试论“核心素养”下物理概念的教学

桂如胜

【内容摘要】本文首先分析了物理概念的成因;其次讨论了物理概念的重要性;最后提出在课堂教学过程中如何进行物理概念教学的具体实施方法和建议。

【关键词】物理概念 磁通量 课堂教学

普通高中新课程标准下的物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。对于中学生学习物理，首先要从物理学的视角来认识物体运动、能量变化和相互作用等，在学生的思想中对一些基本的物理概念和规律有一定的基本认识;然后在生活中体验和感受相关的物体运动规律，最后学会用物理知识解释物理现象和规律。

一、物理概念的形成

物理概念是物理学知识体系组成的重要内容之一，是描述物质、运动与相互作用和能量等知识的重要方法。学会学好高中物理，最重要的先要了解物理概念的形成。在描述某一物理现象时，需要引用一些基本的物理概念来定义或命名一些物理量。物理概念是为人帮助人们认识和了解事物的本质，通过观察现象、实验验证与科学思维、演绎和推理，经过反复论证其科学性、合理性和实用性而产生的。

二、物理概念的作用

物理学内容一般可分为物理现象、物理概念、物理规律和物理理论等几个主要部分。物理概念是描述物理规律、解释物理现象和形成物理理论的基础。如果对物理概念认识不清，就不能更深刻了解相关的知识体系。例如：在学习电磁感应相关内容时，首先要知道磁感应强度是描述磁场强弱物理量，然后要理解磁通量这一重要的物理概念，才能认识闭合回路如何产生感应电流这一现象。

物理学体系是由一系列物理概念为基础。例如：在学习电场知识中，有电场强度、电势和电势能等物理概念，如果没有这些概念，就无法形成静电学体系。如果学生对于物理概念不能理解，或者认识不清，就不能正确对物理现象和物理规律进行分析，难以进行正确思维、判断和推理等抽象活动。

三、课堂教学中提高概念学习的方法

物理概念教学是一个重点，也是一个难点。如何让学生认识、理解和掌握物理概念，为接下来分析和理解物理规律，是物理课堂教学中的一个重要内容。以下以磁通量概念教学为例，谈谈物理概念教学过程中的感受和体会。

磁通量是电磁感应部分的重要内容，根据物理学相关史实，磁通量的概念是法拉第在研究电磁感应现象过程中，为了定量表述电磁感应定律而引入的。

1.抓住本质——理解概念

教师在磁通量概念教学过程中，要想学生领会到为什么要建立磁通量概念，为什么是用面积和磁感应强度的乘积的手段和方法来定义磁通量概念。必须让学生经历一次科学探究思维，为以后在探究电磁感应定律打下坚实的基础。通过下面例题来说明。

例1：将一闭合回路放入磁场中，下列关于磁通量的说法，哪一个是正确的？

A、穿过闭合回路面积的磁感线条数，就叫做这个面积的磁通量

B、垂直穿过闭合回路面积的磁感线条数，就叫做这个面积的磁通量

C、垂直穿过闭合回路单位面积的磁感线条数，就叫做这个面积的磁通量

D、垂直穿过某一面积的磁感线条数与该面积的比值，就叫做这个面积的磁通量

对于刚刚接触磁通量概念的同学来说，将磁通量定性地理解为垂直穿过某一平面的磁感线条数更容易掌握。磁场以及电场，确实存在，但是看不到也摸不到，和普通的宏观物体不一样，用磁能量来描述能帮助人们对磁场相关知识的认识和了解。磁通量的意义可以用磁感线形象地加以说明。

2.深挖内涵——掌握概念

例2：一个圆形线圈共100匝，半径为10cm，把它放入磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，则穿过这个线圈的磁通量多大？

Φ=nBS=100×0.5×3.14×0.12=1.57wb

这样的解法是否正确？

解析：通过对这类题型分析，让学生更加深刻理解磁通量：

①磁通量有正值和负值，不过正、负值表示的是磁感线穿过绕圈平面的方向。例如磁感线向下穿过水平绕圈的磁通量假设为正值，那么磁感线从下往上穿过水平绕圈平面的磁通量就是负值。

