“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)中的科學(xué)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(xué),江蘇　蘇州　215021；(2. 南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院,江蘇　南京　210097)

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“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)中的科學(xué)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(xué),江蘇蘇州215021；(2. 南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院,江蘇南京210097)

摘要：本文基于科學(xué)方法教育的視角,分析了2011年江蘇省高中物理優(yōu)質(zhì)課評(píng)比活動(dòng)中“磁感應(yīng)強(qiáng)度”的7個(gè)課堂視頻實(shí)錄,從概念教學(xué)中的課堂引入、實(shí)驗(yàn)探究和概念建立三個(gè)方面，例談“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)的科學(xué)方法教育,分析科學(xué)方法教育的實(shí)際情況,對(duì)高中物理科學(xué)方法教育提出建議.

關(guān)鍵詞：磁感應(yīng)強(qiáng)度;科學(xué)方法教育;教學(xué)視頻

1引言

唐代韓愈曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“師者,所以傳道、授業(yè)、解惑也.”強(qiáng)調(diào)教師的首要任務(wù)是“傳道”,而“道”正是指方法.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置的三維課程目標(biāo)明確了“過(guò)程與方法”的重要性.高中物理課堂教學(xué)是教師教授方法、學(xué)生學(xué)會(huì)技能的重要平臺(tái).物理科學(xué)方法就是研究物理現(xiàn)象、描述物理現(xiàn)象、實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)、總結(jié)物理規(guī)律、檢驗(yàn)物理規(guī)律時(shí)所應(yīng)用的各種手段和方法.結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)、高中物理教材和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》,筆者認(rèn)為高中物理教學(xué)中常見(jiàn)的科學(xué)方法有10種:觀察法、實(shí)驗(yàn)法、理想化方法、類(lèi)比方法、控制變量法、比值定義法、等效轉(zhuǎn)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(xué)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(zhì)課評(píng)比中7位教師“磁感應(yīng)強(qiáng)度”課堂教學(xué)實(shí)錄,分析教學(xué)過(guò)程中涉及的科學(xué)方法,以期為中學(xué)教師開(kāi)展科學(xué)方法教育提供參考.

2“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)中的科學(xué)方法教育

兩年一度的高中物理江蘇省優(yōu)質(zhì)課評(píng)比活動(dòng)是一線(xiàn)教師課堂教學(xué)水平展示的重要平臺(tái),為科學(xué)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(yīng)強(qiáng)度”的教學(xué)錄像中,筆者發(fā)現(xiàn)教師們對(duì)中學(xué)課堂教學(xué)中要落實(shí)科學(xué)方法教育已達(dá)成共識(shí),但對(duì)于科學(xué)方法教育采取的形式和內(nèi)容又各有特色.

2.1課堂引入,運(yùn)用科學(xué)方法創(chuàng)設(shè)物理情境

課堂引入作為一節(jié)物理課的開(kāi)端,往往能激發(fā)學(xué)生興趣,落實(shí)課堂教學(xué)目標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生高效學(xué)習(xí).本節(jié)課使用科學(xué)方法進(jìn)行物理課堂的引入,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)法能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;運(yùn)用演繹推理法能推動(dòng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的理論探究,為探究實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展提供保障,提升學(xué)生的邏輯推理水平;借鑒教材的優(yōu)質(zhì)資源,運(yùn)用理想化方法可構(gòu)建電流元概念.

(1) 運(yùn)用實(shí)驗(yàn)法，有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

授課教師主要采用實(shí)驗(yàn)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,借助多媒體投影進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),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€(gè)數(shù)或者觀察能否吸起物體來(lái)判斷磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,得出磁場(chǎng)具有強(qiáng)弱之分.運(yùn)用直觀的物理現(xiàn)象能引起學(xué)生認(rèn)知的共鳴,產(chǎn)生較強(qiáng)的求知欲望.少數(shù)教師根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),利用視頻和圖片展示電磁起重機(jī)、磁鐵等生產(chǎn)、生活中常見(jiàn)的利用磁場(chǎng)的工具,明確知識(shí)的實(shí)用性以及對(duì)工業(yè)發(fā)展的巨大推動(dòng)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(gè)數(shù)來(lái)表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,新穎的實(shí)驗(yàn)器材既體現(xiàn)教師的聰明才智,也讓學(xué)生對(duì)新知識(shí)產(chǎn)生好奇.

