磁感應(yīng)強(qiáng)度概念教學(xué)之我見

晉興強(qiáng) 吳偉

[摘 要]高中物理教學(xué)中，可依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，立足學(xué)生的前概念，創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境，通過小組交流、討論，使學(xué)生主動建構(gòu)相關(guān)概念。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，探討磁感應(yīng)強(qiáng)度概念教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]物理概念；磁感應(yīng)強(qiáng)度；教學(xué)情境；合作學(xué)習(xí)

[中圖分類號] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 16746058（2018）02004303

一、建構(gòu)主義理論視角下的物理概念教學(xué)

建構(gòu)主義認(rèn)為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，借助他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)而獲的得。因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素。[1]教師是學(xué)生知識建構(gòu)的幫助者和促進(jìn)者，而不是知識的傳授者和灌輸者。在實(shí)際教學(xué)中，通過教師的引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)的物理概念。

物理概念是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。不少學(xué)生對物理概念不清楚，對物理規(guī)律不明確，因?yàn)橛行┙處熤卣n堂教學(xué)結(jié)果，而輕課堂教學(xué)過程。

經(jīng)過十多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者深刻認(rèn)識到物理概念教學(xué)的重要性。剛工作時，物理新課一般講解較快，且一般以講授為主，物理概念教學(xué)沒有多少內(nèi)涵和外延，課后通過大量習(xí)題訓(xùn)練，自我感覺學(xué)生接受了，但隨著問題研究的深入，依然發(fā)現(xiàn)學(xué)生理解非常困難，甚至到高三第一輪復(fù)習(xí)結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生對物理概念還沒有理解透徹。學(xué)生在高中學(xué)習(xí)過程中，感覺物理非常難學(xué)，漸漸對物理失去了興趣。有時也只是為了在高考中取得較好的成績，而強(qiáng)迫自己去做題。經(jīng)過反復(fù)思考，筆者發(fā)現(xiàn)原來是教師在平時教學(xué)過程中，沒有注重物理概念教學(xué)，對探究式教學(xué)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)不夠重視?；诖耍P者認(rèn)為教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生探究真實(shí)的物理現(xiàn)象，通過生生、師生間的交流，幫助學(xué)生主動建立科學(xué)的物理概念。

二、學(xué)生磁場強(qiáng)弱的前概念

前概念是指人們在沒有接受正式的科學(xué)概念教育之前，對日常生活中所感知的現(xiàn)象，通過長期的經(jīng)驗(yàn)積累與辨別式學(xué)習(xí)而形成的對事物的非本質(zhì)的認(rèn)識。[2]前概念廣泛存在于人們的思維中，因此探究學(xué)生頭腦中原有的前概念，分析學(xué)生已有的前概念對科學(xué)概念學(xué)習(xí)有積極作用，有利于教師在教學(xué)中找準(zhǔn)突破口，采取適當(dāng)?shù)牟呗愿愫梦锢砀拍罱虒W(xué)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”這一概念前，在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過磁場，且學(xué)生對磁場有較深刻的認(rèn)識。為了探究學(xué)生在磁場方面的前概念，筆者精心設(shè)置了下列五道試題，并進(jìn)行了測試，測試時間為8分鐘，要求學(xué)生當(dāng)堂獨(dú)立完成。

（1）以下關(guān)于磁場和磁感線的說法，正確的是（ ）。

A.磁體周圍存在磁場，通電電流周圍沒有磁場

B.磁場中實(shí)際存在著磁感線

C.磁體周圍，畫有磁感線的地方有磁場，沒有畫磁感線的地方則沒有磁場

D.磁感線的疏密反映了磁體周圍磁場的強(qiáng)弱，磁感線越密，磁場越強(qiáng)

