“磁感应强度”教学中的科学方法教育探讨

顾　健　陆建隆

(1. 江苏省苏州工业园区第十中学,江苏　苏州　215021；(2. 南京师范大学教师教育学院,江苏　南京　210097)



“磁感应强度”教学中的科学方法教育探讨

顾健1陆建隆2

(1. 江苏省苏州工业园区第十中学,江苏苏州215021；(2. 南京师范大学教师教育学院,江苏南京210097)

摘要：本文基于科学方法教育的视角,分析了2011年江苏省高中物理优质课评比活动中“磁感应强度”的7个课堂视频实录,从概念教学中的课堂引入、实验探究和概念建立三个方面，例谈“磁感应强度”教学的科学方法教育,分析科学方法教育的实际情况,对高中物理科学方法教育提出建议.

关键词：磁感应强度;科学方法教育;教学视频

1引言

唐代韩愈曾经说过:“师者,所以传道、授业、解惑也.”强调教师的首要任务是“传道”,而“道”正是指方法.《普通高中物理课程标准》设置的三维课程目标明确了“过程与方法”的重要性.高中物理课堂教学是教师教授方法、学生学会技能的重要平台.物理科学方法就是研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种手段和方法.结合相关文献、高中物理教材和《普通高中物理课程标准》,笔者认为高中物理教学中常见的科学方法有10种:观察法、实验法、理想化方法、类比方法、控制变量法、比值定义法、等效转换法、整体与隔离法、图形图像法和演绎推理法.由于课堂教学中观察法较为普遍,故这里不做讨论.

本文根据2011年江苏省高中物理优质课评比中7位教师“磁感应强度”课堂教学实录,分析教学过程中涉及的科学方法,以期为中学教师开展科学方法教育提供参考.

2“磁感应强度”教学中的科学方法教育

两年一度的高中物理江苏省优质课评比活动是一线教师课堂教学水平展示的重要平台,为科学方法教育的研究提供了丰富的素材.在观摩7位教师“磁感应强度”的教学录像中,笔者发现教师们对中学课堂教学中要落实科学方法教育已达成共识,但对于科学方法教育采取的形式和内容又各有特色.

2.1课堂引入,运用科学方法创设物理情境

课堂引入作为一节物理课的开端,往往能激发学生兴趣,落实课堂教学目标,引导学生高效学习.本节课使用科学方法进行物理课堂的引入,运用实验法能有效激发学生的学习热情,提升学生的学习积极性;运用演绎推理法能推动学生对物理实验的理论探究,为探究实验的开展提供保障,提升学生的逻辑推理水平;借鉴教材的优质资源,运用理想化方法可构建电流元概念.

(1) 运用实验法，有效激发学习兴趣

授课教师主要采用实验法激发学生学习兴趣,借助多媒体投影进行演示实验,使用磁铁吸引物体如铁块、小磁针和铁钉等,比较吸引小铁钉的个数或者观察能否吸起物体来判断磁场的强弱,得出磁场具有强弱之分.运用直观的物理现象能引起学生认知的共鸣,产生较强的求知欲望.少数教师根据学生的生活经验,利用视频和图片展示电磁起重机、磁铁等生产、生活中常见的利用磁场的工具,明确知识的实用性以及对工业发展的巨大推动作用.一位教师使用自制电磁铁代替普通的磁铁,利用吸引大头针的个数来表示磁场的强弱,新颖的实验器材既体现教师的聪明才智,也让学生对新知识产生好奇.

(2) 运用演绎推理法,注重理论探究

课堂教学中教师经常引导学生经历科学探究过程,但很少有对研究的问题进行理论探究.只有一位授课教师采用演绎推理法，从理论上分析影响安培力大小的因素,进而进行实验探究.例如，教师指出:如果磁场和导体棒长度不变,电流增大为两倍,相当于两个导体棒并联,安培力的大小变为原来的两倍,所以安培力的大小正比于电流的大小;如果磁场和电流强度的大小不变,导体棒长度增大为两倍,相当于两个导体棒串联,安培力的大小就变为原来的两倍,所以安培力的大小正比于导体棒的长度.演绎推理法能够锻炼学生的逻辑思维能力,提升对问题的分析深度.

(3) 运用理想化方法,进行实验创新

利用检验电荷，分析其所受的静电力来研究电场的性质.小磁针在磁场中会受到力的作用发生偏转,但N极不能单独存在,因而不可能测量N极受力的大小,也不可能确定磁感应强度的大小.教师借鉴教材中提供的方法,磁场除了对磁体有作用力,还对通电导线有力的作用,运用理想化模型，可用很短一段通电导线来检验磁场的强弱.定义把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫作电流元,应用理想化方法解决实验法的缺陷.

2.2实验探究,彰显科学方法教育功能

学生实验探究作为本节课的主要组成部分,科学方法可有效发挥教育功能,学生熟悉的控制变量法可助推学生对实验过程的理解,正确梳理实验操作步骤;等效转换法降低了实验操作的难度系数,为学生实验的顺利开展创造机会;利用多媒体技术的先进手段,清晰直观分析实验数据,挖掘各物理量的隐含关系.

