“磁感應強度”教學中的科學方法教育探討

顧　健　陸建隆

(1. 江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)第十中學,江蘇　蘇州　215021；(2. 南京師范大學教師教育學院,江蘇　南京　210097)

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“磁感應強度”教學中的科學方法教育探討

顧健1陸建隆2

(1. 江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)第十中學,江蘇蘇州215021；(2. 南京師范大學教師教育學院,江蘇南京210097)

摘要：本文基于科學方法教育的視角,分析了2011年江蘇省高中物理優(yōu)質課評比活動中“磁感應強度”的7個課堂視頻實錄,從概念教學中的課堂引入、實驗探究和概念建立三個方面，例談“磁感應強度”教學的科學方法教育,分析科學方法教育的實際情況,對高中物理科學方法教育提出建議.

關鍵詞：磁感應強度;科學方法教育;教學視頻

1引言

唐代韓愈曾經(jīng)說過:“師者,所以傳道、授業(yè)、解惑也.”強調教師的首要任務是“傳道”,而“道”正是指方法.《普通高中物理課程標準》設置的三維課程目標明確了“過程與方法”的重要性.高中物理課堂教學是教師教授方法、學生學會技能的重要平臺.物理科學方法就是研究物理現(xiàn)象、描述物理現(xiàn)象、實施物理實驗、總結物理規(guī)律、檢驗物理規(guī)律時所應用的各種手段和方法.結合相關文獻、高中物理教材和《普通高中物理課程標準》,筆者認為高中物理教學中常見的科學方法有10種:觀察法、實驗法、理想化方法、類比方法、控制變量法、比值定義法、等效轉換法、整體與隔離法、圖形圖像法和演繹推理法.由于課堂教學中觀察法較為普遍,故這里不做討論.

本文根據(jù)2011年江蘇省高中物理優(yōu)質課評比中7位教師“磁感應強度”課堂教學實錄,分析教學過程中涉及的科學方法,以期為中學教師開展科學方法教育提供參考.

2“磁感應強度”教學中的科學方法教育

兩年一度的高中物理江蘇省優(yōu)質課評比活動是一線教師課堂教學水平展示的重要平臺,為科學方法教育的研究提供了豐富的素材.在觀摩7位教師“磁感應強度”的教學錄像中,筆者發(fā)現(xiàn)教師們對中學課堂教學中要落實科學方法教育已達成共識,但對于科學方法教育采取的形式和內容又各有特色.

2.1課堂引入,運用科學方法創(chuàng)設物理情境

課堂引入作為一節(jié)物理課的開端,往往能激發(fā)學生興趣,落實課堂教學目標,引導學生高效學習.本節(jié)課使用科學方法進行物理課堂的引入,運用實驗法能有效激發(fā)學生的學習熱情,提升學生的學習積極性;運用演繹推理法能推動學生對物理實驗的理論探究,為探究實驗的開展提供保障,提升學生的邏輯推理水平;借鑒教材的優(yōu)質資源,運用理想化方法可構建電流元概念.

(1) 運用實驗法，有效激發(fā)學習興趣

授課教師主要采用實驗法激發(fā)學生學習興趣,借助多媒體投影進行演示實驗,使用磁鐵吸引物體如鐵塊、小磁針和鐵釘?shù)?比較吸引小鐵釘?shù)膫€數(shù)或者觀察能否吸起物體來判斷磁場的強弱,得出磁場具有強弱之分.運用直觀的物理現(xiàn)象能引起學生認知的共鳴,產生較強的求知欲望.少數(shù)教師根據(jù)學生的生活經(jīng)驗,利用視頻和圖片展示電磁起重機、磁鐵等生產、生活中常見的利用磁場的工具,明確知識的實用性以及對工業(yè)發(fā)展的巨大推動作用.一位教師使用自制電磁鐵代替普通的磁鐵,利用吸引大頭針的個數(shù)來表示磁場的強弱,新穎的實驗器材既體現(xiàn)教師的聰明才智,也讓學生對新知識產生好奇.

(2) 運用演繹推理法,注重理論探究

課堂教學中教師經(jīng)常引導學生經(jīng)歷科學探究過程,但很少有對研究的問題進行理論探究.只有一位授課教師采用演繹推理法，從理論上分析影響安培力大小的因素,進而進行實驗探究.例如，教師指出:如果磁場和導體棒長度不變,電流增大為兩倍,相當于兩個導體棒并聯(lián),安培力的大小變?yōu)樵瓉淼膬杀?所以安培力的大小正比于電流的大小;如果磁場和電流強度的大小不變,導體棒長度增大為兩倍,相當于兩個導體棒串聯(lián),安培力的大小就變?yōu)樵瓉淼膬杀?所以安培力的大小正比于導體棒的長度.演繹推理法能夠鍛煉學生的邏輯思維能力,提升對問題的分析深度.

(3) 運用理想化方法,進行實驗創(chuàng)新

利用檢驗電荷，分析其所受的靜電力來研究電場的性質.小磁針在磁場中會受到力的作用發(fā)生偏轉,但N極不能單獨存在,因而不可能測量N極受力的大小,也不可能確定磁感應強度的大小.教師借鑒教材中提供的方法,磁場除了對磁體有作用力,還對通電導線有力的作用,運用理想化模型，可用很短一段通電導線來檢驗磁場的強弱.定義把很短一段通電導線中的電流I與導線長度L的乘積IL叫作電流元,應用理想化方法解決實驗法的缺陷.