(2) 運(yùn)用演繹推理法,注重理論探究

課堂教學(xué)中教師經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,但很少有對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)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(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.例如，教師指出:如果磁場(chǎng)和導(dǎo)體棒長(zhǎng)度不變,電流增大為兩倍,相當(dāng)于兩個(gè)導(dǎo)體棒并聯(lián),安培力的大小變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍,所以安培力的大小正比于電流的大小;如果磁場(chǎng)和電流強(qiáng)度的大小不變,導(dǎo)體棒長(zhǎng)度增大為兩倍,相當(dāng)于兩個(gè)導(dǎo)體棒串聯(lián),安培力的大小就變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍,所以安培力的大小正比于導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度.演繹推理法能夠鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力,提升對(duì)問(wèn)題的分析深度.

(3) 運(yùn)用理想化方法,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

利用檢驗(yàn)電荷，分析其所受的靜電力來(lái)研究電場(chǎng)的性質(zhì).小磁針在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn),但N極不能單獨(dú)存在,因而不可能測(cè)量N極受力的大小,也不可能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.教師借鑒教材中提供的方法,磁場(chǎng)除了對(duì)磁體有作用力,還對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)有力的作用,運(yùn)用理想化模型，可用很短一段通電導(dǎo)線(xiàn)來(lái)檢驗(yàn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱.定義把很短一段通電導(dǎo)線(xiàn)中的電流I與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度L的乘積IL叫作電流元,應(yīng)用理想化方法解決實(shí)驗(yàn)法的缺陷.

2.2實(shí)驗(yàn)探究,彰顯科學(xué)方法教育功能

學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究作為本節(jié)課的主要組成部分,科學(xué)方法可有效發(fā)揮教育功能,學(xué)生熟悉的控制變量法可助推學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解,正確梳理實(shí)驗(yàn)操作步驟;等效轉(zhuǎn)換法降低了實(shí)驗(yàn)操作的難度系數(shù),為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展創(chuàng)造機(jī)會(huì);利用多媒體技術(shù)的先進(jìn)手段,清晰直觀分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),挖掘各物理量的隱含關(guān)系.

(1) 運(yùn)用控制變量法,明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程

控制變量法作為中學(xué)階段學(xué)生接觸最多的科學(xué)方法之一,在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中經(jīng)常使用.在探究影響通電導(dǎo)線(xiàn)受力大小的因素的實(shí)驗(yàn)中,教師引導(dǎo)學(xué)生得出影響通電導(dǎo)線(xiàn)受力的因素有通電導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度、電流的大小和磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,要求學(xué)生使用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并規(guī)范控制變量法的使用,先保持通電導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度不變,改變電流的大小;然后保持電流不變,改變通電導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度.學(xué)生通過(guò)控制變量法明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程,科學(xué)方法教育促進(jìn)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解.

(2) 運(yùn)用等效轉(zhuǎn)換法,提升實(shí)驗(yàn)可操作性

圖1

(3) 運(yùn)用圖像法,優(yōu)化數(shù)據(jù)處理

授課教師在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中均使用圖像法,依據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)的導(dǎo)線(xiàn)受力F,電流大小I,通電導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)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(guān)系.同時(shí),授課教師都借助現(xiàn)代教育技術(shù),使用Excel作圖，得出相應(yīng)物理量間的關(guān)系,所作出的圖像清晰明了.在教師專(zhuān)業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程中,信息技術(shù)整合到物理教學(xué)中越來(lái)越被重視,基于物理課堂的實(shí)際情況,信息技術(shù)能夠有效幫助教師呈現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu),幫助學(xué)生理解物理知識(shí).

2.3在概念建立過(guò)程中加強(qiáng)科學(xué)方法教育,促進(jìn)知識(shí)理解

概念的建立過(guò)程是學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解與運(yùn)用的過(guò)程,正確使用科學(xué)方法，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握.依據(jù)比值定義法的特點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義具備比值定義概念的特性,學(xué)生通過(guò)科學(xué)方法的應(yīng)用，理解概念的本質(zhì)特征;再用類(lèi)比法幫助學(xué)生梳理電磁知識(shí)體系,把握物理知識(shí)的重難點(diǎn),達(dá)到相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo).

