發(fā)現(xiàn)式教學(xué)在物理磁學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

李曉瑩 黃樹清

摘 ? 要：對于物理學(xué)科來說，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、積極進行科學(xué)探索的能力與意識，比學(xué)生單純記背每一個物理知識點更具長遠意義。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)是各學(xué)科教學(xué)中廣泛采用的教學(xué)方法，能有效發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力和自我效能感。本文從發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的指導(dǎo)思想出發(fā)，在其基本步驟的指導(dǎo)下，得到切實可行的安培力教學(xué)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計;發(fā)現(xiàn)式教學(xué);安培力

引言

“發(fā)現(xiàn)法”是美國教育學(xué)家、心理學(xué)家布魯納提出的一種教學(xué)方法，不僅是一種教法，也是一種學(xué)法[ 1 ]。布魯納認為，“發(fā)現(xiàn)法”是學(xué)生在學(xué)習(xí)情境中通過主動探索來尋找獲得問題答案的學(xué)習(xí)方式，在發(fā)現(xiàn)的過程中教師要為學(xué)生提供必要的指導(dǎo)[ 2 ]。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的指導(dǎo)思想是教師通過設(shè)計問題情境，以學(xué)生為認識的主體，啟發(fā)學(xué)生思考，從而發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)及規(guī)律[ 3 ]。其基本步驟可以概括為：創(chuàng)設(shè)情境;鼓勵猜想;檢驗假設(shè);驗證結(jié)論;總結(jié)問題。

《普通高中物理課程標準（2017版）》中提到：“科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，應(yīng)滲透在物理教學(xué)的整個過程。無論是物理知識的教學(xué)，還是物理問題的解決，都要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，根據(jù)解決問題的需要收集和選擇有用信息，基于證據(jù)和邏輯對問題作出合理解釋[ 4 ]?！边@啟示著教師在教學(xué)中，應(yīng)該創(chuàng)造適當?shù)膯栴}情境，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力和科學(xué)探索能力，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)知識的過程。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的思想正能滿足這種需要。磁學(xué)部分知識是高中物理學(xué)習(xí)的重點和難點，本文以安培力教學(xué)為例，從發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的指導(dǎo)思想和基本步驟出發(fā)，為發(fā)現(xiàn)式教學(xué)融入物理教學(xué)提供一種可行的思路。

1 ?應(yīng)用發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的教學(xué)設(shè)計

由于課本中的實驗（通電導(dǎo)線在U型磁鐵的作用下發(fā)生一段位移）在之前“磁場”的學(xué)習(xí)時已經(jīng)出現(xiàn)過，現(xiàn)象較簡單，不易引起學(xué)生的興趣。本文采用另一個安培力教具（成品如圖1，組成部件如圖2）進行教學(xué)，該教具由一個擰成心形的銅線圈（如圖3）、正極凹陷的干電池（用釘子和錘子將正極輕輕砸凹，以便固定線圈）和幾個釹磁鐵組成（如圖4）。本節(jié)教學(xué)設(shè)計旨在充分利用作為引入的演示實驗，使其貫穿整節(jié)課堂，維持學(xué)生較高的學(xué)習(xí)興致的同時，讓學(xué)生以“研究實驗，發(fā)現(xiàn)真理”的方式，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的知識，發(fā)展科研相關(guān)能力。

圖1 ?教具成品 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2 ?線圈組成

（a） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）

圖3 ?線圈細節(jié)圖

圖4 ?電池與釹磁鐵俯視圖

1.1 ?設(shè)置情境，提出學(xué)生感興趣的問題

[環(huán)節(jié)要求] 情境的創(chuàng)設(shè)和呈現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)式教學(xué)過程的首要環(huán)節(jié)[ 5 ]。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)要求教師創(chuàng)設(shè)有益于學(xué)生進行發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的問題情境和課堂氛圍，利用學(xué)生對物理現(xiàn)象的好奇，引導(dǎo)學(xué)生提出或教師提出具有一定思維含量的有效問題，為后續(xù)學(xué)生進行發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)土壤。

[教學(xué)片段1]

實驗操作：（1）將釹磁鐵吸在電池負極，（可以找一個平整的鐵蓋，將磁鐵吸在鐵蓋上，便于拿下講臺供學(xué)生觀察）;（2）將心形線圈輕放在電池上，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：心形線圈開始順時針轉(zhuǎn)動（俯視）。

提出問題：為什么線圈會轉(zhuǎn)起來？

學(xué)生回答：因為受到力的作用。

師：沒錯，我們學(xué)過牛頓第一定律，知道力是改變物體運動狀態(tài)的原因。線圈會從靜止到開始轉(zhuǎn)動，一定是受到了某個力的作用。

學(xué)生產(chǎn)生疑問：這個力并不是我們之前學(xué)習(xí)過的力，那這個線圈受到了什么力的作用？

教師介紹安培力：線圈是受到了安培力的作用。安培力是指通電導(dǎo)線在磁場中受到的力，認真觀察的同學(xué)就能發(fā)現(xiàn)線圈接觸到了電池的正負極，并且處在釹磁鐵產(chǎn)生的磁場中。

