基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理磁場教學(xué)策略研究

荊宏星 付學(xué)嬌 張文東

摘 要：物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，要求普通高級中學(xué)學(xué)生在完成課業(yè)學(xué)習(xí)之余，除了要通過學(xué)習(xí)物理知識來掌握基礎(chǔ)的物理常識，學(xué)會解決實(shí)際生活中的物理問題，還要養(yǎng)成適合自己終身發(fā)展、適應(yīng)社會不斷變化的各種素養(yǎng)。文章正是基于此，對高中物理中重要知識點(diǎn)“磁場”的教學(xué)開展了策略方面的研究。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);高中物理;磁場;教學(xué)策略

基于核心素養(yǎng)的高中物理課改，具有重要意義。就物理學(xué)科來說，高中物理課程需要明確一個總目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。而對于高中物理知識中占比較高的一個知識點(diǎn)“磁場”來說，一方面，對“磁場”這一章節(jié)進(jìn)行核心素養(yǎng)的教學(xué)研究，可以讓教師更加深度地對核心素養(yǎng)進(jìn)行自我理解，逐步推進(jìn)新課改的實(shí)施;另一方面，“磁場”知識內(nèi)容在整個高中物理中屬于比較重要的教學(xué)內(nèi)容，相關(guān)教學(xué)策略的正確實(shí)施也能使學(xué)生在掌握科學(xué)知識之余使自身的物理核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)。

一、 物理核心素養(yǎng)概述

學(xué)者們結(jié)合物理學(xué)科特質(zhì)和對相關(guān)理論的解讀以及對相關(guān)教育政策方針的學(xué)習(xí)，提出了適合物理學(xué)科發(fā)展和育人特點(diǎn)的物理核心素養(yǎng)，簡言之，即學(xué)生通過對物理學(xué)科的不斷加深學(xué)習(xí)，獲得的一種特有的足以影響學(xué)生一生發(fā)展的能力，它分為以下四個方面內(nèi)容。

（一）物理觀念

物理觀念主要分為物質(zhì)觀念、運(yùn)動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等概念，具體解釋為對物質(zhì)、運(yùn)動、做功、能量等的基本認(rèn)識，這是由物理學(xué)視角而形成的。可以說是物理概念及其規(guī)律的提煉、升華，也可以說是通過物理學(xué)知識來解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的標(biāo)志。

（二）科學(xué)思維

在物理核心素養(yǎng)中，科學(xué)思維主要體現(xiàn)在模型的建構(gòu)、科學(xué)的推理過程、觀點(diǎn)的論證、質(zhì)疑的提出以及創(chuàng)新思路等。除此之外，科學(xué)思維還表示對客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的認(rèn)知，是使用物理學(xué)科知識進(jìn)行綜合分析、推理論證等方法的能力，也是在經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行建構(gòu)理想模型的抽象概括過程。

（三）科學(xué)探究

常見科學(xué)探究方式有探究問題、引導(dǎo)證據(jù)、做出解釋、開展交流與合作等，要求學(xué)生對物理學(xué)科中出現(xiàn)的科學(xué)問題大膽提出猜想與假設(shè)，學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案，懂得如何獲取和處理信息，并且在這個過程中小心求證，通過收集各種充分的證據(jù)來獲得結(jié)論并做出解釋。

（四）科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

物理核心素養(yǎng)要求學(xué)生不僅要學(xué)會認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境，還要理清它們之間的相互關(guān)聯(lián)，形成對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度。也就是做到既要認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)是可以改變?nèi)藗兩畹?，也要了解科學(xué)技術(shù)是一把“雙刃劍”，樹立正確使用科學(xué)技術(shù)造福人類的社會責(zé)任感。

二、 磁場相關(guān)內(nèi)容課程要求解讀

普通高中階段中，物理所研究的“磁場”在人教版2019年高中物理教材中主要體現(xiàn)在物理必修第三冊第十三章《電磁感應(yīng)與電磁波初步》以及物理選擇性必修第二冊第一章《安培力與洛倫茲力》、第二章《電磁感應(yīng)》和第四章《電磁振蕩與電磁波》中。結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)，“磁場”相關(guān)要求解讀如下：

