呂爭光

(濉溪縣第二中學 安徽 淮北 235100)

1 研究問題的提出

高中物理中有些論述模棱兩可、存在爭議，特別是涉及物理前沿的知識，我們教師該如何面對，是繞過還是在有可能的情況下帶領學生探究一番？為拓寬學生學習的途徑，改變教師的思維方式和教學策略．此文采用行動研究法對高中物理中兩道磁通量判斷題目進行了課堂探究行動研究嘗試，從而解決了此兩道磁通量判斷題目眾說紛紜的爭論．進而說明高中物理課堂或課外也要引導學生進行一些與學科內容相關的探究活動，從而在真正意義上去提升學生的分析和判斷及推理、研究、證明的能力．

實施核心素養(yǎng)教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的新型人才，已成為21世紀教育所面臨的重要任務．實施核心素養(yǎng)教育就要倡導學生主動參與探究式學習方式．科學精神被作為重要的理念強調，而且列入了新課程標準之中，這勢必對教學實踐產生重大影響．教學研究的重心正從知識傳授向能力培養(yǎng)轉變，從重視結果向重視過程轉變．高中課程標準中提出了“提高科學素養(yǎng)、在課堂中開展探究性學習”的理念，即通過提倡探究式教學，培養(yǎng)學生的自主科學探究能力，加強學生對科學本質的認識．然而，由于教育環(huán)境，特別是教師觀念還沒有轉變，由此又引發(fā)了一系列困惑、疑慮和擔憂．課堂是實施核心素養(yǎng)教育的主渠道，建構探究式的教學模式，優(yōu)化課堂教學結構是當前教學改革的重要課題．在高中教學過程中，電磁感應這一章，絕大多數教師都會碰到這樣兩道有關磁通量判斷的題目.

【例1】如圖1所示，當一個線圈平面與條形磁鐵的軸線垂直，注意線圈套在磁鐵上，并且沿平行于軸線方向從磁鐵一端移到另一端的過程中，穿過線圈的磁通量是如何變化的呢？

圖1 線圈平面與條形磁鐵軸線垂直

【例2】如圖2所示，水平放置的扁平條形磁鐵，在磁鐵的左端正上方有一線框，線框平面與磁鐵垂直，當線框從左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的過程中，穿過它的磁通量的變化是( )

A．先減小后增大 B．始終減小

C．始終增大 D．先增大后減小

圖2 水平放置扁平條形磁鐵，上方有一線框

如果問線圈中的感應電流方向，由楞次定律，感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化．因此，只要知道了磁通量的變化，便能判斷出感應電流的方向，故歸根結底還是要判斷出磁通量如何變化．但是這兩道題目每個教師的看法卻不盡相同．

2 相關文獻和研究背景

根據建構主義理論看來，社會發(fā)展某一階段的科學知識并不意味著終極答案，隨著社會的發(fā)展，肯定還會有更真實的解釋．更為重要的是，任何知識在為個體接收之前，對個體來說是沒有什么意義的，也無權威性可言．所以，教學不能把知識作為預先決定了的東西教給學生，不要以我們對知識的理解方式來作為讓學生接收的理由，用社會性的權威去壓服學生．學生對知識的接收，只能由他自己來建構完成，以他們自己的經驗為背景，來分析知識的合理性．在學習過程中，學生不僅要理解新知識，而且對新知識進行分析、檢驗和批判．

對于例1的情況，各種資料基本上都能予以統(tǒng)一的解釋．畫出條形磁鐵周圍的磁感線分布圖，因為條形磁鐵內部的磁感線從S極指向N極，而外部磁感線從N極到S極．且內部密集，外部相對較稀疏，在中間最稀疏．故在線圈處于條形磁鐵中間位置時，在線圈內且在磁鐵外這一區(qū)域的磁感線較少，又因為分別向兩個相反方向穿過同一個面的磁通量可以相互抵消．故在線圈處于條形磁鐵中間位置時磁感線抵消得少，即剩余的磁通量多．因此線圈位于條形磁鐵中間位置時磁通量大．用這個理論也很容易便能解釋：當線圈套在條形磁鐵上且位于中央位置時，如將線圈面積擴大，則磁通量抵消得多了．故合磁通量將減少；可總結為環(huán)套磁鐵，合磁通兩邊小，中間大，且環(huán)大合磁通將減小，若環(huán)無限大，則合磁通為零．