2.2實驗探究,彰顯科學方法教育功能

學生實驗探究作為本節(jié)課的主要組成部分,科學方法可有效發(fā)揮教育功能,學生熟悉的控制變量法可助推學生對實驗過程的理解,正確梳理實驗操作步驟;等效轉換法降低了實驗操作的難度系數(shù),為學生實驗的順利開展創(chuàng)造機會;利用多媒體技術的先進手段,清晰直觀分析實驗數(shù)據(jù),挖掘各物理量的隱含關系.

(1) 運用控制變量法,明確實驗過程

控制變量法作為中學階段學生接觸最多的科學方法之一,在實驗探究過程中經(jīng)常使用.在探究影響通電導線受力大小的因素的實驗中,教師引導學生得出影響通電導線受力的因素有通電導線的長度、電流的大小和磁場的強弱,要求學生使用控制變量法設計實驗方案,并規(guī)范控制變量法的使用,先保持通電導線的長度不變,改變電流的大小;然后保持電流不變,改變通電導線的長度.學生通過控制變量法明確實驗過程,科學方法教育促進了學生對實驗內容的理解.

(2) 運用等效轉換法,提升實驗可操作性

圖1

(3) 運用圖像法,優(yōu)化數(shù)據(jù)處理

授課教師在實驗數(shù)據(jù)處理過程中均使用圖像法,依據(jù)實驗所測的導線受力F,電流大小I,通電導線長度L,分別作出F-I和F-L圖像,根據(jù)圖像分析得出F與I、L的正比關系.同時,授課教師都借助現(xiàn)代教育技術,使用Excel作圖，得出相應物理量間的關系,所作出的圖像清晰明了.在教師專業(yè)化發(fā)展的進程中,信息技術整合到物理教學中越來越被重視,基于物理課堂的實際情況,信息技術能夠有效幫助教師呈現(xiàn)知識結構,幫助學生理解物理知識.

2.3在概念建立過程中加強科學方法教育,促進知識理解

概念的建立過程是學生對新知識的理解與運用的過程,正確使用科學方法，能夠促進學生對知識的掌握.依據(jù)比值定義法的特點,磁感應強度的定義具備比值定義概念的特性,學生通過科學方法的應用，理解概念的本質特征;再用類比法幫助學生梳理電磁知識體系,把握物理知識的重難點,達到相應的學習目標.

(1) 運用比值定義法,凸顯概念本質

初中物理對速度、密度、壓強、功率和比熱容等均采用比值定義法,高中物理首次采用比值定義法的概念是速度,人教版教材中采用旁批的形式介紹比值定義法.教師利用比值定義法的特點凸顯該概念的本質,磁感應強度在數(shù)值上等于通電導線在磁場所受作用力的大小與通電導線長度和通電電流大小乘積的比值,但與其三者并無相應的比例關系,磁感應強度反映了磁場的一種物理屬性.

(2) 運用類比法,優(yōu)化電磁知識體系

簡單來講,類比是由已知來推測未知,前提是已經(jīng)理解已知.教師采用類比法,類比電場強度的相關知識內容,梳理磁感應強度的內容.如圖2所示，教師在講授電場強度時,將電場類比重力場,學生對重力場較為熟悉,電磁知識由于知識抽象、概念復雜、計算繁瑣，往往是教師覺得難教,學生感覺難學.教師有意識地將磁場與電場進行類比,利用學生已有的電場前概念,有效搭建學習階梯，幫助學生理解磁感應強度知識,同化電磁知識體系.

圖2

3對高中物理科學方法教育的思考

所謂科學方法教育的隱性方式,就是按照科學方法的一般程序去組織概念、規(guī)律、實驗的教學過程,但不去揭示所用方法的程序,不點出各階段具體方法的名稱.觀察課堂教學實錄發(fā)現(xiàn)，進行科學方法教育時,教師會點出部分科學方法的名稱,如常見的控制變量法和實驗法等,但對大多數(shù)方法的使用是模棱兩可的,既未明確方法的名稱,也沒有告知學生方法使用的范圍和注意點,都是屬于科學方法的隱性教育方式，這與研究者基于《高中物理課程標準》的研究結果一致.

3.1注重科學方法教育的選擇性

科學方法教育的選擇性主要體現(xiàn)在科學方法種類與實施時機的選擇.由于教材在編排時,學生先學習電場后學習磁場,而電場和磁場的知識結構具有高度的對稱性.教師可利用類比法來構建磁感應強度的知識框架.磁場內容比較抽象,還涉及復雜的力學問題,是高中物理學習的重點,也是難點.類比電場強度學習磁感應強度能夠有效促進學生對知識的鞏固消化.科學方法的選擇性對科學方法教育的實施顯得尤為重要,會影響學生對新知識的獲取.教師需要考慮知識結構、課堂環(huán)境和學生實際情況等,才能有效開展科學方法教育.

3.2提升教師專業(yè)化

授課教師在高中物理教學中滲透科學方法的教育,貫徹落實課程標準中“過程與方法”的課程目標.但目前科學方法教育的實施情況參差不齊,以上述授課教師都采用的控制變量法為例，運用控制變量法探究影響通電導線受力的因素時,大部分教師進行了分析,但只有一位教師在引導學生得出影響通電導線受力的3個因素后,要求學生使用控制變量法設計實驗方案.由于各種原因,多數(shù)物理教師開展科學方法教育還存在一些問題,打造提升科學方法教育的教師專業(yè)化是必不可少的.

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名師簡介:陸建隆(1962—),男，江蘇常州人,南京師范大學教師教育學院教授,碩士生導師,主要研究高考物理命題、物理課程與教學論.