基于实验探究—研讨模式构建磁感应强度概念

杨海青 杨皓

摘 要： 本文以实验探究-研讨教学模式，根据磁感应强度的矢量性特点和学生的认知规律，设计了一个有序的系列性实验，从方向到大小的探究，由定性到定量的研讨，让学生经历实验探究活动，在研讨交流中建构磁感应强度B的概念，培养其实验探究能力和创新能力。

关键词：实验探究；磁感应强度；DIS实验；研讨式教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）8-0078-3

磁感应强度是电磁学的基本概念，也是核心概念之一，它对于“磁场”及其后续知识的学习，都有着关键性的作用。教材通过与电场强度的类比，以比值定义的方法给出了磁感应强度的概念。事实上，学生在学习认知上还是存在很大的困难，对于寻找如何描述磁场强弱和方向的物理量依然存在很多困惑。

若能以实验探究-研讨教学模式，让学生在探究、研讨中学习磁感应强度的概念，经历实验探究过程，能有效地建构磁感应强度的概念。更重要的是，有助于学生掌握物理实验的基本技能，提高实验探究能力，进一步培养学生的创新精神，激发学生的创造力。所设计的实验探究是实验观察，感性认知——小磁针的作用；老材新用，定性研讨——探究影响磁场中通电导线受力的因素；DIS 实验，定量探究——定量探究影响磁场中通电导线受力的因素。

1 实验观察，感性认知

【构建问题环境，提出实验课题】

老师引导性设问（如图1）：小磁针有什么作用呢？

提出实验课题：研究小磁针的作用。

【课堂操作】

给每组学生发一根条形磁铁和一盒小磁针，提醒学生观察小磁针的指向特点（如图2），让学生体验小磁针的作用，进而定义磁感应强度的方向。

【实验结论】

小磁针静止时N极所指的方向，定为该点的磁感应强度方向，简称为该点的磁场方向。

【设计意图点评】

提出本节课的研究课题——“磁场描述的相关概念”，给学生在学习内容上做心理定向。磁感应强度这个物理观念具有抽象性的特点，本探究实验能给学生的感性认识提供探究资源，培养观察、思维能力。同时，营造本节课实验探究的教学模式氛围，也点燃学生在实验中探究、研讨、构建物理概念，形成物理观念的热情。

2 老材新用，定性研讨

【构建问题环境，提出实验课题】

老师引导性设问：磁场的方向研究清楚了，那么如何研究磁感应强度的大小呢？

提出实验课题：影响通电导线受力有哪些因素呢？

【课堂操作】

采用研讨式的教学模式，研讨指向？圯分发器材？圯学生独立探索？圯成果分享及学生研讨？圯老师点评。

研讨指向：（1）基于研讨课题，猜想通电导线在磁场中受力可能与哪些因素有关？（2）多因素问题，请思考用什么实验方法呢？（3）选择什么实验器材？如何改变变量电流和导线长度，观察、探究、测量力的大小？

分发器材（如图3）：干电池、电流表、滑动变阻器、安培力实验仪、电键和导线。

学生独立探索，老师扮演研讨会主持人，引导学生分享符合自己的研究成果，具体操作：

老师：哪位同学愿意分享你的研究成果呢？

学生A：……

老师：其他同学有没有补充？

学生B：……

老师：还有没有同学愿意分享你的研究？

学生C：……

老师点评：谢谢几位同学成果的展示与讨论，你们真的很棒！第一位同学思路很清晰，操作很规范，表达很准确，他发现了力F随电流I的增大而增大的规律。第二位同学视角独特，观察很仔细，研究很细腻，她发现了力F随通电导线长度L的变短而减小的规律。第三位同学太了不得了，他有极强的实验总结和归纳能力，得出了本实验的实验结论！他有很强的问题意识，已经不满足定性的研究，按捺不住内心定量研究的冲动了，我真的欣赏你的研究能力！

