以“幾種常見的磁場”教學(xué)為例淺談科學(xué)思維的培養(yǎng)

(浙江省慈溪中學(xué),浙江 寧波 315300)

新一輪課改明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),物理核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個方面．相較于三維目標(biāo),物理核心素養(yǎng)直接將科學(xué)思維提了出來．從某種意義上說,聚焦物理核心素養(yǎng)的實質(zhì),就是在知識建構(gòu)和方法習(xí)得的基礎(chǔ)上,注重學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)．從學(xué)科內(nèi)容來看,物理作為一門以研究物質(zhì)及其運動為基礎(chǔ)的學(xué)科,對于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展最重要的貢獻也正是樹立科學(xué)意識和掌握科學(xué)思維的方法．筆者以“幾種常見的磁場”教學(xué)為例,就物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的培養(yǎng)方法展開討論．

1 課堂和生活相聯(lián)系的科學(xué)思維

生活是物理課堂的源泉,也是物理教學(xué)的根基和落腳點．物理知識的學(xué)習(xí)過程是學(xué)生從經(jīng)驗到理論的轉(zhuǎn)化、從生活到科學(xué)的上升過程．新課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)要加強物理知識與實際生活的聯(lián)系,把滲透物理知識的實際應(yīng)用作為當(dāng)前物理改革的方向,也體現(xiàn)了從生活走向物理、從物理走向生活的理念．

因此,在課堂教學(xué)中應(yīng)當(dāng)充分挖掘物理學(xué)科聯(lián)系實際生活的素材,用生動、豐富的生活事例或?qū)嶒瀬碡S富教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化教學(xué)過程,這是活化物理教學(xué),提高學(xué)生物理知識建構(gòu)的有效途徑．

教學(xué)環(huán)節(jié):用生活中的一個趣味小實驗——磁懸浮列車模型作為引入,把地球周圍的磁場、核磁共振儀的應(yīng)用作為補充,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動課堂氣氛,使知識的認(rèn)知變得形象化、趣味化、生動化和生活化,這是物理來源于生活,取材于生活最好的詮釋．在知識應(yīng)用的環(huán)節(jié),拋出問題留給學(xué)生課后思考:銀行卡磁條周圍的磁場分布是怎么樣的?這一教學(xué)環(huán)節(jié)滲透了物理知識回歸生活,反饋生活的教學(xué)理念(見圖1)．

2 局部和整體相協(xié)調(diào)的科學(xué)思維

作為教師,應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生理順知識的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和關(guān)系,用高屋建瓴的視角看待整節(jié)課的知識

5 結(jié)語

內(nèi)容;以整體的眼光組織、設(shè)計和處理各知識點的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生在整體中、聯(lián)系中、比較中學(xué)習(xí)的能力,從而幫助學(xué)生將知識由點及面,形成立體、開放、整體的知識結(jié)構(gòu)．

教學(xué)環(huán)節(jié):在探究幾種常見的磁場分布特點時,由條形磁鐵著手,進一步研究電流周圍的磁場分布特點．教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的處理,教學(xué)方式遞進式的安排,充分考慮了各個環(huán)節(jié)內(nèi)在的邏輯關(guān)系,既符合知識內(nèi)容本身的邏輯,也符合學(xué)生認(rèn)知和建構(gòu)的邏輯．從條形磁鐵——直線電流——環(huán)形電流——通電螺線管4種模型,彼此看似無關(guān)且獨立,實為層層遞進,最終由安培分子環(huán)流假說把幾個模型進行了統(tǒng)一．這一教學(xué)環(huán)節(jié)中,通過為學(xué)生搭建合理的思維階梯,從而達到科學(xué)思維培養(yǎng)的效果(見圖2)．

圖2

3 抽象和具象相統(tǒng)一的科學(xué)思維

抽象和具象相統(tǒng)一的原則,是指人類在認(rèn)識客觀事物的過程中,從具體到抽象,再從抽象到具象的統(tǒng)一,是學(xué)生獲得正確認(rèn)知并不斷深化的過程．一般來說,學(xué)生知識的形成和掌握過程,往往需要經(jīng)歷從抽象到具象,再從具象到抽象的過程．有時甚至需要經(jīng)過多次反復(fù)結(jié)合,學(xué)生對概念的認(rèn)知、對規(guī)律的理解才會完整而深入,不然只會是干巴巴的結(jié)論．從抽象到具象的過程,可以使學(xué)生獲得生動的、感性的認(rèn)識,但是這種感性認(rèn)識往往是淺顯的、表面化的,并沒有揭露知識的本質(zhì)．而真正的理解和認(rèn)知,必須在此基礎(chǔ)上再進行科學(xué)的抽象,通過科學(xué)分析和概括,得到知識的本質(zhì)規(guī)律．這就是所謂的從具象回到抽象,由理性認(rèn)知回到感性認(rèn)知．

在本節(jié)課的教學(xué)中,充分利用演示實驗、學(xué)生分組實驗、板書、模型展示、Flash動畫等直觀的教學(xué)手段,使學(xué)生獲得豐富具體的感性認(rèn)識和體驗．