繼續(xù)提出問題：為什么線圈受到安培力之后不是向左、向右或是向上、向下地被“彈開”，而是開始旋轉(zhuǎn)？為什么是順時針而不是逆時針？

[環(huán)節(jié)意義]

利用線圈被輕放后自己轉(zhuǎn)動起來的現(xiàn)象，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)動機，讓學(xué)生以問題解決的思路展開學(xué)習(xí)，既引導(dǎo)學(xué)生回顧舊知，又能讓學(xué)生思考是什么力使線圈轉(zhuǎn)動，進而向?qū)W生介紹安培力。通過情境的創(chuàng)設(shè)和問題的引導(dǎo)，可以讓學(xué)生在一種積極愉悅的心境下學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生如何針對現(xiàn)象提出問題，有效培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和質(zhì)疑能力。

1.2 ?根據(jù)實驗，鼓勵學(xué)生思考問題原由

[環(huán)節(jié)要求] 發(fā)現(xiàn)式教學(xué)賦予教師“學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者”角色，在學(xué)生意識到問題存在之后，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題，根據(jù)實驗條件和已有知識經(jīng)驗對問題進行嘗試解答或猜想。不同的學(xué)生對同一個問題的思考方向肯定會不同，教師需要有較好的時間把控和對學(xué)生注意力把控的能力，及時對學(xué)生的回答進行點撥與反饋，重視學(xué)生的錯誤解答。

[教學(xué)片段2]

思考的問題一：為什么線圈受到安培力之后不是向左、向右或是向上、向下地被“彈開”，而是開始旋轉(zhuǎn)？

學(xué)生回答：通過受力分析可知，線圈沒有向上或向下運動，說明豎直方向線圈受力平衡;線圈繞著電池旋轉(zhuǎn)，說明有力作用在心形線圈的一側(cè)或兩側(cè)。

思考的問題二：為什么是順時針而不是逆時針？安培力的方向可能由哪些因素決定？

引導(dǎo)學(xué)生思考：力的方向與力的性質(zhì)和概念密切相關(guān)。例如，彈力是形變物體要恢復(fù)原狀時對接觸的物體產(chǎn)生的力，因此彈力總是由接觸面指向物體能夠恢復(fù)原狀的方向;重力是地球?qū)ζ浔砻娓浇矬w的引力，是二者之間萬有引力的分力，因此忽略地球自轉(zhuǎn)時，可看做重力總是指向地心。

學(xué)生猜想：安培力的定義是通電導(dǎo)體在磁場中受到的力，因此線圈受到的安培力方向可能與線圈中電流的方向、線圈所處在的磁場方向有關(guān);又因為物理量的大小不能影響物理量的方向，所以與線圈的形狀、電流大小、磁場大小無關(guān)。

[環(huán)節(jié)意義] 許多學(xué)生對物理現(xiàn)象的興趣容易停留在對實驗現(xiàn)象上，而沒有進一步思考以探求其原因的心理傾向。經(jīng)過這個環(huán)節(jié)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生積極探索的興趣，啟發(fā)學(xué)生如何進行合理猜想，掌握科學(xué)推理的方法，為下一步驗證猜想做好鋪墊。

1.3 ?設(shè)計實驗，實踐上驗證作出的猜想

[環(huán)節(jié)要求] 物理是基于觀察與實驗的學(xué)科，實驗是猜想與真理之間的重要橋梁。在發(fā)現(xiàn)式教學(xué)過程中，在學(xué)生對問題原由做出猜想之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計能夠驗證猜想的實驗，讓學(xué)生經(jīng)歷實驗驗證的過程，及時給學(xué)生提供必要的指點。

[教學(xué)片段3]

思考問題：要怎么驗證我們的猜想（電流方向、磁場方向與安培力的方向有關(guān)）。

設(shè)計實驗：若是保持其他條件不變，電流方向的改變導(dǎo)致線圈的旋轉(zhuǎn)方向改變，就能證明電流的方向與安培力的方向有關(guān);同理，也能證明磁場的方向與安培力的方向是否有關(guān)。列出實驗表格（如表1）。

表1 ?實驗表格

進行實驗，得到實驗結(jié)果。

[環(huán)節(jié)意義] 控制變量法是學(xué)生初中就學(xué)習(xí)并要求掌握的重要實驗方法。本環(huán)節(jié)要求學(xué)生根據(jù)問題條件檢索已學(xué)的實驗方法，能想到大概的實驗設(shè)計思路。環(huán)節(jié)難度適中，挑戰(zhàn)性和勝任力同在，有利于維持學(xué)生學(xué)習(xí)動機、對訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)設(shè)計實驗以得到問題答案的能力和意識有重要意義。

1.4 ?理論教學(xué)，為發(fā)現(xiàn)過程提供理論支持

[環(huán)節(jié)要求] 有效的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)需要一定學(xué)習(xí)資料的支撐，要避免學(xué)生過重的信息加工負擔(dān)[ 5 ]。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)主張教師在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的同時也要對學(xué)生進行知識的講授，為學(xué)生發(fā)現(xiàn)的過程提供理論幫助，方便學(xué)生確定問題的原由。讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)能夠發(fā)現(xiàn)的，講授學(xué)生能夠理解的，減少學(xué)生的畏難心理，保證教學(xué)的質(zhì)量和效率。