（一）了解磁現(xiàn)象，明白其應(yīng)用

在必修課程第一節(jié)的學(xué)習(xí)中，課程主要介紹了磁現(xiàn)象在中國古代的發(fā)現(xiàn)過程，引出了其應(yīng)用方式，如中國四大發(fā)明之一的指南針就是用到了地磁場的原理，這是中國古代勞動人民智慧的結(jié)晶。通過這一部分的教學(xué)，學(xué)生了解到科技對人類生活和社會發(fā)展的影響，提高了愛國主義情懷與民族自豪感。本小節(jié)還給出了新時代科技發(fā)展中磁場的應(yīng)用實(shí)例，使學(xué)生積極性有所提高。

（二）了解磁場，理解磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量

在學(xué)習(xí)磁場之前，學(xué)生已對重力場和電場有所知悉，并且也理解“場”是一種不能看不見摸不著卻又真實(shí)存在的東西。在了解這一點(diǎn)后，學(xué)生既可對已學(xué)知識加深印象，又可為電磁場的運(yùn)動、相互作用和能量等認(rèn)識打下基礎(chǔ)，正如磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量都是對磁場的進(jìn)一步認(rèn)識。而對“磁通量”的理解也同樣如此，都是在一定基礎(chǔ)上培養(yǎng)對新知識的攝取能力。

（三）會判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向

這里提出的是操作水平的要求，能獨(dú)立判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向，就必然是建立在理解的基礎(chǔ)上。學(xué)生對這一要求獨(dú)立操作，也能讓學(xué)生對物理概念的理解更加深刻。在這一過程中，通過對奧斯特實(shí)驗(yàn)的介紹，要讓學(xué)生明白磁場不僅僅是由磁體產(chǎn)生的，也可以通過電流產(chǎn)生，磁和電之間存在著一種特殊的關(guān)聯(lián)。同時，在情感方面，也可以讓學(xué)生體會到科學(xué)探究向來都不只是單純的數(shù)據(jù)堆砌，而是科學(xué)家采用確切可靠的科學(xué)推理和實(shí)驗(yàn)。

（四）通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識安培力

在此過程當(dāng)中，學(xué)生往往會經(jīng)歷了解實(shí)驗(yàn)對象、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、收錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)結(jié)果、分析形成原因等步驟，一步一步地對安培力的屬性有所認(rèn)識。其中，安培力有一個重要的方向判斷方法——左手定則，教師在教學(xué)中要在左手中的各個位置充分展示不同的物理量，同時強(qiáng)調(diào)左手安培定則與右手螺旋定則之間的本質(zhì)性區(qū)別。課程中要求通過實(shí)驗(yàn)分析所得數(shù)據(jù)，找出規(guī)律，推導(dǎo)出安培力的通用計(jì)算公式，理解公式中的量有哪些實(shí)際的物理意義，注重學(xué)生對實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行分析與歸納的方法的掌握。

（五）通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識洛侖茲力

從洛倫茲力的定義中可以知，電荷本就屬于微觀粒子，通過觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)、在勻強(qiáng)磁場中作圓周運(yùn)動、在三維空間的運(yùn)動軌跡以及觀察電子束在電場作用下的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動，這些都把洛倫茲力用模型的形式直觀顯現(xiàn)出來。教師要講解實(shí)驗(yàn)來由，使學(xué)生了解技術(shù)對人類生活和社會發(fā)展的影響，使學(xué)生能體會到一種科技感。

三、 基于物理核心素養(yǎng)的磁場教學(xué)策略

（一）確立教學(xué)目標(biāo)

在具體教學(xué)過程中，教師在設(shè)計(jì)每個小節(jié)的教學(xué)時，要始終遵循物理學(xué)科核心素養(yǎng)四個方面的構(gòu)成來對內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。相對來說，物理基礎(chǔ)知識在學(xué)生的建構(gòu)過程中既漫長又復(fù)雜，這就要求教師在教學(xué)過程中，應(yīng)一步一個腳印，注重學(xué)生對知識的吸收度，有效利用每一個物理概念和規(guī)律講授每一節(jié)課，力求每節(jié)課的設(shè)計(jì)內(nèi)容能夠達(dá)到相關(guān)要求。例如，對通有電流的導(dǎo)線的安培力知識的講授過程，要讓學(xué)生學(xué)會解釋有關(guān)磁的現(xiàn)象;對磁通量、磁場知識的講授過程，要讓學(xué)生體會生活中如電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理;對運(yùn)動電荷的作用力、磁感應(yīng)強(qiáng)度等知識的講授過程，要讓學(xué)生了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的基本結(jié)構(gòu)和原理，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建物理基礎(chǔ)知識框架。