大學生電磁感應錯誤概念的研究*

申亞琴 張 凡 黃惠敏 張 萍

(北京師范大學物理學系 北京 100875)

大學生電磁感應錯誤概念的研究*

申亞琴 張 凡 黃惠敏 張 萍

(北京師范大學物理學系 北京 100875)

利用同伴教學法進行教學，并在課堂上獲取大學生對電磁感應概念測試題的討論錄音，分析錄音,獲得大學生對于電磁感應存在的錯誤概念.根據得到的錯誤概念編制二階測試題，用于研究相關錯誤概念轉變情況.研究中發現大學生在電磁感應等物理概念上普遍存在著一些錯誤概念，此研究可以為今后的教學提供參考.

電磁感應 錯誤概念 大學生 同伴教學法

物理與日常生活息息相關，從日常生活中學生能夠得到對物理現象或問題的理解，其中有些理解是正確的，而有些理解則是片面的、不完整的，有的甚至是完全違背科學觀念的，研究者把這些完全違背科學知識的理解稱為錯誤概念[1].錯誤概念在學生中普遍存在，對教學有極大的影響.物理教師在教學之前應該充分地了解學生在某一知識點可能存在的錯誤概念，以便在教學過程中注意糾正，采取有針對性的教學策略，從而達到更好的教學效果，幫助學生建構科學的物理概念.

1 研究方法

1.1 教學方法——同伴教學法

同伴教學法(即PI教學法)是一種讓學生在課前充分預習，在課上合作學習的教學方式，利用投票器先讓學生選擇概念測試題的個人答案，并說明選擇該選項的理由，接著與小組成員進行交流討論，在討論過程中學生的答案可能會發生變化，因此討論結束后再次發送答案.同伴教學法比傳統單一的授課方式具有明顯的優勢，能夠提高學生的學習興趣和學習參與度，并能有效促進學生對概念的理解[2].

1.2 數據處理方法

本研究在使用同伴教學法的電磁學課程中進行，研究對象是非物理專業大二學生.課上學生分組討論動生電動勢的一階概念測試題，在討論過程中暴露出自己的錯誤概念.將小組討論進行錄音并轉錄成文字形式，分析錄音，找出討論過程中學生們出現的各種錯誤說法，對錯誤說法進行分析、歸類、統計，得出學生存在的動生電動勢錯誤概念.將一階測試中得出的錯誤概念編制成選項成為二階測試題.由于一個學生可能存在多個錯誤概念，所以二階測試題設計為多選題.

2 研究結果

在電磁學方面學生存在很多錯誤概念，針對學生在電場和電動勢方面可能存在的錯誤概念，采用特定的一階測試題對學生進行測試，并將錯誤概念外顯出來.

【例1】圓形區域中的磁感應強度B隨時間均勻變化，鋁環、木環分別按圖1中所示的4種方式放置，下列環中存在感生電場的有( )

圖1 鋁環、木環的4種放置方式

這個題目的正確選項是A,B,C,D.將學生的討論過程進行錄音并將錄音轉錄成文字形式，找出學生在討論過程中外顯的錯誤概念.學生中主要出現了4種錯誤概念，另外還出現了少量其他的錯誤概念，錯誤概念如表1所示.

表1 例1中的錯誤概念統計

①針對例1中的選項C.

將錯誤概念外顯出來編制成二階測試題如下.

【例1二階測試】圓形區域中的磁感應強度B隨時間均勻變化，鋁環、木環分別按圖1中所示方式放置，下列說法中正確的有( )

A.因為絕緣體中不能產生感生電場，所以圖1B的木環中沒有感生電場

B.因為圖1C的鋁環沒有處于變化的磁場之中，所以環中沒有感生電場

C.因為圖1C的鋁環中沒有磁通量變化，所以環中沒有感生電場

D.因為圖1D的半圓環不是閉合的回路，不會有感應電流，所以環中沒有感生電場

E.以上說法都不對

使用二階測試題對學生再一次進行測試可以進一步研究學生在感生電動勢方面存在的錯誤概念的轉變情況.

【例2】圓形區域中的磁感應強度B隨時間均勻變化，鋁環、木環分別按圖2中所示的4種方式放置，下列環中存在感生電動勢的有( )

圖2 鋁環、木環的4種放置方式

這個題目的正確選項是A,C,D，學生中主要出現了2個錯誤概念，另外還出現了少量其他的錯誤概念，錯誤概念如表2所示.