[教學(xué)片段4]

師：實驗結(jié)果告訴我們：安培力的方向與磁場的方向有關(guān)系，也與導(dǎo)線中的電流方向有關(guān)。而科學(xué)家當然不止步于知道安培力的影響因素，他們還總結(jié)出了安培力方向與電流、磁場方向的關(guān)系——左手定則，以判斷具體情況中安培力的方向。

介紹左手定則，并運用左手定則判斷兩道簡單的例題（如圖5）。

圖5 ?運用左手定則判斷安培力方向例題

再分析實驗：安培力為什么讓線圈繞著電池旋轉(zhuǎn)？

教師指導(dǎo)學(xué)生先將實驗中電流I及磁場B方向標出，用左手定則判斷線圈上M、N點（如圖6）的安培力F方向，并講解答案（如圖7）。

[環(huán)節(jié)意義] 在教學(xué)中滲透科學(xué)家們鍥而不舍只為真理的精神，能夠讓學(xué)生在快速獲取科學(xué)家得到的結(jié)論的同時，感受科學(xué)探索的精神、價值與意義。用簡單例題檢測左手定則的掌握后，回歸對實驗現(xiàn)象的分析，讓學(xué)生體會運用所學(xué)解決疑難的成就感，提升學(xué)生進行發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的熱情。

1.5 ?總結(jié)學(xué)習(xí)，理解掌握知識應(yīng)用情境

[環(huán)節(jié)要求] 發(fā)現(xiàn)式教學(xué)不只是一種講課方式，更應(yīng)該是屬于學(xué)生的一種學(xué)習(xí)方式，教師要盡可能讓學(xué)生掌握這種發(fā)現(xiàn)式的學(xué)習(xí)方法，簡單回顧問題解決的過程，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的課本知識和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到相似的物理或非物理的場景中去，幫助學(xué)生建立比較穩(wěn)定的運用知識主動發(fā)現(xiàn)的心理傾向。

[教學(xué)片段5]

師：在前面的學(xué)習(xí)中，通過心形線圈受力開始轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)了安培力的定義;通過研究線圈旋轉(zhuǎn)的方向，學(xué)習(xí)了影響安培力方向的因素和左手定則。類似研究安培力方向的方法，是不是能驗證安培力的大小與哪些因素有關(guān)呢？

生：可以，由于磁場、電流、導(dǎo)線長度都具有大小，可以通過更換磁鐵、更換電池，更換線圈，以改變磁場、電流以及導(dǎo)線長度大小，記錄時間和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)以比較線圈旋轉(zhuǎn)的快慢。

教師簡單介紹安培力大小的影響因素的研究方法，讓有興趣的學(xué)生課后實驗，并介紹安培力計算公式。

[環(huán)節(jié)意義] 發(fā)現(xiàn)式教學(xué)的應(yīng)用不只為了讓學(xué)生獲得物理學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的知識，更為了讓學(xué)生獲得獨立進行科學(xué)發(fā)現(xiàn)的能力，去發(fā)現(xiàn)人類還未發(fā)現(xiàn)的知識。隨著學(xué)生能夠主動應(yīng)用發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生的獨立思考能力和邏輯思維能力得到發(fā)展，主動進行發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、科學(xué)探索便能逐漸成為他們終生學(xué)習(xí)的人生態(tài)度[ 2 ]。

2 ?結(jié)束語

這個飛速發(fā)展著的社會要求人們擁有終身學(xué)習(xí)的能力。教育應(yīng)該給學(xué)生們帶來的，不是在校時“做了多少題”，更需要培養(yǎng)學(xué)生在實際生活中能夠“解決多少問題”的能力。發(fā)現(xiàn)式教學(xué)能在保證系統(tǒng)知識學(xué)習(xí)的前提下，讓師生模擬科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程[ 6 ]，發(fā)展學(xué)生的多維能力，培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、熱愛科學(xué)的態(tài)度與價值觀，從而實現(xiàn)提升教育教學(xué)質(zhì)量的目的。最后，沒有一種教學(xué)方法是“普適”的，教師應(yīng)當注意根據(jù)不同學(xué)科性質(zhì)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生程度等方面的特點合理選用不同教學(xué)方法，讓教學(xué)方法真正服務(wù)于教與學(xué)。

參考文獻：

[1] 陳忠煜.在物理教學(xué)中應(yīng)用探究發(fā)現(xiàn)法[J].福建教育學(xué)院學(xué)報，2004（3）：69-70.

[2] 齊春霞，王培三，梁曉露.“發(fā)現(xiàn)教學(xué)法”在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽化工，2020，46（6）：133-136.

[3] 陳蘭莉，郭新峰，王生釗.布魯納的發(fā)現(xiàn)法在物理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2016（7）：142-143.

[4] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[5] 周中云.試論發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)的有效途徑[J].教育探索，2004（7）：32-34.

[6]金守強.“發(fā)現(xiàn)法”在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].沈陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2000（1）：71-73.