【实验结论】

（如图4）在同一磁场中（电流方向与磁场方向垂直）当导线长度L一定时，电流I越大，受磁场力F越大；电流I一定时，导线长度L越长，受磁场力F越大。

【设计意图点评】

用研讨式教学模式，渗透控制变量法的物理实验思想，让学生在实验活动中自主探究，合作研讨。通过生生、师生间的言语交流，思维碰撞，学生经历实验探究过程，充分体现了学生的主体地位，老师适时引导，发挥主导作用。这是物理学科新课程理念所倡导的。本实验是安培力实验装置的创新使用。比教材提供的实验方案更新奇，学生更感兴趣；操作更简单，便于学生实验；实验现象更明显，教学效果更好。因此，从认知心理学的角度讲，学生更容易建构磁感应强度的概念。

3 DIS实验，定量探究

【构建问题环境，提出实验课题】

老师引导性设问：实验二只是定性研究，能不能设计一个实验进一步定量研究呢？提出实验课题——“定量探究磁感应强度”。

【课堂操作】

老师：请看这个实验装置（如图5），你能发现它的特别之处吗？

老师介绍：力传感器测量力，电流传感器测量电流，数据采集器将实验数据输入表格，对表格数据进行作图处理，进行定量化研究。

老师实验操作演示：闭合开关，采集数据，移动滑动变阻器，改变电流I，继续收集数据，断开开关，采集数据结束，作图，线性拟合。大家请看，右手示意学生看多媒体（如图6）：力F与I成正比。接换不同的接线柱，改变通电导线的长度，研究力F与通电导线L的定量关系，实验证明也成正比。将线圈放在磁场不同的位置，多次重复测量，结论相同。F与IL成正比，实验结果如图6。

基于实验结果老师追问，学生研讨：

（研讨1） 在F、IL、B 三者中，你认为哪个物理量可用来描述磁场的性质？为什么？（在学生思考的基础上，通过实验数据分析得出：在同一磁场中F/IL是个定值——比值反映规律性。）

（研讨2） 在一般的（非匀强）磁场中，还能用F/IL描述它的性质吗？为什么？ （ 分析实验数据可见：在不同（匀强）磁场中，F/IL为另一个确定的比值，且比值大小与磁场的强弱相关——比值具有客观性。）

（研讨3）在一般的（非匀强）磁场中，还能用F/IL描述它的性质吗？为什么？（启发学生用“无限分割、以匀代变”的极限思想进行推理分析。通过具体实验再加上合理的外推，得出的规律F/IL依然能描述它的性质，应该是具有普遍意义的。）

【实验结论】

磁场中通电导线受力F与电流I和长度L的乘积IL成正比。问题引导，构建磁感应强度的概念。

【设计意图点评】

由于一根导线受力很微小，笔者用一个线圈，受力效果叠加，实现微小量放大；线圈采用多匝抽头的办法，改变通电导线的长度。

多个磁铁组合，增强了磁性，放大微小力；磁间距可调，磁感应强度人为可控性好。

DIS数字信息系统，使探究定量化；数据收集处理信息化、快捷化；物理规律显性化，直观化。

微小量放大的物理思想的渗透，自制教具、DIS数字信息系统等多媒体技术的整合，问题引探、学习进阶理论的指导，实验探究、问题研讨的教学模式等都是为了优化实验教学效果，助力学生构建磁感应强度这一核心的物理概念，培养学生的问题意识、证据意识、时代意识和创新精神。

4 教学反思

利用小磁针、安培力实验装置，自制实验装置与DIS数字信息系统整合等，通过一系列实验探究，让学生参与实验观察、提出问题、制定计划与设计实验、动手实验、收集数据等实验活动，在探究活动中构建磁感应强度的概念，更重要的是培养学生的实验基本技能和实验探究能力。通过教学手段、实验器材及多媒体技术的多元整合，教学模式、探究实验的多重创新，物理思想、创新思维的多角度渗透，目的就是充分发挥老师的智慧，培养学生的物理观念，实现物理课堂教学由培养学生科学素养向培养学生物理核心素养转变。

参考文献：

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