例析教师行为对小组合作效度的影响

张同洋 朱具德

摘 要：本文就“磁场对通电导线的作用力”教学片断，从正反两个方面，剖析物理课堂教学过程中教师行为对学生小组合作效度的影响，提出高效教学行为应具备的原则。

关键词：教师行为；合作效度；安培力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）10-0065-4

物理新课程标准大力提倡学生自主学习、合作探索，要求教师转变角色，要成为学生学习的促进者、合作者，学习评价的指导者，学习潜能的开发者[1]。本文以2015年江苏省高中物理优质课评比大赛时一位教师上的“磁场对通电导线的作用力”为例，谈谈教师的课堂教学行为对学生合作效度的影响。

1 教学片断

师（演示）：实验示意图如图1，合上开关，导线中就有如图所示的电流，仔细观察导体棒的状态有何变化？

生：导体棒发生了偏移，向右偏移。

师：导体棒为何往右偏？

生：它受到了向右的力。

师：我们把通电导线在磁场中受的力叫做安培力，请大家猜一猜这个安培力的方向与哪些因素有关？

生1：应该与磁场强弱有关。

生2：还与电流有关。

师：很好！与这些因素到底有什么样的关系？下面我们就图1“电流方向与磁场方向垂直”这种特殊情况进一步研究。

师：这是一个量与两个量之间的关系，怎么研究？

生：利用控制变量法。

师：好！比如控制磁场方向不变，改变电流的方向。按照这种控制，有几种实验组合呢？

生（讨论）：控制磁场方向不变，改变电流方向有两种情况；控制电流方向不变，改变磁场方向也有两种。一共有四种组合。

师：（展示）这四种组合如图2所示，请每一组同学利用桌上的仪器研究安培力的方向与磁场及电流方向之间的关系（将全班分为四区，第一区研究第一种组合①，第二、三、四区分别研究组合②、组合③、组合④）。

生（实验探究，各区代表汇报实验现象）：①中安培力向右，②中安培力向左，③中安培力向左，④中安培力向右。

师（展示四种情况中安培力的方向如图3 所示）：观察①②导体棒受到的安培力，说明了什么？

生：①和②两种情况磁场的方向相同，电流方向相反，通电导体棒受到的安培力方向相反，这说明电流的方向会影响安培力的方向。

■

图3 安培力方向

师：再看①和③中安培力，这又说明了什么？

生：在①和③中，电流的方向都是相同的，磁场的方向改变，安培力方向也改变，这又说明磁场的方向也会影响安培力的方向。

师：可见刚才大家的猜测是正确的！它们的方向到底有怎样的关系？

生（观察）：……

师：好像不太直观，下面请大家拿出盒子里的橡皮泥及桌上三根贴有箭头的小竹竿，依据你们组实验的结果把它们的方向摆出来。说明：黑色竹竿代表磁场，尖端表示磁场方向；黄色竹竿代表电流方向；红色竹竿代表安培力方向。（学生小组合作讨论，不一会就摆好了。）

师：请每一区推荐一名代表把你们摆好的竹竿拿上讲台展示，依次排开（如图4）。

师：四组摆出了四种情况，它们的相对位置是否一样？

生：不一样！

师：真的不一样吗？

生：……

师：请第一种情况的同学手里的竹竿不要动，其他三组的同学试一试，经过转动，能不能变得和第一种情况一样？（各个区的同学可以上去帮忙。）

学生边讨论边转动竹竿。

生（第二区）：一样！因为黑色竹竿的位置和①中一样，保持其位置不变，以它为轴使红杆和黄杆在水平面内转动，红杆可先向里转90 °，再向右转90 °，结果和①相同。

生（第三区）：……一样！

生（第四区）：……一样！

下面学生：哇，太神奇了！居然都一样！

师：这说明了什么？

生（跃跃欲试）： 这说明所有这四种情况下安培力的方向与磁场、电流的方向其相对位置关系都相同，只有一种情况，像图1那样。

师：既然都相同且只有一种，所以这一种“结构”关系就是我们苦苦寻找的安培力的方向与磁场、电流的方向应遵循的规律！规律终于找到了，利用它我们就可以判断安培力的方向啦。如图5通电导线受到的安培力方向如何？

生（手中拿着图4①中插成的小竹竿边旋转边回答）：电流方向是流出来的，磁场方向向右，黄棒不动，以黄棒为轴，将黑棒逆时针转90 °，这时红棒向上，说明安培力向上。

师：做得很好。如果以后每次我们分析类似问题时，都拿着竹竿插来插去，转来转去，方便吗？

生：不方便。

师：在此基础上能否寻找更好的方法呢？

生：……

师：之前学习本章第二节我们是怎样寻找电流周围的磁场的？

生：用安培定则，也就是右手螺旋定则。

师：那么，今天大家能不能也用手把它们深藏的关系挖掘出来？

（学生小组讨论）

生1：摇头不会。

生2（举手）：用右手，四指代表磁场方向，然后调整手掌，使四指向导体棒运动的方向弯曲，那么露出的大拇指指的方向就是电流方向。

师（怀疑）：大拇指指向与电流方向一致吗？再说四指伸直了就没法弯曲了。

（教师接着喊第三位同学）

生3（不耐烦地）：课本上不是说了吗。

师：你告诉大家课本上是怎么说的？

生3：左手定则——伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在一个平面内；让磁感线从掌心穿入，并使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向[2]。

