如何有效建立概念——以“磁感应强度”的教学为例

艾 蒂，韩叙虹

（1.北京市朝阳外国语学校；2.北京市第八十中学）

一、问题的提出

概念是思维的细胞，是进入理性认识的第一步，从某种意义上来说，物理规律是物理概念之间的联系。对学生来说，物理概念又是感到最困难的知识，如果不使学生首先掌握物理概念，就不可能进一步学习和掌握物理规律，因此，如何将概念传授给学生就显得至关重要。

磁感应强度是高中物理一个重要的概念，也是一个难理解的概念。磁感应强度这个概念的理解与否，决定了学生对磁场的认识程度，同时，它的建立也是研究安培力和洛伦兹力的基础。怎样才能有效地建立磁感应强度这个概念呢？笔者以为，在教学上，可以采取从电场强度的定义类比到磁感应强度的定义，让学生既经历物理概念建立的过程，又体验物理学科的思维过程。

二、遵循科学建模过程，是建立概念的核心

科学建模过程其实就是物理学家建立概念规律的思考过程，我们在课堂建立一个新概念时，若能让学生体会到科学建模的过程，即体会到了物理学家的思考过程，这对学生深入理解概念是非常重要的。科学建模过程分为以下几步：

第一，发现现象并利用抽象概念解释：小磁针放入磁场中会转动，通电导线放入磁场中会运动，利用“磁场力”或“安培力”解释小磁针和通电导线会运动的原因。

第二，探究实验：探究磁场力与哪些因素有关，经实验探究发现通电导线受到的安培力与其电流成正比，与导线长度成正比，与在场中的位置有关。

第三，建立模型：根据实验数据，利用相关物理量，建立新的概念或规律。磁感应强度的建

第四，模型检验：检验磁感应强度概念的合理性。通过实验发现通电导线方向与磁场方向的关系影响安培力的大小，当通电导线和磁场方向平行时安培力为零，当通电导线和磁场方向垂直时安培力最大。

第五，模型重建：经过不断的检验，对模型重新调整，为模型成立增加条件。磁感应强度的定义：当通电导线与磁场方向垂直

三、运用类比法是建立概念的重要方法

磁感应强度这个概念是利用比值定义法建立的，比值定义法是建立物理概念的常用方法之一，且有一定的难度。而学生不久前刚利用比值定义法建立了电场强度。因此，利用类比法既有助于学生建立磁感应强度的概念，又有助于对比值定义法的理解。

1.由教师带领学生重现电场强度建立的情景，以情景引入是学生思考的前提

以点电荷Q形成的电场为例，分别在与点电荷距离为r的A点和与点电荷Q距离为2r的B点放置不同电荷量的正检验电荷，若电荷量为q0的检验电荷在A点受电场力为F0，那么它在B点受电场力为四分之一F0，电荷量为2q0的检验电荷在A点受到电场力为2F0，可见电场力不仅与位置有关，还与自身电量有关，为了反映场的本质，找到描述场本身的量，即同一位置不变的量，不同位置不一样的量，就是F与q的比值。

2.以形象的词汇提炼出电场强度建立的本质，生动形象的词汇给学生留下深刻印象

定义电场强度物理量时，是把检验电荷放入电场中来研究电场的，打个形象的比喻：检验电荷就是侦查电场的侦察兵。

侦查对象：电场

侦察兵：检验电荷

3.对于场强概念的建立提出若干问题，几个核心问题强烈刺激学生思考概念是如何建立的

（1）在定义电场强度时，为什么必须用电荷量小、体积小的电荷作为“侦察兵”？

答：电荷量小的目的是不影响原电场。体积小的目的是让“侦察兵”的位置准确。

（2）为什么不能用“侦察兵”受到的力来描述电场的强弱，而用“侦察兵”受到的力与其电量的比值描述电场的强弱？

答：“侦察兵”受到的力与自身的电量大小有关，描述电场强弱的物理量必须只与电场本身有关。

（3）为什么用“侦察兵”受到的力与其电量的比值描述电场的强弱，而不用“侦察兵”受到的力与其质量的比值描述电场的强弱？

答：“侦察兵”受到的力与自身质量无关，与自身电量有关，所以用力与电量的比值来描述电场强弱。

4.类比法寻找磁场的“侦察对象”“侦察兵”“侦察现象”和“反映本质”，形象的“侦察”模型可以帮助学生顺利进行类比，这是本节概念教学的重点和难点

（1）通过观察演示实验并思考，选出合适的“侦察兵”。

演示实验：展示小磁针放条形磁体旁受力转动，展示悬挂在磁场中的通电导线受力（利用力的传感器）。

问题：小磁针和一小段通电导线谁作为“侦察兵”更合适？为什么？小磁针探测磁场什么更方便？

回答：小磁针受力不好测量，小磁针受到磁场力大小的自身因素很难确定，但小磁针探测磁场的方向非常方便，所以探测磁场大小选择小段通电导线。

（2）引出探究实验，利用传感器探究通电导线受到磁场力与哪些因素有关。

通电导线直接侦查的是什么？能不能用它所受到的力来描述磁场在这点的强弱？通电导线受到的磁场力可能与自身的一些因素有关，因此下面我们要探究通电导线受到磁场力与哪些因素有关（通过传感器实验进行）。

（3）创建情境，建立描述磁场强弱的物理量：

电流为I、长度为L的电流元在A点受力假如为3F，在B点受力为F，若此电流元电流变为2I，则它在B点受力变为2F，若此电流元长度变为2L，则它在B点受力变为2F。我们要建立的物理量是一个可以描述场本质的物理量，所以这个量在同一个位置应该是不变的量，请问如何建立定量描述磁场的物理量？

侦查对象：磁场

侦察兵：小磁针、电流元

四、利用归纳对比法，有利于完善概念的建立

归纳对比法是人们常用的思维方法，是找出事物之间的相同点和不同点的思维方法。电场强度的概念和磁感应强度的概念有很大的可比性，运用归纳对比法，有助于学生接受新的概念，并加深对概念的理解，培养学生知识的迁移能力。对电场强度和磁感应强度的两个概念的对比，如下表所示。

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李泽军.物理概念与物理概念教学研究［D］.湖南师范大学，2004.