探究高中物理電磁學部分的概念轉變教學方法

摘 要：電磁學知識是高中物理課程教學的核心內容。以概念轉變教學法的應用，加強電磁學部分教學設計，有利于增強學生邏輯感知及學習認知。本文通過分析概念轉變教學法在高中物理電磁學部分的應用意義，明確高中物理電磁學部分教學要求，并指出當前課程教學中的問題，進一步結合電磁感應、交變電流等知識，圍繞自主實踐、以賽促學及情境互動等制訂科學的教學策略。以期，為概念轉變教學法在高中物理電磁學部分的應用提供參考。

關鍵詞：高中物理；電磁學；概念轉變教學

理論概念是高中生物理知識學習的重要基礎，對完善學生知識體系及構建知識框架具有促進作用。傳統課堂教學中，理論概念知識教學往往側重對單一教學內容的輸出，學生僅能利用已有錯誤認知被動地進行知識接收，無法真正地理解各單元電磁學知識的內涵及應用邏輯，使學生對物理知識學習形成單一路徑依賴，影響學生的實踐探索路徑。概念轉變教學法的運用，則以強化學習感知及思維認知為內在支撐，充分修正學生的學習方向，為學生主動地開展學習探索提供有力保障，實現對學生正確知識概念及理論概念的

構建。

一、概念轉變教學方法在高中物理電磁學部分應用的意義

概念轉變教學方法的應用旨在通過幫助學生重新構建知識體系或修正錯誤概念，促進學生更深入地學習與實踐。概念轉變教學法強調通過分析學生現有的知識結構，幫助學生發現并糾正錯誤，使學生獲得對某一知識更為準確的理解。其中，高中階段學生在學習過程中，往往帶著已有的知識背景及概念模型進行學習探索[1]。已有的概念或知識不可避免地存在錯誤性內容。使部分學生在面臨新知識時，會嘗試用已有的錯誤概念進行學習解釋，最終，讓部分學生陷入學習誤區。高中物理的電磁學部分知識在內容深度及學習強度方面遠高于其余學科。概念轉變教學法的運用是基于認知轉變，幫助學生擺脫學習誤區，明確學生知識學習的正確路徑，替換學生現有知識體系中的錯誤內容。在具體實踐方面，教師要展示部分與學生已有概念相悖的事實或現象，制造認知沖突，幫助學生真正理解知識的本質，確保學生在面對認知沖突時，能有效地進行學習反思或問題糾正。所以，概念轉變教學方法在教育領域的應用，通常是以提升學生自主學習能力、引發學生思考與討論及積極開展團隊合作或活動為基礎，構建多元協同課程體系，引導學生利用已有認知范圍內的慣性思維，接收新的知識內容或正確的知識概念。實現提高學生學習質量及加速學習成果轉化的目的，有效幫助學生構建更科學的知識體系。

二、概念轉變教學方法在高中物理電磁學部分應用的現狀

（一）高中生物理知識學習的自主性有待提高

自新課改以來，高中生的學習自主性得到顯著提高。但從現實教育環境來看，物理學科對學生自主學習能力的培養，仍未達到較為理想的水平。其中，物理實驗項目單一、實驗內容缺少互動性及學生學習體驗不佳等現實問題，限制學生對物理知識的學習探索。從需求導向來看。培養學生學習自主性，根據學生的學習感受促進學生認知結構的發展及完善，恰恰是概念轉變教學的重中之重。因此，高中生物理知識學習的自主性不足的問題，降低概念轉變教學在高中物理教學中的應用有效，使對物理知識的學習仍然停留于固有認知，許多學生無法通過物理實驗與實驗互動形成遞進式學習思維，導致知識概念學習能力、知識識別能力有所下降。最終，讓概念轉變教學在物理教學中的運用流于形式，難以發揮教育引導作用。

（二）高中物理的遞進式教學機制不完善

概念轉變教學應引導學生實現從舊有概念向更科學、更合理的新概念進行轉變，進一步強化學生在學習過程中的主動性及建構性，通過創設情境、實驗探究、引導討論等多種方式，幫助學生深入理解新知識。概念轉變本質上是逐級遞進的學習過程，通過逐漸發現舊有概念的不足之處，接受并理解新概念[2]。然而，部分高中物理教師在電磁學部分的教學，實際上未能基于階段式遞進做好多維度的教學設計，而是依然采用跳躍式教學，直接從基礎知識學習向復雜知識應用進行過渡。其中，學生知識轉化及概念轉變的過程被省略。學生對高中物理電磁學部分的知識學習，僅僅是形成相對基礎的知識框架，尚不具備對知識的靈活運用能力。導致部分學生雖然在課堂問答、課堂互動方面具有良好表現。一旦教師在課后復習中提出學生認知范圍之外的新問題，部分學生便產生“思緒斷片、一時語塞”的情況。長此以往，高中物理電磁學部分的教學質量勢必大打折扣，學生的學習能力也難以得到顯著提升。