表2 關于感生電動勢的錯誤概念統計

將錯誤概念外顯出來編制成二階測試題如下.

【例2二階測試】圓形區域中的磁感應強度B隨時間均勻變化，鋁環、木環分別按圖2中的4種方式放置，下列說法正確的有( )

A.因為圖2B的木環處在變化的磁場中，所以有感生電動勢

B.因為圖2C的鋁環沒有處于變化的磁場之中，所以環中沒有感生電動勢

C.因為圖2D的半圓環沒有形成閉合的回路，所以環中沒有感生電動勢

D.因為有感生電場就有感生電動勢，所以圖2中4種方式的環中均有感生電動勢

E.以上都不對

【例3】如圖3所示，一個U型線框(各邊長為L)沿著磁體以速度v垂直向下滑動(線框與磁體接觸良好)，下滑過程中線框與磁場夾角θ保持不變.假設線框和磁體都是良導體，且線框始終在勻強磁場中運動.關于該線框中動生電動勢的說法，下列說法正確的是( )

A.E=BLvB.E=BLvcosθ

C.E=BLvsinθD.E=0

E.以上都不對

這個題目的正確選項是A，學生中主要出現了3個錯誤概念，如表3所示.

表3 例5學生討論中出現的錯誤概念

將這些錯誤概念編入原題，設計成二階測試題如下．

【例3二階測試】如圖4所示，一個U型線框(各邊長為L)沿著磁體以速度v垂直向下滑動(線框與磁體接觸良好)，下滑過程中線框與磁場B夾角θ保持不變.其中P,Q是U型線框末端的兩個點.假設線框和磁體都是良導體，且線框始終在勻強磁場中運動.關于該線框中動生電動勢的說法，下列說法正確的是( )

圖4 例3二階測試題圖

A.由于U形線框和磁體組成的閉合線框的磁通量沒有變化，所以感應電動勢為零

B.應將U形線框和磁體組成的閉合線框平面投影到與磁場垂直的平面上，所以感生電動勢為E=BLvsinθ

C.U型線圈沒有閉合，不會產生感應電流，因而感應電動勢為零

D.U型線圈與磁感線垂直的部分產生的電動勢為BLv，加上磁體內部與U型線圈形成閉合回路的部分磁體產生的電動勢，總感應電動勢為E=2BLv

E.由公式可得E=BLvcosθ

3 討論

(1)電磁學是物理中一個重要的知識領域，并且涵蓋許多方面的概念，學生在學習電磁學中存在很多錯誤概念,具體如表4所示.

表4 本次研究發現的錯誤概念

續表

(2)物理教學應充分關注學生頭腦中的錯誤概念，了解學生的學習困難，有針對性地設計概念測試題，給學生提供合作、交流的學習環境.通過研究一階測試題中學生存在的錯誤概念，將得到的錯誤概念編制成二階測試題，在一階測試題的基礎上進行二階測試題的測試，可以進一步研究大學生的錯誤概念轉變情況.本研究所得錯誤概念可以供物理教師作為教學參考，在講解知識的時候注意到這些錯誤概念對學生的影響，有助于提高教學質量.

1 臧國東. 論物理教學中如何轉變學生的錯誤概念. 吉林省教育學院學報旬刊, 2008(2):51～53

2 張萍, 劉宇星. 同伴教學法在大學物理課程中的應用. 物理與工程, 2012, 22(1):41～43

StudyontheMisconceptionsofElectromagneticInductionamongUndergraduateStudents

ShenYaqinZhangFanHuangHuiminZhangPing

(DepartmentofPhysics,BeijingNormalUniversity,Beijing100875)

In a calculus-based introductory physics course, we implemented Peer Instruction and recorded the students′ discussion on electromagnetic induction conception tests. After analyzing the records, we know about their misconception of electromagnetic induction. Then we developed another multiple-choice test which targets at obtaining the change of the misconceptions. Many common misconceptions of electromagnetic induction have been found in our study, which will provide a reference for future teaching.

electromagnetic induction; misconceptions; undergraduate students; peer instruction

*2015年度北京高等學校教育教學改革項目，項目編號：2015-1h02

申亞琴(1993- )，女，在讀本科生.

指導教師：張萍(1964- )，女，博士，教授，博士生導師，主要從事高等物理教育研究.

2016-06-28)