解決高中物理電磁學(xué)學(xué)習(xí)困難的路徑選擇

王海麗

【內(nèi)容摘要】為解決高中學(xué)生物理電磁學(xué)學(xué)習(xí)困難的問題，很多一線教師和學(xué)者都進(jìn)行了不懈的努力。電磁學(xué)概念抽象而引起的學(xué)習(xí)困難可以用類比法得到有效化解，教師在電磁學(xué)規(guī)律的教學(xué)中要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生正確分析和理解物理問題的能力，要有一定的數(shù)學(xué)工具作為輔助條件的思想，并對學(xué)生電磁學(xué)典型問題解法的遷移能力進(jìn)行培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】電磁學(xué) ?類比法 ?實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?遷移能力

電磁學(xué)知識是高中物理的重要組成部分，也是教學(xué)的難點(diǎn)，與力學(xué)相比，電磁學(xué)知識在概念上更抽象、在計(jì)算上更復(fù)雜，因而在認(rèn)知難度、認(rèn)知方式、構(gòu)建層次等方面都有較大的難度。多年來，很多一線教師和學(xué)者一直在圍繞高中物理電磁學(xué)知識的教學(xué)開展各類研究工作，并取得了一定成效。但由于電磁學(xué)知識較為抽象，很多學(xué)生對電磁學(xué)有畏懼心理從而導(dǎo)致失去學(xué)習(xí)興趣。如何切實(shí)地解決高中學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)的困難，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是值得關(guān)注的問題。

一、類比法在電磁學(xué)概念教學(xué)中應(yīng)用的路徑

由于電磁學(xué)概念抽象而引起的學(xué)習(xí)困難可以用類比法得到有效化解。所謂的類比法，其實(shí)質(zhì)就是根據(jù)兩個(gè)對象之間所存在某種相同或是相似的地方，從而推廣出它們在其他的地方也可能具有這種屬性的一種常見的物理推理方法。電磁學(xué)概念的學(xué)習(xí)往往抽象，不易想象和理解，充分運(yùn)用類比的方法，可以將抽象的物理概念具體化，降低對概念學(xué)習(xí)的難度。

例如在“電場”這一節(jié)的學(xué)習(xí)中，“場”的概念是學(xué)生第一次接觸，因?yàn)樗床灰姡恢_是一種客觀存在的東西。所以教師在對學(xué)生進(jìn)行電場的教學(xué)時(shí)，可以通過類比的思想，將之轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟悉的事物。首先對于電場的感知上，教師可以將其類比為在一個(gè)封閉的玻璃房子里面如何判斷屋外是否有風(fēng)，這個(gè)時(shí)候?qū)W生就會聯(lián)想到在屋外放置一個(gè)物體，諸如紙帶、樹葉等任何可以飄動的東西，假如外界的參考物在飄動則是有風(fēng)，反之無風(fēng);如果屋外沒有任何物體，則不能判斷是否有風(fēng)。學(xué)生比較容易聯(lián)想，可將電場與這種情況的風(fēng)類比，得出電場的分析方式。在電場中放入一個(gè)試探電荷，通過對試探電荷的受力情況以及能量的分析便可以反向推斷出該處電場的基本特點(diǎn)，從而對電場的特性有一定程度的掌握。

在實(shí)際的教學(xué)活動中，不僅可以將所學(xué)的抽象概念與生活中常見的模型類比，而且新學(xué)的概念與已學(xué)的概念之間也可以有效類比，比如后面學(xué)習(xí)到的磁場也可以通過類比的方法降低理解的難度，更可以將電場與磁場做比較，還可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電磁學(xué)核心概念的差異，從而更有效的化解學(xué)習(xí)困難。

二、電磁學(xué)相關(guān)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用路徑

通過對電磁學(xué)規(guī)律的導(dǎo)出方法以及電磁學(xué)規(guī)律的相關(guān)教學(xué)措施進(jìn)行分析和總結(jié)可以看到，電磁學(xué)規(guī)律都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出來的。對于抽象難懂的電磁學(xué)規(guī)律來說，實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用對幫助學(xué)生理解相關(guān)規(guī)律、克服學(xué)習(xí)困難的重要性不言而喻。實(shí)驗(yàn)不僅可以幫助學(xué)生把抽象的知識感官化、形象化，讓學(xué)生更加深刻理解電磁學(xué)概念和定律，還可以利用實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，教師在電磁學(xué)規(guī)律的教學(xué)中要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用。主動帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，還可以通過自制演示實(shí)驗(yàn)或傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生感受物理就在生活中。

例如，在對楞次定律進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師首先通過視頻展示“銅管實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行課題引入，引發(fā)學(xué)生的思考，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的興趣;進(jìn)而將視頻中的“銅管實(shí)驗(yàn)”換成“鋁環(huán)實(shí)驗(yàn)”，教師進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生思考并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，分析和歸納，導(dǎo)出楞次定律，再用接電流表的線圈和自制的并聯(lián)在一起的但方向不同的二極管實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最后通過相關(guān)題目的練習(xí)鞏固楞次定律，讓學(xué)生加深對楞次定律的理解。在這樣的教學(xué)過程中，通過實(shí)驗(yàn)不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，對楞次定律有個(gè)基本的認(rèn)識，知道該從哪些方面進(jìn)行判斷感應(yīng)電流方向從而形成物理觀念;有效突破難點(diǎn)。體驗(yàn)探究感應(yīng)電流方向規(guī)律的過程和基本的設(shè)計(jì)思路，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的探究能力和科學(xué)思維;同時(shí)運(yùn)用生活中常見的材料如可以在易拉罐中獲取鋁環(huán)制作實(shí)驗(yàn)器材，通過自制教具讓學(xué)生體會物理與生活息息相關(guān)，幫助學(xué)生養(yǎng)成保護(hù)環(huán)境的習(xí)慣及物理核心素養(yǎng)的形成。