（2）在圖1中畫出條形磁體和蹄形磁體的磁感線分布情況。

（3）如圖2所示，一同學(xué)在通電螺線管周圍畫出四個小磁針，表示磁感線方向，其中小磁針指向正確的是（ ）。

（4）圖3所示的四個裝置中，反映電動機(jī)工作原理的是（ ）。

（5）如圖4，閉合開關(guān)后，導(dǎo)線ab會運(yùn)動，說明磁場會對通電導(dǎo)體產(chǎn)生力的作用。我們知道，力是有大小的，請思考

磁場對通電導(dǎo)體作用力的大小與什么因素有關(guān)，說說你的理由。

測試完成后，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下：全班51人，第（1）題51人選擇D答案，全部正確，說明學(xué)生對磁場的基本認(rèn)識比較清楚。第（2）題畫出條形磁體和蹄形磁體的磁感線，除了少部分學(xué)生漏畫了磁體內(nèi)的磁感線外，其余學(xué)生都畫正確，說明學(xué)生對磁感線掌握較好。第（3）題，有2名學(xué)生選擇錯誤，49名學(xué)生選擇D答案，正確，說明學(xué)生對磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向掌握得較好。第（4）題，有4名學(xué)生選擇C答案，錯誤，47名學(xué)生選擇B答案，正確，說明大部分學(xué)生知道電動機(jī)與發(fā)電機(jī)的區(qū)別，且了解通電導(dǎo)體在磁場中會受到力的作用。第（5）題，大部分學(xué)生猜測磁場對通電導(dǎo)體的作用力大小與磁場強(qiáng)弱、電流的大小、通電導(dǎo)體在磁場中的長度有關(guān)，但學(xué)生基本都說不出什么理由，同時學(xué)生的觀點(diǎn)也有待實(shí)驗(yàn)探究來驗(yàn)證。通過這五道試題的測試，及與學(xué)生的交流、討論，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對磁感應(yīng)強(qiáng)度的認(rèn)識程度是：知道磁場的方向，知道磁場存在強(qiáng)弱，但不知如何探究磁場的強(qiáng)弱。總之，學(xué)生對磁感應(yīng)強(qiáng)度的認(rèn)識程度對磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立是有利的，不存在相悖的概念。

三、磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建構(gòu)

1.磁場強(qiáng)弱的驗(yàn)證

基于學(xué)生在初中已學(xué)過磁場，知道磁場存在強(qiáng)弱，本節(jié)就把“磁場存在強(qiáng)弱”這個問題拋給學(xué)生，讓學(xué)生小組交流、討論找出能說明磁場有強(qiáng)弱之分的事例，如學(xué)生找出較大的磁體能吸引較重的鐵塊，而小磁體只能吸引輕小的鐵釘，說明較大的磁體周圍磁性較強(qiáng)；學(xué)生還回憶初中學(xué)習(xí)的“磁場的強(qiáng)弱可以從它對放入其周圍的細(xì)鐵屑的分布來判斷”，如細(xì)鐵屑聚集多的地方，磁性較強(qiáng)等。筆者提問：“是不是只有磁體周圍才有磁場？如果有，其磁場存在強(qiáng)弱嗎？同學(xué)們能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)演示嗎？”學(xué)生在組間交流、討論后，回憶起通電的導(dǎo)體周圍存在磁場，有的學(xué)生還設(shè)計(jì)了如圖5所示的演示實(shí)驗(yàn)：在一枚長鐵釘上繞上多匝導(dǎo)線，就可制成一個簡單的通電電磁鐵，增大通過導(dǎo)線中的電流，吸引別針的數(shù)目增多，這說明導(dǎo)線中電流越大，周圍磁場越強(qiáng)。把“磁場存在強(qiáng)弱”這個問題拋給學(xué)生，讓學(xué)生在交流、討論中，深刻認(rèn)識磁場存在強(qiáng)弱，為后面磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立奠定基礎(chǔ)。