但用這個理論解釋例2題目時便出現了問題，因為此時合磁通已無抵消情況．按照中間磁感線稀疏的結論，中間的磁通量應該最少．然而，不少資料書卻給出了磁通量中間最大，持此種觀點的人認為中間的磁感線和線圈平面垂直，而兩邊的不垂直，故中間的磁通量最大．

又查閱了不少資料，不少資料書對此避而不談，而通過網上檢索和收集的資料來看．認為線圈位于條形磁體中間位置時磁通量大和認為線圈位于條形磁體中間位置時磁通量小的都占有較大的比例，且眾說紛紜．為了搞清結果，決定親自帶領學生上了一節(jié)探究課，課題為“探究兩種情況磁通量的變化”，以期得到驗證．

3 研究的目標和重點

建構主義認為，理想的學習環(huán)境應當包括情境、協(xié)作、交流和意義建構4個部分．學習環(huán)境中的情境必須有利于學習者對所學內容的意義建構．由元認知理論可知，元認知監(jiān)控是元認知的主體，如果學生具有較高的元認知水平，學生就能有效地對自己的學習過程進行監(jiān)控、調節(jié)，能夠提高學習的效率．教師在教學設計中，創(chuàng)設有利于學習者建構意義的情境是最重要的環(huán)節(jié)或方面；協(xié)作學習的過程就是交流的過程，交流對于推進每個學習者的學習進程，是至關重要的手段；意義的建構是教學活動的最終目標，一切都要圍繞這種最終目標來進行．因此筆者把這節(jié)課的重點放在讓學生熟練運用楞次定律，學習科學探究的各要素及方法上面．

4 優(yōu)先研究的問題

從哪開始探究呢？經過思考，筆者想起了剛學習過的楞次定律的研究過程．因為磁場和磁通量不好直接判斷，便可通過感應電流來間接研究．課本上也正是先判斷出電流表的指針偏轉方向和電流方向間的關系，再通過磁鐵和導體棒、螺線管分別作用使其產生感應電流，由電流表指針偏轉進而倒推出感應電流方向，最后再由右手螺旋定則判斷出感應電流的磁場，最后再和原磁場比較．總結出感應電流的磁場與引起感應電流的磁場(即原磁場)的關系．最后通過多次實驗后才總結出感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化，即楞次定律．

為此，筆者打算按以下思路進行探究：先搞清電流方向與靈敏電流計指針偏轉方向間的關系，然后讓線圈和磁鐵發(fā)生相對運動，產生感應電流．再看感應電流導致靈敏電流計的指針偏轉方向，進而倒推出線圈中感應電流的方向．判斷出感應電流的磁場，再根據楞次定律，即感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化確定線圈內磁通量如何變化．這也是楞次定律的具體應用，且可以加深學生對楞次定律內容的理解．

5 行動研究的具體實施過程

筆者先帶領學生研究第一種情況：用試觸法或連接成如圖3所示電路進行判斷．

圖3 靈敏電流計與電源等連成回路.判定

當電流從紅色線流入紅接線柱經電流表黑接線柱流出時，靈敏電流計指針右偏．

再將線圈和靈敏電流計連成一個回路，如圖4所示，搞清線圈繞向和流入靈敏電流計電流而導致的電流表指針偏轉方向的關系．用紅、黑兩種顏色分別接到紅、黑接線柱上，即從紅色線流入紅接線柱經電流表黑接線柱流出而導致靈敏電流計指針右偏．

圖4 線圈和靈敏電流計連成的回路

然后研究此時線圈的兩面．從正面看去，若有電流應為逆時針方向．則由右手定則可知感應電流磁場則從背面指向正面，即垂直紙面向外．

開始試驗，條形磁鐵水平放置，且左側為N極．將線圈從條形磁鐵最左側套上，移向中間，靈敏電流計指針左偏，電流為順時針，感應電流的磁場向右，原磁場向左增加，或向右減少，深入分析知原磁場只能向左，故原磁場向左且在增加；將線圈從條形磁鐵中間移向右端，則靈敏電流計指針右偏，則電流經過紅接線柱流進電流表，線圈電流從正面看為逆時針，故感應電流磁場向左，原磁場向左減少．這與理論解釋符合的很好．