三、學(xué)生解決電磁學(xué)問題能力的培養(yǎng)路徑

1.正確分析和理解物理問題的能力

解決物理問題需要的最基本的能力是能夠正確地理解題意、確定研究對象、找出問題中的隱含條件、分析研究對象所受的外界影響及運(yùn)動變化過程。學(xué)生在拿到一個(gè)電磁學(xué)的題目時(shí)，首先要快速的通讀題目，充分利用和發(fā)揮自身分析和理解物理問題的能力，從題干中獲取有效而且關(guān)鍵的信息，明確題目所講所求，找好出發(fā)點(diǎn)，從而為正確解題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。可以看到，正確分析和理解物理問題是能夠正確完成題目的第一步，也是重要的基礎(chǔ)。例如在分析一個(gè)帶電粒子先經(jīng)過加速電場中運(yùn)動后再垂直進(jìn)入一磁場中運(yùn)動的情況，其中所隱含的就是要通過動能定理知道帶電粒子出加速電場時(shí)的速度，再結(jié)合帶電粒子所帶的電性才能確定粒子在磁場的運(yùn)動情況。

2.運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力

在物理學(xué)習(xí)的過程中，通過調(diào)查學(xué)生電磁學(xué)的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，有很多的學(xué)生在解決題目的過程中并不能靈活的運(yùn)用數(shù)學(xué)工具來解決實(shí)際的問題，即使他們可能將公式、定律或者是定理牢牢記住，但是仍然無法將物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題求解。在電磁學(xué)習(xí)題的解答過程中，其基本的思想就是將一個(gè)完全的物理問題經(jīng)過分析其物理過程，物理規(guī)律等，然后轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，利用諸如三角函數(shù)、幾何圖形等數(shù)學(xué)工具構(gòu)建關(guān)系式求解，最后再回到物理問題本身之中，去了解更深層次的物理過程或規(guī)律，具體表現(xiàn)為物理問題→數(shù)學(xué)問題→物理問題的一個(gè)轉(zhuǎn)化過程。例如帶電粒子在磁場中的運(yùn)動的相關(guān)習(xí)題練習(xí)的過程中，學(xué)生可以正確地分析出粒子在磁場中的運(yùn)動方向和大致的運(yùn)動軌跡，如果題目要求解答粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡半徑、運(yùn)動時(shí)間或者出磁場的位置等問題時(shí)，便需要在正確分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用幾何圖形或者是三角函數(shù)等數(shù)學(xué)工具，找出其中對應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，在通過列關(guān)系進(jìn)行求解。

3.電磁學(xué)典型問題解法的遷移能力

涉及電磁學(xué)相關(guān)知識的題目數(shù)量繁多，很多的學(xué)生在解答電磁學(xué)的相關(guān)習(xí)題時(shí)，能夠在課堂上聽懂老師所講的題目，但是在自己獨(dú)立解答時(shí)便不知所措，無從下手，其原因?yàn)閷W(xué)生對解答題目的知識方法缺乏一定的遷移能力，或者是教師在電磁學(xué)的習(xí)題講解過程中，更多的是針對題目去講題目，沒有對題目中所包含的知識方法有一個(gè)重點(diǎn)的突出，忽略了學(xué)生電磁學(xué)典型問題解法的遷移能力的培養(yǎng)。

在實(shí)際的教學(xué)活動中，教師不能因題而講題，更要讓學(xué)生掌握解決題目所包含的知識方法，從而由一個(gè)題到掌握一類題目的過渡。例如，帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動是一種常考的題型，針對這一類的題目，教師可以通過一個(gè)題目的深層次剖析，讓學(xué)生領(lǐng)悟這種題型的具體解題方法和思路，再通過后續(xù)類似的題目加以練習(xí)和鞏固。這類題目，具體的解題思路通常為“找圓心→作圓→構(gòu)造三角形→解三角形”，常用的找圓心的方法有：第一，兩條與速度方向垂直的垂線的交點(diǎn)為圓心;第二，弦的中垂線過圓心（已知圓上兩點(diǎn)）;第三，速度偏向角的補(bǔ)角的角平分線過圓心。找出圓心后，按照這樣的解題思路，作圓，構(gòu)造三角形，再解三角形。通過這樣的方法，學(xué)生不僅可以靈活掌握這種題型的一般解題思路，還可以了解粒子運(yùn)動軌跡的圓心的確定方法，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具的能力也有一定的提高，從而達(dá)到這類典型問題的遷移，使學(xué)生可以做到舉一反三。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張雪、王文濤、龍玉梅 等. 電動力學(xué)觀點(diǎn)下的高中物理電磁學(xué)典型問題研究[J]. 物理與工程，2019（8）.

[2] 王力昭. 高中物理電磁學(xué)知識在生活中的應(yīng)用[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（10）.

[3] 楊孟圓. 利用信息技術(shù)在高中物理電磁學(xué)教學(xué)的實(shí)踐與反思[J]. 現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2019（11）.

[4] 張金平. 基于微課的高中物理電磁學(xué)教學(xué)探究[J]. 科學(xué)咨詢（科技·管理），2020（4）.

（作者單位：江蘇省賈汪中學(xué)）