(1) 运用控制变量法,明确实验过程

控制变量法作为中学阶段学生接触最多的科学方法之一,在实验探究过程中经常使用.在探究影响通电导线受力大小的因素的实验中,教师引导学生得出影响通电导线受力的因素有通电导线的长度、电流的大小和磁场的强弱,要求学生使用控制变量法设计实验方案,并规范控制变量法的使用,先保持通电导线的长度不变,改变电流的大小;然后保持电流不变,改变通电导线的长度.学生通过控制变量法明确实验过程,科学方法教育促进了学生对实验内容的理解.

(2) 运用等效转换法,提升实验可操作性

图1

(3) 运用图像法,优化数据处理

授课教师在实验数据处理过程中均使用图像法,依据实验所测的导线受力F,电流大小I,通电导线长度L,分别作出F-I和F-L图像,根据图像分析得出F与I、L的正比关系.同时,授课教师都借助现代教育技术,使用Excel作图，得出相应物理量间的关系,所作出的图像清晰明了.在教师专业化发展的进程中,信息技术整合到物理教学中越来越被重视,基于物理课堂的实际情况,信息技术能够有效帮助教师呈现知识结构,帮助学生理解物理知识.

2.3在概念建立过程中加强科学方法教育,促进知识理解

概念的建立过程是学生对新知识的理解与运用的过程,正确使用科学方法，能够促进学生对知识的掌握.依据比值定义法的特点,磁感应强度的定义具备比值定义概念的特性,学生通过科学方法的应用，理解概念的本质特征;再用类比法帮助学生梳理电磁知识体系,把握物理知识的重难点,达到相应的学习目标.

(1) 运用比值定义法,凸显概念本质

初中物理对速度、密度、压强、功率和比热容等均采用比值定义法,高中物理首次采用比值定义法的概念是速度,人教版教材中采用旁批的形式介绍比值定义法.教师利用比值定义法的特点凸显该概念的本质,磁感应强度在数值上等于通电导线在磁场所受作用力的大小与通电导线长度和通电电流大小乘积的比值,但与其三者并无相应的比例关系,磁感应强度反映了磁场的一种物理属性.

(2) 运用类比法,优化电磁知识体系

简单来讲,类比是由已知来推测未知,前提是已经理解已知.教师采用类比法,类比电场强度的相关知识内容,梳理磁感应强度的内容.如图2所示，教师在讲授电场强度时,将电场类比重力场,学生对重力场较为熟悉,电磁知识由于知识抽象、概念复杂、计算繁琐，往往是教师觉得难教,学生感觉难学.教师有意识地将磁场与电场进行类比,利用学生已有的电场前概念,有效搭建学习阶梯，帮助学生理解磁感应强度知识,同化电磁知识体系.

图2

3对高中物理科学方法教育的思考

所谓科学方法教育的隐性方式,就是按照科学方法的一般程序去组织概念、规律、实验的教学过程,但不去揭示所用方法的程序,不点出各阶段具体方法的名称.观察课堂教学实录发现，进行科学方法教育时,教师会点出部分科学方法的名称,如常见的控制变量法和实验法等,但对大多数方法的使用是模棱两可的,既未明确方法的名称,也没有告知学生方法使用的范围和注意点,都是属于科学方法的隐性教育方式，这与研究者基于《高中物理课程标准》的研究结果一致.

3.1注重科学方法教育的选择性

科学方法教育的选择性主要体现在科学方法种类与实施时机的选择.由于教材在编排时,学生先学习电场后学习磁场,而电场和磁场的知识结构具有高度的对称性.教师可利用类比法来构建磁感应强度的知识框架.磁场内容比较抽象,还涉及复杂的力学问题,是高中物理学习的重点,也是难点.类比电场强度学习磁感应强度能够有效促进学生对知识的巩固消化.科学方法的选择性对科学方法教育的实施显得尤为重要,会影响学生对新知识的获取.教师需要考虑知识结构、课堂环境和学生实际情况等,才能有效开展科学方法教育.

3.2提升教师专业化

授课教师在高中物理教学中渗透科学方法的教育,贯彻落实课程标准中“过程与方法”的课程目标.但目前科学方法教育的实施情况参差不齐,以上述授课教师都采用的控制变量法为例，运用控制变量法探究影响通电导线受力的因素时,大部分教师进行了分析,但只有一位教师在引导学生得出影响通电导线受力的3个因素后,要求学生使用控制变量法设计实验方案.由于各种原因,多数物理教师开展科学方法教育还存在一些问题,打造提升科学方法教育的教师专业化是必不可少的.

参考文献：

[1] 张宪魁.物理科学方法教育[M].青岛:青岛海洋大学出版社,2000:3,25,103.

[2] 陈清梅,邢红军,李正福.论物理课程改革背景下的科学方法教育[J].课程教材教法,2009,(8).

[3] 邢红军,陈清梅.论中学物理教学中的科学方法教育[J].中国教育学刊,2005,(8).

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[5] 中华人民共和国教育部.全日制普通高中物理课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003:22.

[6] 肖骁,邢红军.高中物理教学中的科学方法显化研究[J].物理教师,2010,(3).

名师简介:陆建隆(1962—),男，江苏常州人,南京师范大学教师教育学院教授,硕士生导师,主要研究高考物理命题、物理课程与教学论.