的原則。

關(guān)鍵詞：教師行為；合作效度；安培力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）10-0065-4

物理新課程標準大力提倡學生自主學習、合作探索，要求教師轉(zhuǎn)變角色，要成為學生學習的促進者、合作者，學習評價的指導者，學習潛能的開發(fā)者[1]。本文以2015年江蘇省高中物理優(yōu)質(zhì)課評比大賽時一位教師上的“磁場對通電導線的作用力”為例，談?wù)劷處煹恼n堂教學行為對學生合作效度的影響。

1 教學片斷

師（演示）：實驗示意圖如圖1，合上開關(guān)，導線中就有如圖所示的電流，仔細觀察導體棒的狀態(tài)有何變化？

生：導體棒發(fā)生了偏移，向右偏移。

師：導體棒為何往右偏？

生：它受到了向右的力。

師：我們把通電導線在磁場中受的力叫做安培力，請大家猜一猜這個安培力的方向與哪些因素有關(guān)？

生1：應(yīng)該與磁場強弱有關(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“電流方向與磁場方向垂直”這種特殊情況進一步研究。

師：這是一個量與兩個量之間的關(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，有幾種實驗組合呢？

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（將全班分為四區(qū)，第一區(qū)研究第一種組合①，第二、三、四區(qū)分別研究組合②、組合③、組合④）。

生（實驗探究，各區(qū)代表匯報實驗現(xiàn)象）：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①②導體棒受到的安培力，說明了什么？

生：①和②兩種情況磁場的方向相同，電流方向相反，通電導體棒受到的安培力方向相反，這說明電流的方向會影響安培力的方向。

■

圖3 安培力方向

師：再看①和③中安培力，這又說明了什么？

生：在①和③中，電流的方向都是相同的，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影響安培力的方向。

師：可見剛才大家的猜測是正確的！它們的方向到底有怎樣的關(guān)系？

生（觀察）：……

師：好像不太直觀，下面請大家拿出盒子里的橡皮泥及桌上三根貼有箭頭的小竹竿，依據(jù)你們組實驗的結(jié)果把它們的方向擺出來。說明：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。（學生小組合作討論，不一會就擺好了。）

師：請每一區(qū)推薦一名代表把你們擺好的竹竿拿上講臺展示，依次排開（如圖4）。

師：四組擺出了四種情況，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手里的竹竿不要動，其他三組的同學試一試，經(jīng)過轉(zhuǎn)動，能不能變得和第一種情況一樣？（各個區(qū)的同學可以上去幫忙。）

學生邊討論邊轉(zhuǎn)動竹竿。

生（第二區(qū)）：一樣！因為黑色竹竿的位置和①中一樣，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，紅桿可先向里轉(zhuǎn)90 °，再向右轉(zhuǎn)90 °，結(jié)果和①相同。

生（第三區(qū)）：……一樣！

生（第四區(qū)）：……一樣！

下面學生：哇，太神奇了！居然都一樣！

師：這說明了什么？

生（躍躍欲試）： 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。

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通電導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，以黃棒為軸，將黑棒逆時針轉(zhuǎn)90 °，這時紅棒向上，說明安培力向上。

師：做得很好。如果以后每次我們分析類似問題時，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？

生：……

師：之前學習本章第二節(jié)我們是怎樣尋找電流周圍的磁場的？

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？

（學生小組討論）

生1：搖頭不會。

生2（舉手）：用右手，四指代表磁場方向，然后調(diào)整手掌，使四指向?qū)w棒運動的方向彎曲，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。

（教師接著喊第三位同學）

生3（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3：左手定則——伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心穿入，并使四指指向電流方向，這時拇指所指的方向就是通電直導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 教師行為對合作效度的影響剖析

感受一：巧設(shè)情景，潤物無聲，喚醒學生探索的源動力

首先，將安培力、磁場、電流的方向用竹竿在空間展示出來，真是“此時無聲勝有聲”，這不能不說是教師的一大創(chuàng)舉，它瞬間將學生逝去的思維又連續(xù)起來，無形與有形，抽象與具體，此情此景怎能不激發(fā)他們的想象力？