有了第一種探究的思路和結論，又增加了學生的自信．筆者又帶領學生探究第二種情形，需要找到扁平條形磁鐵，故將幾個條形磁鐵并排放于實驗桌上，將線圈放于條形磁鐵之上，從左端移到中間，靈敏電流計指針右偏，從紅色線流入靈敏電流計，此時電流從正面看為逆時針，所以感應電流的磁場向左，又因為原磁場向右，那么只能是磁通量增大；將線圈從條形磁鐵中間向右移動的過程中，靈敏電流計指針左偏，即電流從黑色線流入靈敏電流計，電流從正面看為順時針方向，這種情況下感應電流磁場方向向右，又因為原磁場方向向右，故磁通量減少．所以整體看來，當線圈位于條形磁鐵上方且從左向右移動的過程中，穿過線圈的磁通量先增大后減少，且中間的磁通量最大．

如此看來，這就和中間磁通量少相矛盾了．如何解釋呢？筆者又引導學生做了一些理論探究．在圖2中，線圈abcd運動方向基本和磁感線在同一面，可近似認為不切割磁感線，而兩條與條形磁鐵平行的邊切割磁感線的豎直分量，如圖5所示．

圖5 分析用圖

由圖5可知，當線圈從條形磁鐵左側移向中間時，ad邊向右運動切割磁感線產生的電流方向為從d到c，bc邊向右運動切割此感線產生的感應電流方向從c到d．由圖5可知bc邊切割產生的感應電流大，故整個線圈感應電流為adcb方向，因此線圈中感應電流產生的磁場方向水平向左，又因為原磁場方向水平向右，由楞次定律可知磁通量應增大，同理當線圈從條形磁鐵中間向右移動的過程中，磁通量應減少．

由實驗和理論分析可知，兩種情況應選用不同的模型來處理．然后，筆者又將學生分組，用此法來繼續(xù)研究，磁鐵、線圈模型中可能出現的另外幾種情況．如線圈平行條形磁鐵從遠處靠近或遠離磁鐵等情況．每組同學有記錄、有總結，有發(fā)言人．學生個個興趣盎然，討論激烈．最后匯報時個個充滿自信，體驗了研究過程和獲得成功的快樂．

6 結論與建議

新時代我們的教育觀念正在轉型，即從“物理教學”走向“物理教育”；我們的課程內容正在轉型，即從“學術形態(tài)”走向“教育形態(tài)”，我們物理教師的教學方式也面臨轉型，即從“知識重現”走向“知識重演” 為此，我們要關注物理知識的文化取向，開發(fā)物理知識的育人價值，實現從傳統(tǒng)的知識為本的物理教學，走向核心素養(yǎng)導向的物理教育．這就要求我們在開展物理知識教學的同時，將物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任等物理核心素養(yǎng)，化大為小、變虛為實，自始至終貫穿在教學活動之中，從而使物理教學過程成為學生核心素養(yǎng)的形成過程．通過兩道磁通量判斷題目的對比實驗證明這一節(jié)課的教學嘗試，我們親身體驗了未知結論式探究課堂教學帶來的變革，以實驗為基礎、過程為主線、思維為中心、變式為手段，讓學生親身實踐去探索，教學觀念得到了更新，聽課教師對教學策略的認識也提高了一大步，在新情境下教學策略運用水平得到了極大的提高．這種行動研究法使我們不斷地進行旨在解決問題的自我反省、為教師成為研究者奠定了良好的基礎．

通過研究，我們更清楚地明確了課程改革的方向，對今后一些未知結論的問題也敢于大膽嘗試．因此，對于高中物理中某些有爭議的問題，作為教師應勇敢面對，帶領學生去研究．也許因某種情況的制約可能得出錯誤或不全面的結論．但學生在這一過程中所學到的科學研究方法和過程卻可以終身受用．這才是學習的真諦之所在．即重在過程、學會學習、享受學習，并能體會到學習研究之快樂，才能真正提升學生的核心素養(yǎng)．