滲透科學方法 落實核心素養(yǎng)

馬麗梅

[摘 要]文章以“幾種常見的磁場”的教學為例，探討了類比法、微元法、疊加法等科學方法的教學，以此強調教師應該善于以物理知識的探索為載體，引導學生感悟隱含于其中的方法和思想，這樣不但有助于學生理解知識，更有助于培養(yǎng)學生的能力。

[關鍵詞]磁場；科學方法；核心素養(yǎng)

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）32-0044-02

如果和高中生就“物理學習難在何處”進行交流，那么大部分學生會說：“電場和磁場是物理學習中難度最大的內容。”原因是，太過抽象，也正因為其非常抽象，在教學中就必然涉及大量的科學研究方法。運用相應的科學方法進行教學，一方面能降低該節(jié)內容的學習難度，另一方面可以此為契機，讓學生較為充分地接受科學方法的教育。對學生而言，在他們的后續(xù)發(fā)展中，他們也許很難再系統(tǒng)化地接觸物理知識，但是沉淀在他們思維中的科學方法將指引他們在自己的人生道路上穩(wěn)步前行，所以我們有必要抓住契機，做好科學方法教育。

一、通過類比法，幫助學生認識磁感線

磁感線是研究磁場最有效的一種手段，它是對磁場的一種具體化描述，學生在初中階段也接觸過，但是時過境遷，不少學生已經遺忘了。為此，我們就必須考慮到學生已經對電場線有了較好的認識，所以我們可以指導學生由此出發(fā)，通過類比來認識和理解磁感線。當然，就類比法來講，我們一方面要讓學生發(fā)現(xiàn)知識點之間的相似之處，另一方面也要指導學生發(fā)現(xiàn)二者之間的差別。這樣的處理可以讓學生的認識更加清晰，且能避免思維定式的干擾。教學中，我們可以由電場線來組織提問，由此切入正題，我們可以這樣來組織問題：

（1）電場線是怎樣畫出來的？它真實存在嗎？怎樣從電場線發(fā)現(xiàn)電場特點？電場線有著怎樣的基本規(guī)律？

（2）我們應怎樣描述磁場？

（3）如何從磁感線上看出磁場的特點？

通過以上三個問題，引導學生從類比的角度完成切入，讓學生初步接納磁感線，然后通過鐵粉實驗模擬磁體外側磁感線的存在，從而讓學生形成一個相對形象化的認識。最后，還要讓學生在討論中完成對磁感線和電場線的對比，以加深學生的理解。

二、通過微元法，讓學生區(qū)分通電直導線和環(huán)形電流的磁場特點

電流的磁場是學生學習的重點，具體操作中需要用到安培定則，但是對通電直導線和環(huán)形電流這兩種情況，學生不易把握，同樣是使用右手，但是基本對應關系有差別。當我們采用安培定則判斷通電直導線所產生的磁場時，是用右手握住直導線，伸直的拇指對應著電流的方向，彎曲的四指對應周圍磁感線的環(huán)繞方向；如果是用安培定則分析環(huán)形電流所產生的磁場，則是用右手去握環(huán)形電流，彎曲的四指對應環(huán)形電流的方向，伸直的拇指則對應環(huán)形電流軸線處磁感線的方向。

上述兩種操作，很容易讓初次接觸的學生產生混亂，長期如此，學生將無法精準把握住四指和拇指分別對應什么。對此，可以引導學生采用微元法分析，讓他們充分意識到長直導線和環(huán)形導線之間的關聯(lián)，即可以對環(huán)形電流進行分割，只要分割的段落足夠短，那么就可以將其視為一段段直導線，然后可采用直導線磁場的判斷方法來處理，最終將所有直導線磁場的結論進行疊加即可完成任務。

在物理研究過程中，很多問題的處理都要用到微元思想，在上述問題的處理過程中，可引導學生展開分析和比較，促使學生發(fā)現(xiàn)兩種不同形式電流之間的關聯(lián)，避免學生的認識發(fā)生混淆，同時還可以訓練學生的思維，提升他們對微元法的理解。為了讓學生在學習過程中能夠自主發(fā)現(xiàn)相關方法的應用，筆者認為可以這樣設計問題：在學習過用安培定則判斷直線電流產生磁場的前提下，應如何分析環(huán)形電流，然后采用類似的方法來分析它所產生的磁場。這樣的問題直接將學生的思維導向“化曲為直”的微元法，學生主動而積極地探求聯(lián)系、形成結論。最后，我們再將安培定則有關環(huán)形電流的分析呈現(xiàn)出來，讓學生比較并掌握知識的脈絡。

