基于素養背景下的磁場相關知識學習的思維障礙研究

黃 輝

(江蘇省啟東市呂四中學 226241)

與磁場相關的知識學習歷來是高中生學習的難點，原因是學生在這一塊遇到了諸多障礙，而這些障礙大多與學生的思維特點有關.我們由此入手，對學生的思維障礙進行分析，這不僅有助于學生磁場知識的學習，也有助于他們思維能力的提升，這些都與學生物理核心素養的發展是統一的.

一、先入為主的前概念體系造成的思維障礙

前概念是學生對物理現象形成的較為直觀的認識，是學生在系統化物理學習之前就已經存在，并且已形成一個自成體系的思維系統.由于學生這種自發形成的認識缺乏教師的指導，且存在一定的片面性，但是又完全切合學生原有的思維和認知習慣，因此前概念有頑固性、片面性、隱蔽性等特點，這些概念的存在嚴重干擾了學生正確認識的建構.

磁鐵在生活中是一個非常普遍的存在，學生在幼兒時期可能就在把玩磁鐵所制成的玩具，在他們漫長的成長過程中，必然會對接觸的磁現象進行自發的總結與歸納.當然，這些認識中必然會存在一些錯誤，這些前概念對學生的磁場學習會造成相應的干擾.比如“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”這是一個顯而易見的結論，但是從高中物理學習的角度來講，這句話是不完整的，以致于當我們提出問題：一枚小磁針放在通電螺線管的中軸線上時其N極朝什么方向指？很多學生會給出錯誤的答案.這是因為學生以往在生活中大多接觸并認識的是磁體外部的磁場，他們而對磁體內部的磁場一無所知，對此教師要引導學生進一步明確：在磁體外部，磁感線由N極出發，終止于S極；在磁體內部，磁感線由S極出發，終止于N極.這樣內外分開進行強調，有助于學生對概念進行辨析，從而糾正認識，即“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”的適用條件是針對磁體外部的情形.

教師幫助學生糾正前概念引起的錯誤時，一定要引導學生反思錯誤產生的根源，這樣才能從根本上糾正學生的思維習慣和認知方法.

二、對概念和規律的片面認識造成的思維障礙

學習物理概念和規律，就必須結合對應的物理情境進行深度地發掘和思考，進而把握其本質，明確其內涵，這也反映為物理思維的深刻性和全面性.但是很多學生的認識止步于表面，在他們看來只要記背公式就能輕松搞定一切問題，這樣的處理顯然是不夠的，這些想法會嚴重干擾學生思維的正常發展.

比如磁通量這個概念的學習，學生在學習的過程中都會明確它是一個標量，而他們的認識也就僅止于此，以致于在某些問題理解時出現錯誤.比如有情境，在一個磁感應強度為B的勻強磁場中，一個面積為S的線圈初始時刻處在與磁場垂直的平面上，現在將這個線圈整個翻轉一下，即圍繞該平面上的某根軸轉過180°，問穿過線圈磁通量的變化量？很多學生認為磁通量是標量，初始狀態穿過線圈的磁感線的條數與末了狀態穿過的條數是相等的，他們據此判斷轉過180°后線圈中的磁通量不變，這一錯誤正是片面認識造成的思維障礙，須知雖然磁通量是標量，但是它同樣有正負，它與磁感線從哪個方向穿過是有關系的，即上述情境中磁通量的變化應該為2BS.

在物理教學中，任何一個概念的學習，我們都有責任讓學生理清問題的來龍去脈，這才能幫助學生克服片面認識的思維障礙，才能促成學生更有深度、更加全面的思考.

三、物理學習負遷移造成的思維障礙

物理知識有著一個龐大的知識體系，很多知識之間存在關聯性，同時也存在著相似性.在物理研究中，我們提倡學生以類比、聯想、比較等方式來理解物理概念，認知相關規律，以這樣的方法來完成學習可以充分發揮物理學習正遷移的效果，由此讓很多問題變陌生為熟悉，變抽象為形象，這能有效提升學生的學習效率，同時這也是物理思維最本質的體現.

磁場和電場一樣都具有極強的抽象性，這也是學生學習過程中的主要難點.由于電場學習在前，磁場學習在后，因此我們經常以類比的方式來指導學生學習磁場的知識，比如指導學生類比于電場線來學習磁感線，類比于電場強度來學習磁感應強度.客觀地講，這在很大程度上降低了學生的學習難度，但是也無形之中產生了一些負遷移.因為類比法很有成效，因此學生也就自發地將磁場中的很多知識與電場中的知識進行類比，比如電場的方向被規定為正電荷的受力方向，那么磁場的方向也可以是正電荷受力的方向.這顯然就造成錯誤，須知運動電荷如果受到磁場的作用力，這肯定不沿磁場方向，其具體的關系需要用到左手定則.

學生之所以出現上述錯誤，還是由于學生的思維和認識不夠深刻，嚴格地講，這應該是學生思維嚴謹性的缺失，這當然也值得我們在后續的教學中加以強調和關注.

四、建模能力薄弱造成的思維障礙

面對相對陌生且復雜的物理情境，我們一般都會指導學生從中提取相應的物理模型來進行分析，這樣的處理可以幫助學生對情境形成更加清晰而透徹的認識，進而提升問題處理的效率.有效而正確的建模在于學生對模型和情境都有深刻且透徹的認識，如果學生的分析不到位，或對模型的認識還比較片面，這極有可能造成張冠李戴的錯誤，這也是學生思維僵化的體現.

比如帶電粒子在磁場中運動，其間涉及到很多復雜的運動情境，因此教師大多會指導學生建立很多的模型，比如帶電粒子在有界磁場的運動，教師都會引導學生總結：如果磁場的邊界是直線，且帶電粒子的入射點和出射點都在邊界上，則入射速度、出射速度與直線邊界的夾角相等.該結論的形成實際上是要滲透一個關鍵認識：對稱性在帶電粒子運動情境中的體現.但是學生的認識有時卻是機械且片面的，他們反而被一些特殊結論所誤導，比如當磁場的邊界為直線時，帶電粒子垂直邊界入射，則對應軌跡的圓心必然在邊界上.學生機械套用結論，在使用時忽略了結論的前提，只要是粒子從直線邊界上進入磁場，不考慮入射方向如何，就認為圓心在磁場邊界上，這樣的處理只會讓學生的思維陷入僵局.

以上思維障礙的發生是學生思維靈活性的缺失，這要求教師在教學中要經常進行變式教學，讓學生認清情境的多樣化，從而更加合理地運用物理模型.

磁場是整個高中階段綜合性最強的部分，其中所涉及到的問題對學生的思維能力也要求極高，學生在這一塊問題的分析和處理中也最容易暴露他們在思維發展方面的缺陷.為此，教師要有效分析學生各種思維障礙產生的原因，并在教學中做出相應的調整，這樣才能在教學中對學生給予恰當的指導和啟發，學生的認知建構才能更加嚴謹，他們的思維發展也將更加高效.

[1]隋淑峰．高中物理力學模型及解題策略[J]．中學物理教學參考，2016(12)．

[2]仲崇貴，張德啟．試論物理建模及其對學生能力的培養[J]．物理教師，2001(2)．