(1) 運(yùn)用比值定義法,凸顯概念本質(zhì)

初中物理對(duì)速度、密度、壓強(qiáng)、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(diǎn)凸顯該概念的本質(zhì),磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)所受作用力的大小與通電導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度和通電電流大小乘積的比值,但與其三者并無(wú)相應(yīng)的比例關(guān)系,磁感應(yīng)強(qiáng)度反映了磁場(chǎng)的一種物理屬性.

(2) 運(yùn)用類(lèi)比法,優(yōu)化電磁知識(shí)體系

簡(jiǎn)單來(lái)講,類(lèi)比是由已知來(lái)推測(cè)未知,前提是已經(jīng)理解已知.教師采用類(lèi)比法,類(lèi)比電場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容,梳理磁感應(yīng)強(qiáng)度的內(nèi)容.如圖2所示，教師在講授電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí),將電場(chǎng)類(lèi)比重力場(chǎng),學(xué)生對(duì)重力場(chǎng)較為熟悉,電磁知識(shí)由于知識(shí)抽象、概念復(fù)雜、計(jì)算繁瑣，往往是教師覺(jué)得難教,學(xué)生感覺(jué)難學(xué).教師有意識(shí)地將磁場(chǎng)與電場(chǎng)進(jìn)行類(lèi)比,利用學(xué)生已有的電場(chǎng)前概念,有效搭建學(xué)習(xí)階梯，幫助學(xué)生理解磁感應(yīng)強(qiáng)度知識(shí),同化電磁知識(shí)體系.

圖2

3對(duì)高中物理科學(xué)方法教育的思考

所謂科學(xué)方法教育的隱性方式,就是按照科學(xué)方法的一般程序去組織概念、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程,但不去揭示所用方法的程序,不點(diǎn)出各階段具體方法的名稱(chēng).觀察課堂教學(xué)實(shí)錄發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行科學(xué)方法教育時(shí),教師會(huì)點(diǎn)出部分科學(xué)方法的名稱(chēng),如常見(jiàn)的控制變量法和實(shí)驗(yàn)法等,但對(duì)大多數(shù)方法的使用是模棱兩可的,既未明確方法的名稱(chēng),也沒(méi)有告知學(xué)生方法使用的范圍和注意點(diǎn),都是屬于科學(xué)方法的隱性教育方式，這與研究者基于《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的研究結(jié)果一致.

3.1注重科學(xué)方法教育的選擇性

科學(xué)方法教育的選擇性主要體現(xiàn)在科學(xué)方法種類(lèi)與實(shí)施時(shí)機(jī)的選擇.由于教材在編排時(shí),學(xué)生先學(xué)習(xí)電場(chǎng)后學(xué)習(xí)磁場(chǎng),而電場(chǎng)和磁場(chǎng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)具有高度的對(duì)稱(chēng)性.教師可利用類(lèi)比法來(lái)構(gòu)建磁感應(yīng)強(qiáng)度的知識(shí)框架.磁場(chǎng)內(nèi)容比較抽象,還涉及復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題,是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn),也是難點(diǎn).類(lèi)比電場(chǎng)強(qiáng)度學(xué)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度能夠有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的鞏固消化.科學(xué)方法的選擇性對(duì)科學(xué)方法教育的實(shí)施顯得尤為重要,會(huì)影響學(xué)生對(duì)新知識(shí)的獲取.教師需要考慮知識(shí)結(jié)構(gòu)、課堂環(huán)境和學(xué)生實(shí)際情況等,才能有效開(kāi)展科學(xué)方法教育.

3.2提升教師專(zhuān)業(yè)化

授課教師在高中物理教學(xué)中滲透科學(xué)方法的教育,貫徹落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)中“過(guò)程與方法”的課程目標(biāo).但目前科學(xué)方法教育的實(shí)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(yùn)用控制變量法探究影響通電導(dǎo)線(xiàn)受力的因素時(shí),大部分教師進(jìn)行了分析,但只有一位教師在引導(dǎo)學(xué)生得出影響通電導(dǎo)線(xiàn)受力的3個(gè)因素后,要求學(xué)生使用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.由于各種原因,多數(shù)物理教師開(kāi)展科學(xué)方法教育還存在一些問(wèn)題,打造提升科學(xué)方法教育的教師專(zhuān)業(yè)化是必不可少的.

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