如何有效建立概念
——以“磁感應(yīng)強度”的教學為例

艾 蒂，韓敘虹

（1.北京市朝陽外國語學校；2.北京市第八十中學）

一、問題的提出

概念是思維的細胞，是進入理性認識的第一步，從某種意義上來說，物理規(guī)律是物理概念之間的聯(lián)系。對學生來說，物理概念又是感到最困難的知識，如果不使學生首先掌握物理概念，就不可能進一步學習和掌握物理規(guī)律，因此，如何將概念傳授給學生就顯得至關(guān)重要。

磁感應(yīng)強度是高中物理一個重要的概念，也是一個難理解的概念。磁感應(yīng)強度這個概念的理解與否，決定了學生對磁場的認識程度，同時，它的建立也是研究安培力和洛倫茲力的基礎(chǔ)。怎樣才能有效地建立磁感應(yīng)強度這個概念呢？筆者以為，在教學上，可以采取從電場強度的定義類比到磁感應(yīng)強度的定義，讓學生既經(jīng)歷物理概念建立的過程，又體驗物理學科的思維過程。

二、遵循科學建模過程，是建立概念的核心

科學建模過程其實就是物理學家建立概念規(guī)律的思考過程，我們在課堂建立一個新概念時，若能讓學生體會到科學建模的過程，即體會到了物理學家的思考過程，這對學生深入理解概念是非常重要的。科學建模過程分為以下幾步：

第一，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象并利用抽象概念解釋：小磁針放入磁場中會轉(zhuǎn)動，通電導線放入磁場中會運動，利用“磁場力”或“安培力”解釋小磁針和通電導線會運動的原因。

第二，探究實驗：探究磁場力與哪些因素有關(guān)，經(jīng)實驗探究發(fā)現(xiàn)通電導線受到的安培力與其電流成正比，與導線長度成正比，與在場中的位置有關(guān)。

第三，建立模型：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，利用相關(guān)物理量，建立新的概念或規(guī)律。磁感應(yīng)強度的建

第四，模型檢驗：檢驗磁感應(yīng)強度概念的合理性。通過實驗發(fā)現(xiàn)通電導線方向與磁場方向的關(guān)系影響安培力的大小，當通電導線和磁場方向平行時安培力為零，當通電導線和磁場方向垂直時安培力最大。

第五，模型重建：經(jīng)過不斷的檢驗，對模型重新調(diào)整，為模型成立增加條件。磁感應(yīng)強度的定義：當通電導線與磁場方向垂直

三、運用類比法是建立概念的重要方法

磁感應(yīng)強度這個概念是利用比值定義法建立的，比值定義法是建立物理概念的常用方法之一，且有一定的難度。而學生不久前剛利用比值定義法建立了電場強度。因此，利用類比法既有助于學生建立磁感應(yīng)強度的概念，又有助于對比值定義法的理解。

1.由教師帶領(lǐng)學生重現(xiàn)電場強度建立的情景，以情景引入是學生思考的前提

以點電荷Q形成的電場為例，分別在與點電荷距離為r的A點和與點電荷Q距離為2r的B點放置不同電荷量的正檢驗電荷，若電荷量為q0的檢驗電荷在A點受電場力為F0，那么它在B點受電場力為四分之一F0，電荷量為2q0的檢驗電荷在A點受到電場力為2F0，可見電場力不僅與位置有關(guān)，還與自身電量有關(guān)，為了反映場的本質(zhì)，找到描述場本身的量，即同一位置不變的量，不同位置不一樣的量，就是F與q的比值。

2.以形象的詞匯提煉出電場強度建立的本質(zhì)，生動形象的詞匯給學生留下深刻印象

定義電場強度物理量時，是把檢驗電荷放入電場中來研究電場的，打個形象的比喻：檢驗電荷就是偵查電場的偵察兵。

偵查對象：電場

偵察兵：檢驗電荷

3.對于場強概念的建立提出若干問題，幾個核心問題強烈刺激學生思考概念是如何建立的

（1）在定義電場強度時，為什么必須用電荷量小、體積小的電荷作為“偵察兵”？

答：電荷量小的目的是不影響原電場。體積小的目的是讓“偵察兵”的位置準確。

（2）為什么不能用“偵察兵”受到的力來描述電場的強弱，而用“偵察兵”受到的力與其電量的比值描述電場的強弱？

答：“偵察兵”受到的力與自身的電量大小有關(guān)，描述電場強弱的物理量必須只與電場本身有關(guān)。

（3）為什么用“偵察兵”受到的力與其電量的比值描述電場的強弱，而不用“偵察兵”受到的力與其質(zhì)量的比值描述電場的強弱？

答：“偵察兵”受到的力與自身質(zhì)量無關(guān)，與自身電量有關(guān)，所以用力與電量的比值來描述電場強弱。

4.類比法尋找磁場的“偵察對象”“偵察兵”“偵察現(xiàn)象”和“反映本質(zhì)”，形象的“偵察”模型可以幫助學生順利進行類比，這是本節(jié)概念教學的重點和難點

（1）通過觀察演示實驗并思考，選出合適的“偵察兵”。

演示實驗：展示小磁針放條形磁體旁受力轉(zhuǎn)動，展示懸掛在磁場中的通電導線受力（利用力的傳感器）。

問題：小磁針和一小段通電導線誰作為“偵察兵”更合適？為什么？小磁針探測磁場什么更方便？

回答：小磁針受力不好測量，小磁針受到磁場力大小的自身因素很難確定，但小磁針探測磁場的方向非常方便，所以探測磁場大小選擇小段通電導線。

（2）引出探究實驗，利用傳感器探究通電導線受到磁場力與哪些因素有關(guān)。

通電導線直接偵查的是什么？能不能用它所受到的力來描述磁場在這點的強弱？通電導線受到的磁場力可能與自身的一些因素有關(guān)，因此下面我們要探究通電導線受到磁場力與哪些因素有關(guān)（通過傳感器實驗進行）。

（3）創(chuàng)建情境，建立描述磁場強弱的物理量：

電流為I、長度為L的電流元在A點受力假如為3F，在B點受力為F，若此電流元電流變?yōu)?I，則它在B點受力變?yōu)?F，若此電流元長度變?yōu)?L，則它在B點受力變?yōu)?F。我們要建立的物理量是一個可以描述場本質(zhì)的物理量，所以這個量在同一個位置應(yīng)該是不變的量，請問如何建立定量描述磁場的物理量？

偵查對象：磁場

偵察兵：小磁針、電流元

四、利用歸納對比法，有利于完善概念的建立

歸納對比法是人們常用的思維方法，是找出事物之間的相同點和不同點的思維方法。電場強度的概念和磁感應(yīng)強度的概念有很大的可比性，運用歸納對比法，有助于學生接受新的概念，并加深對概念的理解，培養(yǎng)學生知識的遷移能力。對電場強度和磁感應(yīng)強度的兩個概念的對比，如下表所示。

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李澤軍.物理概念與物理概念教學研究［D］.湖南師范大學，2004.