②磁通量与绕圈的匝数无关。匝数越多，线圈两端产生的感应电动势越大。也就是磁通量大小与绕圈匝数的多少无关。

3.强化训练——巩固概念

例3：如图所示，正方形线圈abcO边长为0.8 m，匀强磁场沿x軸正向，B=0.2

T，线圈在图示位置绕Oz轴转过60°的过程中，穿过线圈的磁通量变化了多少？

当磁感应强度B与其中面积为S的平面垂直时，把B与S的乘积称为穿过这个面积的磁通量。如果磁感应强度B不与平面S垂直时，就用这个平面在垂直于磁场B的方向的投影面与B

乘积表示磁通量。

解析：由题意，初磁通量

Φ1=BS sin0°=0

末磁通量

Φ2=BSsin60°=0.2×0.82×32Wb=0.0643Wb=0.11Wb

所以

△Φ=Φ2-Φ1=0.11Wb，答案：0.11Wb

4.突破难点——强化概念

例4：如图所示，有一通电长直导线MN，通入向右的电流I，另有一闭合线圈P位于导线正下方，并竖直向上运动，则在线圈P到达MN上方的过程中，穿过P的磁通量是如何变化的？

解析：根据直线电流磁场特点，靠近导线处磁场强，远离导线处磁场弱，把线圈P从MN下方运动到上方的过程中的几个特殊位置画出，如图所示（为画清楚，把线圈错开了）.分析磁通量变化时可以通过穿过线圈的磁感线的条数（注意应是净条数）的变化来分析.

Ⅰ→Ⅱ 磁通量增加

Ⅱ→Ⅲ 磁通量减小

（Ⅲ位置时Φ=0）

Ⅲ→Ⅳ 磁通量增加

Ⅳ→Ⅴ 磁通量减小

所以整个过程磁通量的变化经历了：增加→减小→增加→减小

通过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通量为相反方向磁通量的代数和（即相反的磁通抵消以后剩余的磁通量）。在同一磁场中，磁感线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方，磁感应强度B越大。B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。

5.拓展外延——深化概念

磁通量作为物理概念第一次出现在同学们面前，学生大都理解起来比较困难，如果和生活中的实例结合起来，比如自来水，让学生形成“水流通量”这一形象的类比，能大大帮助同学们理解和掌握“磁通量”。在学生对“磁通量”有一定的理解后，可以再提出一些相关的物理“通量”的概念，例如在学习电场中，如图：电场强度穿过某一平面时的有没有“电通量”的物理概念呢？由于人们的惯性思维习惯，自然而然会想到物理学中是否还有其他的物理“通量”存在呢？从而还会形成相类似的一系列的物理“通量”。让学生认识到物理概念是相互联系的，更加深刻理解物理概念的实用性、目的性和统一性。

从一个概念入手，引导学生学会实学，以求得概念在自己的头脑中的映射，并起到镜像的作用;引导学生学会融通扩展知识。如“通量”的概念通过实学得其定义，在物理学中也有其形象的表述，针对具体某物理量的通量该是什么样，就要求学生自己看书完成对“通量”概念的扩展。

在研究电磁感应现象时，给出磁感应强度这一物理概念，用来表示磁场的强弱。再引入磁能量这一物理概念，形象、直观和准确描述了磁场的大小、方向和分布规律等。深层次的揭示了电磁感应现象的本质，即由穿过闭合回路的磁通量发生变化所产生;对于用楞次定律判断感应电流的大小方向提供了可行性，也为学生理解变压器的工作原理提供理论依据等。

总之，在学习物理概念时，我们首先要了解物理概念產生的历史背景和物理概念提出的意义和作用，以及对物理学发展所提供的帮助及其意义;然后对物理概念本质分析、理解和掌握，最后在物理学习中把物理概念运用到实际问题中，去发现问题、分析问题和解决问题。这样才能真正回归到物理学习的本源。

【参考文献】

[1]王皓.引导学生学通学活物理通量概念[J].辽宁工程技术大学学报（社会科学版），2013.6.

[2]钱华.磁通量概念探究式教学的尝试[J].科技资讯，2015（13）.

（作者单位：江苏省苏州市田家炳实验高级中学）