科學(xué)探究安培力的教材二次開發(fā)
——從驗(yàn)證到探究的轉(zhuǎn)化

黃哲生

（晉江市第二中學(xué)，福建晉江362200）

科學(xué)探究安培力的教材二次開發(fā)
——從驗(yàn)證到探究的轉(zhuǎn)化

黃哲生

（晉江市第二中學(xué)，福建晉江362200）

本文通過一堂科學(xué)探究課的同課異構(gòu)案例，論述了教材的二次開發(fā)能有效地幫助人們擺脫科學(xué)探究課中通常的驗(yàn)證式思維的慣性，挖掘出科學(xué)探究課中豐富的科學(xué)探究思維，使課堂變得生動(dòng)和豐富并充滿科學(xué)光輝。從而闡明教材的二次開發(fā)及其研究探討有著非常重要的意義和價(jià)值。

驗(yàn)證；探究；二次開發(fā)；學(xué)科思維

在高中物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)知通常采用兩種實(shí)驗(yàn)方法：一類是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，另一類是探究性實(shí)驗(yàn)。兩者比較，探究性實(shí)驗(yàn)在知識(shí)的建構(gòu)、過程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀的教育上更有優(yōu)勢(shì)，因此在本次課改中，原先教材中占有非常大比重的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，正在漸漸淡出，而探究性實(shí)驗(yàn)越來(lái)越多地出現(xiàn)在教材中。但教材中提供的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容仍然是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的低級(jí)進(jìn)化，通常按提出問題、猜想與假設(shè)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、得出結(jié)論這幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，而探究過程中蘊(yùn)含的豐富的探究思維的環(huán)節(jié)，如如何進(jìn)行收集和處理數(shù)據(jù)、如何尋找規(guī)律、如何進(jìn)行理論架構(gòu)則有所忽略或淡化。教師若不做教材的二次開發(fā)研究進(jìn)行教學(xué)，科學(xué)探究課往往上成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證課。那么，如何讓科學(xué)探究課真正地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，引導(dǎo)學(xué)生尋找規(guī)律、理論架構(gòu)，并在其中貫穿科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法論的教育，從而發(fā)揮出科學(xué)探究課的教育價(jià)值，的確是值得思考和探討的重要課題?；诖耍P者認(rèn)為在原教材的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的研究是極具有意義和價(jià)值的?，F(xiàn)以魯科版高中選修3-1第六章第一節(jié)探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用中的科學(xué)探究安培力一節(jié)的教學(xué)研究為例來(lái)進(jìn)行闡述。

1、探究左手定則

第一次上課：

師：同學(xué)們可以猜想一下，安培力的方向可能跟什么因素有關(guān)呢？

請(qǐng)同學(xué)們做大膽的預(yù)測(cè)，然后我們?cè)龠M(jìn)行驗(yàn)證。有沒有誰(shuí)有想法？

（學(xué)生思考）

師：請(qǐng)這位同學(xué)說一下。

生：電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。

（教師板書：）

安培力方向：電流方向磁感應(yīng)強(qiáng)度方向

師：讓我們通過實(shí)驗(yàn)來(lái)研究一下，看這位同學(xué)的預(yù)測(cè)是否正確。

（教師做實(shí)驗(yàn)）

師：同學(xué)們，通過實(shí)驗(yàn)，剛才這位同學(xué)的預(yù)測(cè)正確，安培力方向的確與電流方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向有關(guān)。這三個(gè)方向的關(guān)系，可以用左手定則來(lái)判斷。來(lái)伸開你們的左手，讓拇指與其余四個(gè)手指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，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(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力方向。

教研中的評(píng)價(jià)：

這樣上課基本上是按教材內(nèi)容開展的，沒有任何創(chuàng)新，對(duì)左手定則的科學(xué)探究停留在較低層次，總體仍然是在驗(yàn)證左手定則，學(xué)生獲得的學(xué)科思維培養(yǎng)較少。

二次開發(fā)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(lái)研究安培力的方向，安培力的方向可能跟哪些因素有關(guān)呢？

（學(xué)生思考）

師：顯然安培力是磁場(chǎng)對(duì)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(qǐng)同學(xué)們做大膽的預(yù)測(cè)，然后我們做驗(yàn)證，請(qǐng)同學(xué)們大膽說出你們的想法，安培力可能跟哪些因素有關(guān)？

生：電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向

師：接下來(lái)讓我們做實(shí)驗(yàn)研究一下，驗(yàn)證這位同學(xué)的預(yù)測(cè)是否正確。結(jié)合同學(xué)們的預(yù)測(cè)，有多個(gè)物理量可以影響到導(dǎo)線受力方向，用什么方式研究呢？