2.磁場方向的討論及如何定量引入磁場強(qiáng)弱的思考

初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)過磁場的方向，且通過對學(xué)生磁場前概念的測試，了解了學(xué)生對磁場方向掌握得比較好，故這個問題仍然可以拋給學(xué)生，讓學(xué)生回顧磁場的方向及通過圖6的演示實(shí)驗(yàn)，鞏固并提升學(xué)生對磁場方向的掌握程度，同時讓學(xué)生思考、討論：能不能用小磁針（靜止時）S極所指的方向作為該點(diǎn)的磁場方向？學(xué)生各抒己見，這樣就拓寬了學(xué)生的視野，同時也加深了學(xué)生對相關(guān)概念的理解。

學(xué)生在初中時只接觸到了磁場強(qiáng)弱的定性描述，對磁場強(qiáng)弱的定量描述沒有先前的概念，對此筆者引導(dǎo)學(xué)生回憶如何定量研究電場強(qiáng)度：通過引入試探電荷來研究電場的強(qiáng)弱，同時讓學(xué)生展開小組交流、討論，有的小組提出用小磁針來研究磁場的強(qiáng)弱，有的小組提出用一段通電導(dǎo)體來研究磁場的強(qiáng)弱。學(xué)生思考，小組之間展開討論，暴露出通過小磁針來研究磁場強(qiáng)弱的一些弊端和不確定性，最后學(xué)生總結(jié)：通過對一段通電的導(dǎo)體來研究磁場的強(qiáng)弱較為適宜。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)完全交給學(xué)生，充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性，同時也沒有忽視教師的主導(dǎo)性，關(guān)鍵時刻筆者充當(dāng)引路人，學(xué)生仿佛已經(jīng)窮途末路，卻又能柳暗花明，通過學(xué)生思考、交流、討論，為學(xué)生真正建立磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念埋下了伏筆。

3.磁感應(yīng)強(qiáng)度大小概念的建立

筆者演示了磁場對通電導(dǎo)體作用的實(shí)驗(yàn)，同時引導(dǎo)學(xué)生猜測磁場對通電導(dǎo)體作用力的大小與哪些因素有關(guān)。

學(xué)生經(jīng)過思考，小組交流、討論后，總結(jié)磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟磁場強(qiáng)弱、電流大小、通電導(dǎo)體在磁場中的長度等有關(guān)。隨后如圖7的演示實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：磁場越強(qiáng)，磁場對通電導(dǎo)體作用力越大；電流越大，磁場對通電導(dǎo)體作用力越大；通電導(dǎo)體在磁場中的長度越長，磁場對通電導(dǎo)體作用力越大。這時，許多教師會介紹精確實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：通電導(dǎo)體與磁場垂直時，磁場對通電導(dǎo)體作用力與通電導(dǎo)體長度成正比，又與導(dǎo)體中電流的大小成正比，從而建立磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。這樣學(xué)生對磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的理解是不扎實(shí)的，是空中樓閣，不是學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)主動建立的。筆者通過使用傳感器演示實(shí)驗(yàn)，探究磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟電流大小、導(dǎo)線長度的關(guān)系。

如圖8所示的裝置，在外力F的作用下，保持通電導(dǎo)線框的位置不變，用力傳感器測量所需拉力F（等于通電導(dǎo)線框下邊所受磁場作用力大?。┑拇笮。εc電流所受的磁場力是平衡力，同時用電流傳感器測量線框中的電流。

（1）同一塊磁鐵，保持長度L不變，改變六次電流I的大小，測出相應(yīng)的六組外力F的大小。

（2）保持電流I不變，同一塊蹄形磁鐵，通過改變通電線圈的匝數(shù)（改變受力部分導(dǎo)線的長度），測定相應(yīng)的五組線圈（匝數(shù)不同）和外力F的大小。

筆者把問題拋給學(xué)生：通過上述定量測量，記錄數(shù)據(jù)，下面我們通過小組交流、探討磁場強(qiáng)弱的決定條件及定量表達(dá)式。

每個小組設(shè)1名組長主持討論（主持人），1名主發(fā)言人（主講），3人評價補(bǔ)充（裁判），1人記錄兼發(fā)言（發(fā)言人），組內(nèi)角色分工定期輪換，確保每個人都能承擔(dān)不同的角色，以調(diào)動每位學(xué)生主動參與小組交流、討論的積極性。下面是一個小組交流、討論的過程。