三、通過疊加法，讓學生從環(huán)形電流的磁場認識通電螺線管磁場

很多教師在引導學生認識通電螺線管的磁場時，很是含糊，這是什么原因呢？筆者認為，這可能是部分教師認為，學生在初中階段重點學習過通電螺線管，而且強調過用右手螺旋定則判斷磁場方向。所以，很多教師認為一筆帶過即可，但是筆者認為，教材關于這塊內容，先講直線電流，再講環(huán)形電流，最后講通電螺線管，是有深意的，在實際教學中，教師需要引導學生由環(huán)形電流磁場的分析發(fā)展到通電螺線管磁場的分析，由此讓學生自己發(fā)現(xiàn)關聯(lián)，體會隱含在其中的科學方法——疊加法。

為了幫助學生聯(lián)想，我們可以提出問題：當你們已經明確環(huán)形電流的磁場特點之后，該如何研究通電螺線管的磁場特點呢？這句話的潛臺詞就是需要學生將思維遷移一下，借助已有結論完成問題的解釋。學生自然也就想到，環(huán)形電流其實就是最特殊的通電螺線管，只是其匝數(shù)只有一匝而已。因為通電螺線管可視為是環(huán)形電流的串聯(lián)結構，所以有關環(huán)形電流的判斷結果經過疊加處理后，可以適用于通電螺線管。

上述方法有助于學生理解相關知識，在電磁感應中，經常需要將多匝線圈視為多個單匝線圈的串聯(lián)，甚至視為多個電源的串聯(lián)。在這一章節(jié)滲透這一思想方法，有助于學生提前認識，這樣在后續(xù)內容的學習過程中，學生的理解和分析會更加高效。

四、通過歸納法，引導學生總結磁感線的特點

歸納法是總結和提煉物理知識規(guī)律的重要手段，在本節(jié)內容的學習過程中，學生會接觸到若干種磁場，對應這些磁場，教師一方面要指導學生理解其基本特點，比如要記住條形磁鐵的磁場分布、勻強磁場的磁場分布等；另一方面也要指導學生結合這些具體磁場的實際情況，展開總結，最終提煉出較為普遍的結論。

磁感線是本節(jié)較為重要的內容，在教學過程中，我們可以將一些典型磁場的磁感線投影在屏幕上，引導學生展開比較分析，指導他們自主展開歸納思考。當然，有的內容，學生可能無法一眼看穿，教師要引導學生有針對性地觀察和分析，比如學生很少考慮磁體內部的磁場特征，我們就可以直接告訴學生：通電螺線管的磁場分布和條形磁鐵存在相似性，由此我們還可以借助通電螺線管內部的磁場特點來研究條形磁鐵內部的磁場特征。學生在此基礎上形成結論：磁感線是一根封閉的曲線，在磁體的外部，磁感線由N極出發(fā)，終止于S極；在磁體的內部，磁感線由S極出發(fā)，終止于N極。結合諸如此類的分析，學生能更加主動地歸納出磁感線的基本特點，并自發(fā)地完成磁感線和電場線的比較：（1）這兩種線都是人們?yōu)榱死斫獬橄髮ο蠖O想出來的；（2）這兩者的切線方向都對應場的方向，疏密程度反映場的強度；（3）磁感線是封閉的曲線。

以上是實施科學方法教育的一個例子，在日常物理課堂上，教師要善于發(fā)掘科學方法教育的素材，并巧妙設計，將某些方法進行顯化處理，引導學生在科學探究的過程中，主動而自發(fā)地運用相關方法分析問題。長此以往，學生將反復經歷科學方法和理性思維的洗禮，他們的思維品質將因此而提升，探究意識也將更加強烈，同時他們對物理知識也將形成更加深刻而本質的認識和理解。

[ 參 考 文 獻 ]

喬通，邢紅軍.初中物理教學中應用物理知識的科學方法教育內容研究[J].物理教師，2011（1）：18-19+21.

（責任編輯 易志毅）