一道物理習題引發的探究

一、問題起因

人教版高中物理第二冊204頁的第5題：“A和B都是兩個很輕的鋁環，環A是閉合的，環B是斷開的，用磁鐵的任一極去接近A環，會產生什么現象?把磁鐵從A環移開，會產生什么現象?磁鐵移近或遠離B環時，又會產生什么現象?”人教版物理第二冊《教師教學用書》的參考答案：“用磁鐵的任一極(女[1N極)接近A環時，通過A環中的磁通量增加，根據楞次定律A環中將產生感應電流，阻礙磁鐵與A環接近，A環將遠離磁鐵；同理，當磁極遠離A環時，A環中產生感應電流的方向將阻礙A環與磁鐵遠離，A環將程控磁鐵。由于B環是斷開的，無論磁極移近或遠離B環，都不會在B環中形成電流，所以B環將不移動。”筆者利用強磁體親自動手按習題要求去做，發現B環也移動，后來查閱了大量的相關資料，對關于B環也運動的說法是肯定的，因為B環中有渦流產生。根據《電磁感應》內容標準：“通過探究理解楞次定律，通過實驗了解渦流現象。”以及高中物理課程目標：“培養學生具有一定的質疑能力，收集和處理能力，分析、解決問題能力和交流、合作能力。”筆者認為這道題是一個很好的探究素材，能很好地實現課程目標，所以在學習了楞次定律之后，針對這道題組織學生開展了一次以《探究開口鋁環運動原因》為課題的探究教學活動。

二、教學案例

首先讓學生發表自己對課本204頁的第5題習題的看法，絕大部分學生的答案都如人教版物理第二冊《教師教學用書》所給出的參考答案一樣。這時再按題所示進行實驗，讓強磁鐵快速地靠近B環，并且重復了好幾次，學生驚奇地觀察到B環也移動，自然而然地產生了質疑：

生1：這怎么可能呢?難道楞次定律有錯?

生2：會不會是別的東西使B環動起來的?如果是別的東西，那又會是什么東西呢?

生3：開口的B環在變化的磁場中也能產生感應電流?

生4：如果開口的B環也能產生感應電流，那電流是怎么形成通路的呢?

生5：感應電流產生的條件中明明說得很清楚，必須是閉合的通路，難道書本也有錯?

(評析：我們教學要的就是這種思維劇烈沖突的場面，要的就是學生不斷地提出問題的質疑能力。學生對這個問題產生了懷疑，就會有極大的興趣想知道為什么。數學家笛卡兒說得好：“懷疑就是方法。”在表揚學生的大膽質疑精神的同時，更要強調培養學生謹慎求證的意識。)

師：同學們能提出這么多的問題很好，但是我們現在應該如何去證實我們的想法呢?

(評析：“實踐是檢驗真理的唯一標準”，自然會想到用實驗去證實。這時給學生提供設計實驗裝置所需的儀器讓學生進行探究。)

生：我們用磁體靠近B環時，也同樣有磁感線穿過A環，也就是說A環處在變化的磁場中，會不會實際上是A環的移動而帶動了B環，因為這個裝置的轉軸磨擦很小。

師：太棒了!有道理。但這只是猜測。該怎么辦呢?

生：把A環取走。

生：把B環單獨用細繩懸掛起來。

生：用一個同樣質量的非金屬環代替A環。

經討論之后，分成兩種實驗裝置進行，即把B環單獨用細繩懸掛起來、用一個同樣質量的非金屬環代替A環。

實驗結果：不管是磁體靠近還是遠離B環，都發現B環移動。

這時又有學生提出：

生：可能是氣流。因為B環很輕，在實驗時，用手握著磁體快速靠近和遠離的過程，手會帶動空氣沖擊B環，所以B環移動。

此時學生繼續在為自己原有的假設找證據。

師(提醒學生)：那我們接下來應該如何證明是否氣流的影響導致B環的運動呢?

生：如果能在沒有空氣的環境中做實驗就好了。

(評析：很明顯這個方法在現實中很難做到，此時，教師要給予引導了。)

師：磁體運動，實際上相當于什么呢?

(評析：因為有前面電磁感應實驗基礎，學生很快想到了方法。)

生：磁體靠近和遠離B環，實際就是通過B環的磁通量發生了變化。

生：利用通電螺線管的通斷電就可以代替磁體運動的效果了。

實驗證實：排除了氣流的說法。這時有大部份學生開始意識到：磁通量發生變化時，開口的B環也產生某種電流。但還有小部份學生認為：電流是電荷的定向移動形成，就像水流一樣，并且有電流必須電路是閉合的，而B環開口，電荷怎么能“跑”過去呢?為此，實驗探究還不能結束。我鼓勵學生把探究延續到課外，上網查找還沒解決的疑問：開口的鋁環在變化的磁場中產生的是什么電流?是如何產生的?與前面磁感應中的感應電流有什么異同之處?當再一次上課時，我問學生以上的問題時，學生已經在上網查找資料的過程中自主學習了渦流相關的知識。更可喜的是有幾位學生還提出改進書本的實驗裝置：把橫截面積較大的鋁環換成用絕緣的細銅絲繞成的閉合環和開口環，這樣，實驗現象既符合楞次定律，又消除了渦流的影響，可有效地排除同學們的各種猜測，使這道題更具有科學性。

三、案例反思

1 在新課改中，教師的教學方式、教學理念都有了很大的改變：鼓勵學生大膽質疑，不唯書，不唯師等，但往往忽視學生在質疑的同時一定要注意小心求證。這次探究活動讓學生明白：質疑不僅是源于知識經驗之中的一種反映，更是科學的一種規范，科學需要懷疑主義，更需要嚴謹的驗證。

2 課堂上教師一定要創設對于學生能產生認知沖突的問題情景，給足學生時間和空間，讓學生有自主支配的探究時間。結論對學生來說還是一個未知數，他們需要慢慢探索，教師只需要旁敲側擊的幾句話，學生就會產生奇思妙想，會有精彩的生成，在質疑、猜想、探究和驗證中理解物理知識和發展規律。給學生一片自由的天空，他們表現更出色，相信學生有能力自己學得更好，當然這其中不能少了教師必要的引導。

3 二物理教材這道習題答案是不全面的，可是卻一直沿用了數十年，只因為這個實驗現象一般情況下就如教材所言，但是教材所言的現象并非本質。我們在利用物理實驗作為一種探究活動時，一定要突出或至少保持住其探究的本質特性，這樣才能有效地落實科學探究教育目標。在重過程的同時也要重結果，因為學生不容易放棄自己原有的經驗而輕易地接受新理論，直到他們能夠形成一個可對出其意料的觀察結果加以解釋的新理論。所以結果與過程至少是同等重要的，我們不能從過去的只重結果這個極端走向只重過程的另一個極端。