（三）高中生物理知識學習體驗較差

物理知識學習難度及學習門檻相對較高。概念轉變教學方法的運用，需要將幫助學生跨越學習門檻及降低知識學習難度作為課程教學的第一原則。但部分高中物理課程教學設計，往往傾向于利用概念轉變教學方法拓展知識的輸出路徑或豐富教學內容，未能充分重視學生的學習體驗與學習感受，使學生對部分高中物理電磁學知識學習長期處于“半知半解，朦朦朧朧”的狀態。久而久之，隨著高中物理知識內容的不斷增多，學生對知識的學習將陷入瓶頸，概念轉變將難以從扁平視角進行新概念的構建，而是僅能從舊概念中把原有知識內容與現有知識內容進行強制融合。最終，使部分學生既不清楚物理知識的實踐應用過程，也不理解部分電磁學知識的應用原理。多數學生僅能機械地對物理電磁學的知識進行運用，無法有效進行知識表達或對知識學習形成獨到見解。

三、概念轉變教學方法在高中物理電磁學部分應用的優化策略

（一）加強學生基于能力導向的自主實踐

認知差異是高中生物理知識學習核心影響因素。概念轉變是將學生現有認知范圍內的知識要素進行聚合，以學生能理解的話語進行教育表達，增強學生的學習理解能力[3]。所以，概念轉變教學要結合學生個人能力及學習認知，進行自主實踐的學習項目設計，基于學生對實驗過程的知識積累增強學生的認知，為物理知識的概念轉變騰挪空間。以高二物理第二冊第二章《電磁感應》為例。首先，在教學開始之前，教師需要通過實驗設計了解學生對電磁感應現象、能量轉換的現有認知及知識儲備情況，并運用手搖發電機模型進行實驗設計。以“搖動手柄時，你感受到了什么力？這個力是如何傳遞到發電機中的？”這一題目為知識引導，先讓學生對《電磁感應》這一章的知識學習形成基本概念。再通過學生之間學習討論強化學習表達，同時，將學生的實驗結論、討論結果記錄在電子白板。其次，教師要通過對手搖發電機模型的拆解，講解齒輪、皮帶輪、鋼絲、轉子、定子、二極管、電容、電阻及電感之間的作用關系，詳細闡述各個不同構件在手搖發電機模型中的功能，再對學生記錄在電子白板上的實驗結論、討論結果進行解析，分析學生存在的學習誤區及問題。最后，預留“發電機內部發生了什么變化，導致電能的產生？”與“在這個過程中，機械能是如何轉換為電能的？”兩道實驗題，讓學生以小組互動的形式開展二次實驗，利用所學知識對問題內容進行解答。教師應在學生充分討論及實踐操作的基礎上，總結歸納出電磁感應現象中能量轉換的概念“當導體在磁場中運動時，會在導體中產生感應電動勢與感應電流，這個過程實現了機械能到電能的轉換”。以此，進一步解釋法拉第電磁感應定律及楞次定律，幫助學生理解電磁感應現象中的基本規律。因此，概念轉變教學法并非簡單地加強學生邏輯認知的轉換，而是依托學生實踐操作強化知識填充及知識內容滲透，加速學生從簡單概念的學習理解向復雜知識運用的成果轉化。最終，降低高中物理電磁學部分的知識學習門檻，拓寬學生的物理知識學習視野，為學生認知水平、實踐能力的提高及知識體系的完善，夯實基礎。