教學(xué)環(huán)節(jié):在探究條形磁鐵周圍的磁場分布特點時,筆者在布滿小磁針的塑料板槽口位置,放上條形磁鐵．學(xué)生通過觀察,發(fā)現(xiàn)塑料板上小磁針的排布和指向呈現(xiàn)出對稱性．條形磁鐵不動,以軸線為中心轉(zhuǎn)動塑料板,發(fā)現(xiàn)在空間各平面上小磁針的指向和分布仍然保持不變．在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中,從磁感線平面分布模型慢慢過渡到立體分布模型．把抽象知識還原到具體的實物情境中,化單一枯燥的學(xué)習(xí)為形象直觀的體驗,增強學(xué)生的感受力和理解力．同時通過播放條形磁鐵磁感線3D動畫,展示條形磁鐵的空間磁場分布特點,加深學(xué)生的感性認(rèn)識．教學(xué)中獲得具象的“感性認(rèn)識”并不是目的,而只是一種手段,有助于學(xué)生更好地掌握規(guī)律,形成概念(見圖3)．

圖3 條形磁鐵周圍磁感線分布模型

教學(xué)環(huán)節(jié):在探究直線電流周圍的磁場分布特點時,為加深學(xué)生對于安培定則的理解,設(shè)置了學(xué)生自制教具的教學(xué)環(huán)節(jié)．用白紙卷成細(xì)長的圓柱體表示直線電流的模型,標(biāo)上箭頭表示電流方向．通過觀察鐵屑模擬直線電流周圍磁感線的演示實驗,在另一張白紙上畫出磁感線分布形狀．同桌合作,把直線電流模型插到磁感線圓心處,便得到了磁感線分布形狀的立體模型．進一步展示筆者自制的多平面磁感線分布模型,加深學(xué)生對于直線電流周圍空間磁場分布模型的感性體驗和認(rèn)知(見圖4)．

圖4

在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中,采用自制教具進行輔助教學(xué),有助于學(xué)生親自觀察、親身體會,有助于調(diào)動學(xué)生課堂的參與度,激活學(xué)生形象思維,從而突破難點,強化理解．

教學(xué)環(huán)節(jié):在探究環(huán)形電流周圍的磁場分布特點時,筆者用帶箭頭的呼啦圈來模擬環(huán)形電流．呼啦圈代表環(huán)形導(dǎo)線,箭頭方向表示電流方向．首先,采用微元的思想,從理論的角度分析了環(huán)形電流周圍的磁場分布特點．請學(xué)生上臺,用判斷直線電流周圍磁場方向的安培定則,演示環(huán)形電流上每一個電流元周圍的磁場方向．最終得到判斷環(huán)形電流周圍磁場方向的安培定則(見圖5)．

圖5

學(xué)生上臺演示的教學(xué)活動,用教學(xué)情景刺激學(xué)生的身體感知,調(diào)動學(xué)生多方位的感受,用口動、手動、身動的結(jié)合來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)質(zhì)量,加深感性認(rèn)知．同時,通過建立直線電流、環(huán)形電流兩類模型之間的聯(lián)系,幫助學(xué)生更好地構(gòu)建環(huán)形電流的磁場分布立體模型．

物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出:“通過科學(xué)想象和科學(xué)推理方法的結(jié)合,發(fā)展學(xué)生的想象力和分析概括能力,使學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣”．抽象概括思維是科學(xué)思維的一種重要形式,是發(fā)展創(chuàng)造性思維的前提和基礎(chǔ),對科學(xué)思維的培養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用．要在具體的感性認(rèn)知的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)生分析歸納、抽象概括的能力,從而掌握事物的本質(zhì)和規(guī)律．這是物理學(xué)習(xí)過程中從具象回到抽象的過程．引導(dǎo)學(xué)生通過比較、總結(jié)和歸納的方法,得出3種模型中電流方向和磁場方向關(guān)系的安培定則,是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)．

4 定性和定量相結(jié)合的科學(xué)思維

定性分析和定量探究是物理教學(xué)中常用的兩種方法．定性分析是通過對物理問題的分析、解構(gòu),重新構(gòu)建理想化的物理模型,再用物理知識定性地解釋物理現(xiàn)象,描述物理規(guī)律的過程．定量研究是在定性分析的基礎(chǔ)上,將物理模型清晰化,用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法求出精確解的過程．定性分析更多側(cè)重于對于問題的整體把握和理解,而定量分析則更利于抓住問題的本質(zhì)．

教學(xué)環(huán)節(jié):在探究條形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管等基本模型的磁場分布特點時,均采用了定性分析的方法．用鐵屑模擬法,模擬了周圍磁感線分布形狀,解決了“看不見、摸不著的磁感線如何描述”的問題．同時引導(dǎo)學(xué)生回顧了描述磁場方向的方法:小磁針靜止時N極所指的方向是某一點的磁場方向(見圖6)．

圖6 定性分析：鐵屑模擬法

在空間某一位置具體的磁感應(yīng)強度大小是多少?如果想要得到更直觀、更有說服力的實驗結(jié)論,則必須要由定性分析上升到定量探究．從定性到定量的探究,也符合科學(xué)探究的基本思路．筆者以通電螺線管為例,用磁傳感器定量探究了通電螺線管內(nèi)部磁感應(yīng)強度的大小,并做出磁感應(yīng)強度的大小隨位置變化的圖像．實驗發(fā)現(xiàn),通電螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強度大小,在一定范圍內(nèi)保持不變(見圖7)．

圖7 定量探究：磁傳感器測量法

綜上,以“幾種常見的磁場”教學(xué)為例,闡述了科學(xué)思維培養(yǎng)的4種基本方法:課堂和生活相聯(lián)系、局部和整體相協(xié)調(diào)、抽象和具象相統(tǒng)一、定性和定量相結(jié)合,力求在物理課堂教學(xué)過程中使學(xué)生形成科學(xué)思維、樹立科學(xué)意識、提升核心素養(yǎng)．