科學探究安培力的教材二次開發
——從驗證到探究的轉化

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
——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；學科思維

在高中物理教學中引導學生對物理規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、情感態度價值觀的教育上更有優勢，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在教材中。但教材中提供的探究性實驗教學內容仍然是驗證性實驗教學內容的低級進化，通常按提出問題、猜想與假設、進行實驗驗證、得出結論這幾個環節進行，而探究過程中蘊含的豐富的探究思維的環節，如如何進行收集和處理數據、如何尋找規律、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，引導學生尋找規律、理論架構，并在其中貫穿科學精神、科學態度和科學方法論的教育，從而發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。基于此，筆者認為在原教材的基礎上進行二次開發的研究是極具有意義和價值的。現以魯科版高中選修3-1第六章第一節探究磁場對電流的作用中的科學探究安培力一節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，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容開展的，沒有任何創新，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較少。

二次開發后的上課：

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：這就意味著它們三者的空間方向關系是確定的，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：

二次開發后的課更能激發學生的積極思維，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，收集數據，并寫在黑板上。

（注：傳感器的應用使測量相當精確，從而發現F∝I和F∝L）

教師歸納并板書：

實驗1：B、L控制不變，發現F∝I

實驗2：B、I控制不變，發現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容開展的，沒有進行教材的二次開發，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據，填寫在黑板上，而后引導學生研究數據之間的關系，并引導學生求比值F/I L，尋找并發現規律。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：可以發現，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通過數學變換得：F=I LB。

教研中的評價：

二次開發后的課明顯是在引導學生像科學家那樣尋找規律、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，只有深入地進行教材的二次開發，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。

教材的二次開發有效地幫助我們擺脫了傳統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）