（二）加強階段式遞進的情境教學課程設計

物理學科概念轉變教學實踐，有效增強知識呈現的立體化，實現抽象物理知識概念的具現化教育表達。因此，教師要通過階段式遞進的情境教學，以轉變舊概念、構建新概念及應用知識概念為內容，將課程教學情境互動分為三個階段，按照學生各階段學習進度的變化，逐級遞進地開展教學設計，保證高中物理學科電磁部分知識教學的有效性。以高二物理的“動生電動勢”與“感生電動勢”的教學為例。在第一階段的“動生電動勢”教學情境創設方面，教師要展示一個U型導軌實驗裝置，導軌上放置一根金屬棒，導軌與金屬棒之間用絕緣材料隔離。當金屬棒在導軌上滑動時，與導軌連接的燈泡會亮起。而后，邀請學生上臺操作實驗，觀察燈泡的亮暗變化，并以四人為一個小組，讓學生繪制導體在磁場中運動的示例圖，按照導體的大小及運動速度改變示例圖的內容。以此，引出動生電動勢的概念，引導學生以小組為單位討論金屬棒滑動與電流產生之間的關系。在第一階段的“感生電動勢”教學情境創設方面，教師要展示一個線圈與燈泡串聯的電路，當線圈中的磁鐵快速插入或抽出時，燈泡會亮起，學生需要觀察磁鐵插入或抽出速度對燈泡亮暗的影響。同時，使用不同匝數的線圈重復以上實驗步驟，讓學生分析線圈匝數對磁場的影響。幫助學生理清磁鐵運動與電流產生的關系。在學生理解“動生電動勢”與“感生電動勢”基本知識概念之后，教師可以拋出“為什么同樣是電磁感應現象，卻有兩種不同的電動勢產生方式？”這一問題，引導學生從磁場變化、導體運動以及電動勢產生機制等方面進行實踐探索。其中，這一階段課程教學，主要是培養學生思維認知，幫助學生加強對“動生電動勢”與“感生電動勢”基礎概念的理解，讓概念的轉變能引起學生對知識的學習思考。第二階段的情境互動，要讓學生嘗試用不同材質的導體（如銅棒、鐵棒等）替換U型導軌實驗裝置中的金屬棒，觀察并記錄產生的電流變化。同時，讓學生對生活中利用“動生電動勢”或“感生電動勢”原理的設備或裝置進行列舉。加速對學生新概念的構建過程。第三階段的情境互動，需要教師將學生分為四個小組，每個小組以“探究磁場變化速率對感生電動勢大小的影響”為題設計一個物理實驗，并由四個小組交替完成不同實驗項目。以此，加深學生對“動生電動勢”與“感生電動勢”的記憶，為高中物理電磁學部分知識的鞏固提供支持。

（三）積極開展高中物理“以賽促學”實踐活動

概念轉變教學是以學生為中心構建課程教學體系，學生的學習體驗與感受，直接關乎概念轉變教學效果。教師可以通過積極開展高中物理的學習實踐活動，強化學生知識學習的沉浸感，并利用“以賽促學”的教育設計，有的放矢地開展教育布局[4]。以高二物理的“交變電流”知識應用為例。其一，活動設計要以“設計并制作一個基于交變電流原理的簡單電路”為內容，把展示電路中交變電流周期性、方向變化、有效值三項特性為主要競賽方向。并把電壓變換、電流測量、信號傳輸等特定功能的實現情況作為評價依據。其二，在評價標準方面，教師要以“電路設計的獨特性與創新性及是否巧妙地運用了交變電流的原理”“電路能否清晰地展示交變電流周期性、方向變化、有效值的特性”及“電路是否實現了電壓變換、電流測量、信號傳輸等預期功能”三項內容為依據。其三，活動將以團隊合作的方式進行，教師要將拔尖學生、中等生及學困生交替分配在各個不同小組，強化學生之間認知沖突，進一步借助交變電流電路的制作，運用實踐活動闡述交變電的產生原理、變化規律及峰值、有效值等知識內容。同時，讓學生在制作電路的過程中學會看懂正弦式交變電流的公式與圖像，幫助學生利用電感器、電容器及扼流圈等構件，設計一個具有創新性、可拓展性的簡單電路設備。其四，教師要將各小組設計的交變電流的電路進行比較，選擇最優者給予精神與物質獎勵，并將其作為教師教具永久用于后續教學工作，增強學生的成就感與榮譽感。因此，積極開展高中物理“以賽促學”實踐活動的目的，是將學生對高中物理電磁學部分的個人理解、見解融入學習實踐，有效為學生知識的學習表達與運用提供一個良好平臺。使學生能在與其余學生開展互動的過程中，不斷強化對知識概念的學習轉化，增強概念轉變教學方法在高中物理電磁學部分中的應用有效性，為學生走出知識學習誤區、樹立正確的理解提供幫助。此外，學生設計的簡單交變電路，亦可用于后續變壓器原理、電能的輸送等關鍵知識的學習，為學生從更多維度進行知識的理解與學習創造有利條件。

結束語

綜上所述，概念轉變教學法對學生課程知識的修正，極大地提升高中物理電磁學部分教學的趣味性、互動性，讓每一位高中生均能體驗物理學知識學習的魅力，激發學生知識學習的探索欲、求知欲，使高中生具備獨立解決各類學習問題、難題的能力，有利于強化學生學習反思及批判能力，為學生更好地掌握電磁學知識應用技巧、積累知識應用經驗夯實基礎。

參考文獻

[1]任虎虎，汪明.概念轉變視角下的高中物理單元整體教學探索[J].物理通報，2024（8）：147-151.

[2]劉金梅，鐘薛娟，王琳溢.基于“教-學-評”一致性理念的迷思概念轉變教學分析[J].物理教師，2024，45（5）：22-26.

[3]黃子珊，許桂清.基于概念轉變的高中物理演示實驗POEA教學策略[J].物理實驗，2023，43（6）：58-62.

[4]楊在碧.高中物理電磁核心概念教學探討[J].高中數理化，2019（4）：112.