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，事實勝于雄辯，馬上行動，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！真像伽利略所說的那樣：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呢？由此可見教師的精妙點撥能夠喚起學生強烈的求知欲，這才是探究知識的源動力，又何需教師的千言萬語。

感受二：迷戀教材，錯失良機，可惜學生一片智慧火花

“幾種電流周圍的磁場由安培定則判斷”教師這樣提示很好，可是從心理學角度來看，這似乎也給學生某種暗示：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，第二位同學通過全組討論說出了自己的猜想。其實這是學生智慧的火花，創(chuàng)造力的表現(xiàn)。不是嗎，如圖6，右手伸直，大拇指指向電流方向，四指指向磁場方向向右，然后將四指彎曲，與手掌垂直，則四指的指向即為受力方向。教師對此應(yīng)大力表揚并耐心引導 。預設(shè)過程如下：

師：這好像是借用右手螺旋定則，這種方法不錯，只是四指都彎曲時，容易使手掌也跟著轉(zhuǎn)動，不好標示磁場方向，怎樣解決這個問題？

生1：四指中留一個食指與右掌在一個面上不彎曲。（圖7甲）

生2：都不彎，手心所對方向正好為磁場方向。（圖7乙）

師：都很好，都是很不錯的方法（投影圖7，引導大家用這兩種方法判斷）。其實，這種方法是大學物理要學習的矢量叉乘法則。大家能夠總結(jié)出來真是不簡單！由于我們探究的是安培力的方向，還想突出安培力，這樣一來，大拇指代表誰更合適？

生：代表安培力。

師：如此一改，那電流方向呢？

生：電流換用四指方向。

師：請大家按照這種方法用右手做一做。并歸納總結(jié)修改后的定律。（生動手模擬、討論）

（頓一頓）在物理學的發(fā)展歷程中，物理學家們當時或許為了防止人們在使用中與已有的右手螺旋定則發(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生的思想，于是該生悻悻然，滿臉委屈地坐下，真是遺憾。其實，只有立足于學生思維根源的、自然生成的知識才是真正的知識，才是有生命力的知識，這些知識才是發(fā)明創(chuàng)造的源泉。美國現(xiàn)行物理主流教材《原理與問題》對這部分內(nèi)容的編寫就是采用這位同學的方法?？梢娊處熢谠O(shè)計、實施科學探究方案時務(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，不必拘泥于教材，才能讓合作更有效，真正提高小組合作的效度，讓合作大放異彩。

3 結(jié)束語

由以上例析可知，教師課堂上的主導行為對指導小組合作、引發(fā)學生思維走向，起到了至關(guān)重要的作用，直接影響小組合作的效度。物理學中的一些定律的發(fā)現(xiàn)、定則的建立是一個漫長的過程，有時經(jīng)歷幾代人，絕非課堂上一、二十分鐘探究活動所能解決的，所以，課堂上的科學探究旨在重演探究過程。正像匈牙利數(shù)學家波利亞所說的那樣：“在教一個學科的分支（或一個理論、一個概念）時，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，當然我們不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無數(shù)個錯誤，而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子。”[3] 因此，教師必要的情景創(chuàng)設(shè)、恰當?shù)囊龑Щ蛑笇?，不僅能讓學生重溫科學家探索之艱辛、成功之喜悅，積極投入到小組合作及互動中，提高課堂效率，而且更能讓學生在觀察和實驗之后開拓視野，萌發(fā)出一些科學的思想，為其終身學習奠定基礎(chǔ)。反之教師的草率行為學生會認為教師在敷衍、弄虛作假、浪費時間，長此以往會心生厭惡之感，何來效率而談。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2008：58—59.

[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準實驗教科書：物理·選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2011：91—92.

[3]江丕權(quán).關(guān)于教與學——波利亞《數(shù)學的發(fā)現(xiàn)》與“探究式教學”[J].中國教育學刊，2003（10）：35—38.