师：我们可以直接用课本上教的方法——左手定则。

……

2 教师行为对合作效度的影响剖析

感受一：巧设情景，润物无声，唤醒学生探索的源动力

首先，将安培力、磁场、电流的方向用竹竿在空间展示出来，真是“此时无声胜有声”，这不能不说是教师的一大创举，它瞬间将学生逝去的思维又连续起来，无形与有形，抽象与具体，此情此景怎能不激发他们的想象力？

接着一句“它们的相对位置是否一样呢？”此言一出，下面立刻群情激奋，有的说不一样，有的说不一定，为了证明自己的猜想对不对，事实胜于雄辩，马上行动，于是几只手转来转去。咦！和第一种一样！也和第一种一样！还和第一种一样！啊，四种情况完全一样，太神奇了！出乎所有学生所料，他们异常兴奋，原来要找的规律就是这三根棒之间的关系！真像伽利略所说的那样：物理规律往往是以最简洁的形式表现出来。课堂气氛跌宕起伏、空前热烈，如此课堂效率怎能不高呢？由此可见教师的精妙点拨能够唤起学生强烈的求知欲，这才是探究知识的源动力，又何需教师的千言万语。

感受二：迷恋教材，错失良机，可惜学生一片智慧火花

“几种电流周围的磁场由安培定则判断”教师这样提示很好，可是从心理学角度来看，这似乎也给学生某种暗示：能不能也用右手把安培力的方向与磁场方向、电流方向联系在一起呢？所以，第二位同学通过全组讨论说出了自己的猜想。其实这是学生智慧的火花，创造力的表现。不是吗，如图6，右手伸直，大拇指指向电流方向，四指指向磁场方向向右，然后将四指弯曲，与手掌垂直，则四指的指向即为受力方向。教师对此应大力表扬并耐心引导 。预设过程如下：

师：这好像是借用右手螺旋定则，这种方法不错，只是四指都弯曲时，容易使手掌也跟着转动，不好标示磁场方向，怎样解决这个问题？

生1：四指中留一个食指与右掌在一个面上不弯曲。（图7甲）

生2：都不弯，手心所对方向正好为磁场方向。（图7乙）

师：都很好，都是很不错的方法（投影图7，引导大家用这两种方法判断）。其实，这种方法是大学物理要学习的矢量叉乘法则。大家能够总结出来真是不简单！由于我们探究的是安培力的方向，还想突出安培力，这样一来，大拇指代表谁更合适？

生：代表安培力。

师：如此一改，那电流方向呢？

生：电流换用四指方向。

师：请大家按照这种方法用右手做一做。并归纳总结修改后的定律。（生动手模拟、讨论）

（顿一顿）在物理学的发展历程中，物理学家们当时或许为了防止人们在使用中与已有的右手螺旋定则发生混淆，或许为了更为简单直观，于是将右手改为左手，左手和右手是对称的，原来右手在磁场中放置时磁感线从掌背穿过，改为左手，其在磁场中怎么放？

生：让磁感线从左手掌心穿过。

师：这就是左手定则。

可惜教师没有明白学生的思想，于是该生悻悻然，满脸委屈地坐下，真是遗憾。其实，只有立足于学生思维根源的、自然生成的知识才是真正的知识，才是有生命力的知识，这些知识才是发明创造的源泉。美国现行物理主流教材《原理与问题》对这部分内容的编写就是采用这位同学的方法。可见教师在设计、实施科学探究方案时务必要重视过程与方法，充分考虑探究历程中出现的问题，不必拘泥于教材，才能让合作更有效，真正提高小组合作的效度，让合作大放异彩。

3 结束语

由以上例析可知，教师课堂上的主导行为对指导小组合作、引发学生思维走向，起到了至关重要的作用，直接影响小组合作的效度。物理学中的一些定律的发现、定则的建立是一个漫长的过程，有时经历几代人，绝非课堂上一、二十分钟探究活动所能解决的，所以，课堂上的科学探究旨在重演探究过程。正像匈牙利数学家波利亚所说的那样：“在教一个学科的分支（或一个理论、一个概念）时，我们应该让孩子重蹈人类思想发展中的那种最关键的步子，当然我们不应该让他们重蹈过去的无数个错误，而仅仅是重蹈关键性步子。”[3] 因此，教师必要的情景创设、恰当的引导或指导，不仅能让学生重温科学家探索之艰辛、成功之喜悦，积极投入到小组合作及互动中，提高课堂效率，而且更能让学生在观察和实验之后开拓视野，萌发出一些科学的思想，为其终身学习奠定基础。反之教师的草率行为学生会认为教师在敷衍、弄虚作假、浪费时间，长此以往会心生厌恶之感，何来效率而谈。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2008：58—59.

[2]课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中物理课程标准实验教科书：物理·选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2011：91—92.

[3]江丕权.关于教与学——波利亚《数学的发现》与“探究式教学”[J].中国教育学刊，2003（10）：35—38.