以“电磁感应”的教学为例谈物理观念的培养和渗透

朱宏涛

高中物理核心素养的提出为高中物理教育教学指明了方向，它明确提出高中生学习物理必须具备的四大素养，即物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任。学生建立正确的、科学的物理观念是学生学习物理和认识自然的基础。所以教师在教学中向学生渗透物理观念显得尤为重要。

物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用，能量等的基本认识，是物理概念和规律在人脑中的提炼和升华，物理观念包括物质观念、运动和相互作用观念、能量观念。本文以高中物理“电磁感应”这一章的教学为例，谈教师如何在教学中向学生渗透物理观念，培养学生科学的、系统的物理观念。

在物质观念方面，学生可能认为只有看的见、摸得着的才是物质，物质一定是由原子、分子构成的，在电磁感应这一章的教学中，教师首先应该纠正学生错误的前观念，强化学生对“场”这个概念的认识，引导学生认识到场也是一种物质，它无形，无味，它不是由原子和分子构成的，但就真實的存在于我们的自然界中，电场和磁场就是典型的场物质，为了让学生感受场的存在，教师可以通过实验，引导学生观察场所产生的效应，通过学生思考和想象，来描绘场。加深学生对场的理解，帮助学生建立全面的、科学的、系统的物质观念。

在运动和相互作用观方面，可以从以下方面对学生加以渗透，电磁感应现象表现为两种结果：其一是只在导体两端产生感应电动势，因为电路没有闭合，所以没有感应电流;另一种是导体两端产生感应电动势且电路又是闭合，所以产生了感应电流。导体棒切割磁感线所产生的感应电动势称为动生电动势，穿过电路的磁通量发生变化所产生的感应电动势称为感生电动势。动生电动势是导体棒切割磁感线时，导体棒中的自由电子受到洛伦兹力的作用，自由电子的均匀分布状况被打破，自由电子向导体棒的一端积累，从而导体棒两端的电势开始上升，导体棒中的电场强度也开始变大，当自由电子所受的洛伦兹力与受到的电场力平衡时，感生电动势便达到稳定值。教师应引导学生认识到，感生电动势的形成是导体棒的机械运动带动自由电子，而自由电子又受到磁场的作用，这体现了运动和相互作用既发生在宏观领域，也发生在微观领域，场与微观粒子的相互作用能表现出宏观的力的作用效果。

教师还应该引导学生认识到导体两端没有产生感应电动势时，导体中的自由电子在做无规则的热运动，但自由电子无定向运动，所以无感应电流，当发生电磁感应现象时，导体两端产生了感应电动势，其本质是导体中产生了电场，电场驱动自由电子做定向移动，从而形成了感应电流，教师从感应电流形成的微观机制方面向学生阐释，让学生体会电荷的运动对电流形成的影响，培养学生的运动和相互作用观念。

教师应引导学生认识到物理中的相互作用很普遍，既可以发生在宏观物体间，也可以发生在微观粒子间，物理中的相互作用指的是两物体间力的相互作用，在用条形磁铁慢慢插入闭合螺线管中或将条形磁铁从螺线管中拔出时，螺线管中产生了感应电流，同时条形磁铁受到排斥力或吸引力，教师应引导学生认识二者发生力的相互作用的本质是螺线管中产生了感应电流，感应电流产生了磁场，所以条形磁铁和螺线管发生力的作用是通过二者产生的磁场来传递的，及场可以传递相互作用，电磁相互作用是通过场来传递的。

在培养学生能量观念的方面，教师应引导学生从不同层次和方面来建立能量观念，能量观念又很多子观念，如能量本质观、能量形式观、能量转化观、能量守恒观、能量耗散观、功能关系观，教师应该引导学生认识到电磁感应中如果产生了感应电流，电流位于磁场之中，受到安培力，外力必须克服安培力做功，使机械能转化为电能，产生的感应电流通过电阻后使电阻发热，即电能又转化为内能，最中通过热传递，热量传递到周围空间中，这又体现了能量耗散这个子观念。这实际上正是能量守恒定律在电磁感应中的体现，在体现能量转化与守恒定律的同时，也体现了物理中的功能关系。

教师在教育教学中要向学生渗透物理观念，引导学生建立科学的、系统的物理观念，我认为教师应该认识到并做到以下几点：一、物理观念不完全等于物理概念，物理观念是众多物理概念和物理规律在人脑中的反映，具有更高的包容性，教师要引导学生建立“大概念”观，引导学生将所学物理概念和规律有机的组织起来，建立科学、系统的物理观念。二、物理观念具有层次结构，一个大的物理观念有很多子观念，例如运动观念包括运动的普遍观、绝对运动观、相对运动观、宏观运动观、微观运动观、运动的多种形式观等等。即运动具有普遍性;运动是绝对的，静止是相对的;研究物体必须选择参照物，相对不同的物体，它的运动情况可能不同;运动既包括宏观物体的机械运动，也包括微观粒子的热运动，还包括电磁场的运动等。能量观包括能量的本质观、能量形式观、能量的转化观、能量守恒观、功能关系观、能量耗散观。三、要了解学生头脑中的前观念，对于学生某些零碎的、感性的、不完整、定性的物理观念，教师要引导学生进行系统化、科学化、定量化。帮助学生更正头脑错误的前观念，如很多学生认为重的物体比轻的物体下落的快，平抛运动中初速度大的物体在空中运动时间长、摩擦力总是阻碍物体的运动等等，学生错误的前观念很多都是基于生活经验、直观感觉，要纠正学生这些错误的观念，教师要利用学生的错误观念，制造问题，让学生意识到矛盾和冲突，从而改变已有的错误观念。实验是物理学的基础，教师可引导学生通过实验、观察、思考发现规律，从而纠正他们的错误观念。四、物理学是一门以实验为基础的科学，教师要引导学生通过观察、实验发现物理规律，并分析物理现象背后的原理，加深学生对物理概念和物理规律的理解。五、强调知识的情境性，引导学生运用物理观念解释物理现象和解决实际问题，加强对物理观念的理解与运用。