生：控制變量法

師：對(duì)。首先我們控制磁場(chǎng)方向不變……

師一邊演示實(shí)驗(yàn)，一邊引導(dǎo)學(xué)生觀察，一邊用幻燈打出四幅圖，并引導(dǎo)學(xué)生填導(dǎo)學(xué)案。

師：這四個(gè)實(shí)驗(yàn)，使我們確確實(shí)實(shí)看到了安培力方向與磁場(chǎng)方向、電流方向都有關(guān)系，那么它們之間的關(guān)系到底滿足怎樣的規(guī)律呢？

（學(xué)生思考）

師：接下來(lái)，我用儀器演示一下，我們用三種顏色不同的箭頭（塑料棒）來(lái)表示，其中F用黃，I用紅，B用藍(lán)色的箭頭。

師先按第一幅圖搭建完成一個(gè)三維模型。

師：接下來(lái)由三位同學(xué)來(lái)完成剩下的三幅圖的模型搭建。

（三個(gè)同學(xué)到臺(tái)上搭建模型）

師：同學(xué)們，我們這四個(gè)模型看起來(lái)一樣嗎？

生：不一樣。

師：你們轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，看看能不能轉(zhuǎn)到跟老師一樣。

（三個(gè)同學(xué)開始轉(zhuǎn)動(dòng)手上的三維模型）

師：同學(xué)們看看，我們四個(gè)都一樣了。

師：這就意味著它們?nèi)叩目臻g方向關(guān)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(gè)三垂直的關(guān)系呢？請(qǐng)比劃一下。

（學(xué)生思考）

師：偉大的物理學(xué)家想到一個(gè)方法：左手定則，來(lái)伸開你們的左手……

教研中的評(píng)價(jià)：

二次開發(fā)后的課更能激發(fā)學(xué)生的積極思維，科學(xué)探究更加充分。這樣的教學(xué)教師已不是在驗(yàn)證左手實(shí)則，而是在引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、描述現(xiàn)象、物理建摸、尋找復(fù)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(xué)探究課。

2、探究F=I LB

第一次上課：

教師做實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)，并寫在黑板上。

（注：傳感器的應(yīng)用使測(cè)量相當(dāng)精確，從而發(fā)現(xiàn)F∝I和F∝L）

教師歸納并板書：

實(shí)驗(yàn)1：B、L控制不變，發(fā)現(xiàn)F∝I

實(shí)驗(yàn)2：B、I控制不變，發(fā)現(xiàn)F∝L

實(shí)驗(yàn)3：F隨著B的增大而增大

教師補(bǔ)充說明：精確的實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)：

這樣上課基本上是按教材內(nèi)容開展的，沒有進(jìn)行教材的二次開發(fā)，對(duì)F=I LB是在驗(yàn)證，不是在探究。學(xué)科思維的教育貧乏。

二次開發(fā)后的課：

教師通過詳細(xì)而精確的實(shí)驗(yàn)（借助傳感器），叫一個(gè)學(xué)生配合收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填寫在黑板上，而后引導(dǎo)學(xué)生研究數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并引導(dǎo)學(xué)生求比值F/I L，尋找并發(fā)現(xiàn)規(guī)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(fā)現(xiàn)，比值F/I L是一個(gè)定值。

教師：在同一磁場(chǎng)中，比值F/I L一定，不同的磁場(chǎng)中比值F/I L不同，可見這個(gè)比值是由磁場(chǎng)本身決定的，在電流I，導(dǎo)線長(zhǎng)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(chǎng)越強(qiáng)，因而這個(gè)比值可以表示空間某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。即定義磁感應(yīng)強(qiáng)度B=F/I L。

由B=F/I L通過數(shù)學(xué)變換得：F=I LB。

教研中的評(píng)價(jià)：

二次開發(fā)后的課明顯是在引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣尋找規(guī)律、科學(xué)家那樣進(jìn)行理論架構(gòu)，課堂充滿了科學(xué)的光輝。高中物理涉及的原理或規(guī)律前人早已探究完畢，學(xué)生學(xué)習(xí)這些知識(shí)不僅僅是記住其結(jié)論，更重要的是學(xué)科思維的培養(yǎng)，只有深入地進(jìn)行教材的二次開發(fā)，變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，才能挖掘到這些思維，把課上出濃烈的物理味，充分地對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)科思維的培養(yǎng)。

教材的二次開發(fā)有效地幫助我們擺脫了傳統(tǒng)教學(xué)中的驗(yàn)證式思維慣性，讓物理課堂變得生動(dòng)和豐富，散射出璀璨的科學(xué)光輝。教材的二次開發(fā)及其研究探討有著非常重要的意義和價(jià)值。

［1］張憲魁.物理科學(xué)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(xué)設(shè)計(jì)與案例分析［M］.北京：高等教育出版社，2003.

（責(zé)任編輯：詹國(guó)榮）