研读初高中教材差异 渗透物理思想方法教育①
2018-03-06
(江苏省太湖高级中学,江苏 无锡 214125)
1 引言
物理思想方法对高中物理教学的重要性是不言而喻的,然而,在高中物理教材中,很多物理思想方法都隐藏在知识背后。如何挖掘知识背后的思想方法,并把物理思想方法适时有效地渗透在物理教学过程中,已成为广大物理教师的一个共同追求。笔者发现,通过研读初高中物理教材的差异，挖掘并渗透物理思想方法,不失为一种行之有效的方法，本文以安培定则为例予以说明。
2 初高中物理教材中安培定则的表述及差异
安培定则是中学物理中的一条重要结论，然而在现行的初高中物理教材中,通电螺线管(环形电流)的安培定则的表述,却存在差异。
2.1 安培定则的表述
在苏科版物理九年级下册中,首先交代通电螺线管外部的磁场与条形磁铁周围的磁场相似,再阐述通电螺线管的安培定则:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向与螺线管中的电流方向一致,则大拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。
在人教版高中物理选修3-1中,环形电流的安培定则的表述是这样的:让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。
2.2 两种表述的差异
不难发现,两种表述在文字内容上的主要差异有两点:一是研究对象不同,初中教材的研究对象为通电螺线管,而高中为环形电流;二是拇指所指方向表征的内容不同,初中教材中拇指所指的那端为螺线管的N极,而高中教材中拇指所指的方向为环形导线轴线上磁感线的方向。
虽然初高中物理教材的表述中存在以上差异,但高中教材中就环形电流的安培定则有如下补充:“环形电流其实就是只有一匝的通电螺线管,通电螺线管则是许多匝环形电流串联而成的。因此,通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。所以,环形电流的安培定则也可以判定通电螺线管的磁场,这时,拇指所指的方向就是螺线管内部的磁场方向。从外部看,通电螺线管的磁场相当于一个条形磁铁的磁场,所以用安培定则时,拇指所指的是它北极的方向。”
显然,这两种表述并无本质上的差别。既然如此,高中教材为何不直接沿用初中教材的表述,再补充说明“环形电流其实就是只有一匝的通电螺线管”？这样岂不更为简单明了?
3 高中教材中所蕴含的物理思想方法及渗透
仔细研读高中教材,可以发现教材关于电流磁场的阐述,蕴含了丰富的物理思想方法。
3.1 高中物理教材中所蕴含的物理思想方法
关于电流的磁场,高中教材没有孤立地罗列几种磁场各自的规律,而是
从通电直导线磁场过渡到环形电流磁场，再过渡到通电螺线管磁场。在学习环形电流磁场时,可以将环形电流分割成无数小段,每一小段导线都是一段直导线,它们的磁场方向都可以用通电直导线的安培定则判断得出,最后叠加形成，其中蕴含了微元法和化曲为直的思想。而通电螺线管的磁场,则由环形电流磁场叠加而成,体现了由少到多的叠加过程。两次过渡,体现了不同磁场之间的联系,形象思维中隐含了逻辑思维,有利于学生掌握科学思想方法。
当然,高中教材先介绍环形电流和通电螺线管内部的磁场,再补充介绍其外部的磁场,也有助于学生更加全面联系地看待问题,同时为学生后续学习中解决电磁感应问题做好准备。
3.2 在教学中渗透物理思想方法
基于以上思考,环形电流磁场和通电螺线管磁场的教学设计如下。
教师先进行磁感线及通电直导线磁场的教学。
师:若将通电直导线弯曲至首尾相连,就能构成环形电流。同学们能否运用刚才学过的知识,来判断环形电流中心轴线处的磁场方向?
教师展示一个大的铁环,如果把它分成无数段,每一小段线可以怎样处理?由此对判断环形电流轴线处的磁场方向有什么启示?
学生讨论后提出：可以把环形电流看作是无数段直线电流构成,环形电流轴线处的磁场就是每一段直线电流磁场在轴线处的叠加。
师：这就是我们以前多次用到的一种方法——微元法。
教师再分析环形电流磁场方向同样遵循安培定则。
师:将多匝环形电流连起来,就构成了通电螺线管。怎样判断通电螺线管内部磁感线方向?
生:多匝环形电流串联形成通电螺线管,通电螺线管的磁场是由环形电流的磁场叠加而成的。
师生讨论得出通电螺线管内部磁感线的方向与电流方向的关系,即安培定则。同时,教师启发学生得出结论:从外部看,通电螺线管的磁场相当于一个条形磁铁的磁场,所以用安培定则时,拇指所指的是它的N极。
以上设计渗透了微元法、化曲为直和叠加的思想,体现了不同磁场之间的联系,使学生掌握了科学的思想方法。
4 结语
在高中物理教材中,有不少新知识都是在初中所学知识的基础上进行提升和深化而得出的,在提升和深化的过程中,渗透着大量的物理思想方法。在涉及初中内容时,教师切忌简单重复和罗列初中知识,而要深入研读初、高中教材差异,充分挖掘高中教材中隐藏的物理思想方法。在进行教学设计时,更要把相关物理思想渗透到教学中,在教学过程中适时有效地体现物理思想方法,有意识、有目的地落实物理思想方法教育的目标。