組長：老師要求通過上述定量測量的數(shù)據(jù)，探討磁場強(qiáng)弱的決定因素，請大家思考一下。

主講：同一塊磁鐵，保持長度L不變，改變六次I的大小，測出相應(yīng)的六組外力F的大??；保持I不變，同一塊蹄形磁鐵，通過改變通電線圈的匝數(shù)（改變受力部分導(dǎo)線的長度），測定相應(yīng)的五組線圈和外力F的大小，這兩個實(shí)驗(yàn)說明了什么？

裁判1：關(guān)鍵是如何處理數(shù)據(jù)。

裁判2：通過計(jì)算，找出力F與I、L的關(guān)系。

裁判3：那我們就處理數(shù)據(jù)吧。

3位裁判員認(rèn)為當(dāng)長度L不變時，磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟電流大小成正比；當(dāng)通電導(dǎo)體中電流I不變時，磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟通電導(dǎo)體的長度L成正比。

發(fā)言人：數(shù)據(jù)處理比較正確，力F分別與I、L成正比，感覺不太直觀。

裁判1：那我們作圖看看，后通過Excel軟件繪制下列圖像，如圖9、圖10所示。

主講：分析圖像可知，當(dāng)長度L不變時，磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟電流大小成正比，即F∝I；當(dāng)通電導(dǎo)體中電流I不變時，磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟通電導(dǎo)體的長度L成正比，即F∝L。

裁判2：磁場對通電導(dǎo)體的作用力與導(dǎo)體的橫截面積大小及導(dǎo)體材料有關(guān)系嗎？

裁判3：研究磁場對通電導(dǎo)體的作用力與導(dǎo)體長度關(guān)系時，能否不改變導(dǎo)體長度，而只并排增加相同的蹄形磁鐵的個數(shù)？

組長：針對你們的問題，我們小組再次實(shí)驗(yàn)，隨后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

發(fā)言人：通過我們組的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出：當(dāng)長度L不變時，磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟電流大小成正比，即F∝I；當(dāng)通電導(dǎo)體中電流I不變時，磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟通電導(dǎo)體的長度L成正比，即F∝L；磁場對通電導(dǎo)體的作用力跟橫截面積大小及導(dǎo)體材料無關(guān)，即F∝IL。

師：你們總結(jié)得很好，我們再分享一下其他組的成果。

筆者在各小組匯報后，順利地引入比例系數(shù)B，F(xiàn)=BIL，故B=FIL，通過幾組DIS驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出：在同一磁場中，不管I、L如何改變，比值B總是不變的，但在不同的磁場中，比值B一般是不同的。

再次通過各小組成員思考、交流后一致得出：B與通電導(dǎo)體的電流大小I、導(dǎo)體的長度L等無關(guān)，只由磁場本身決定，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生主動建立并運(yùn)用B=FIL定量地表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。

物理概念是物理學(xué)的基礎(chǔ)，在建構(gòu)主義視角下，深挖并分析學(xué)生的前概念，有利于學(xué)生建立科學(xué)的物理概念。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)物理概念教學(xué)情境，通過實(shí)驗(yàn)探究，小組交流、討論等，突破學(xué)生建立科學(xué)的物理概念的障礙，使學(xué)生對物理現(xiàn)象的認(rèn)知達(dá)到一個更高的層次，進(jìn)而使學(xué)生主動建立科學(xué)的物理概念。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1]何克抗.建構(gòu)主義革新傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)[J].中學(xué)語文教學(xué)，2002（8）.

[2]趙強(qiáng)，劉炳升.建構(gòu)與前概念[J].物理教師，2001（7）.

（責(zé)任編輯 易志毅）