滲透科學(xué)方法 落實(shí)核心素養(yǎng)

馬麗梅

[摘 要]文章以“幾種常見的磁場(chǎng)”的教學(xué)為例，探討了類比法、微元法、疊加法等科學(xué)方法的教學(xué)，以此強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)該善于以物理知識(shí)的探索為載體，引導(dǎo)學(xué)生感悟隱含于其中的方法和思想，這樣不但有助于學(xué)生理解知識(shí)，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的能力。

[關(guān)鍵詞]磁場(chǎng)；科學(xué)方法；核心素養(yǎng)

[中圖分類號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）32-0044-02

如果和高中生就“物理學(xué)習(xí)難在何處”進(jìn)行交流，那么大部分學(xué)生會(huì)說：“電場(chǎng)和磁場(chǎng)是物理學(xué)習(xí)中難度最大的內(nèi)容?！痹蚴牵^抽象，也正因?yàn)槠浞浅３橄?，在教學(xué)中就必然涉及大量的科學(xué)研究方法。運(yùn)用相應(yīng)的科學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，一方面能降低該節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)難度，另一方面可以此為契機(jī)，讓學(xué)生較為充分地接受科學(xué)方法的教育。對(duì)學(xué)生而言，在他們的后續(xù)發(fā)展中，他們也許很難再系統(tǒng)化地接觸物理知識(shí)，但是沉淀在他們思維中的科學(xué)方法將指引他們?cè)谧约旱娜松缆飞戏€(wěn)步前行，所以我們有必要抓住契機(jī)，做好科學(xué)方法教育。

一、通過類比法，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)磁感線

磁感線是研究磁場(chǎng)最有效的一種手段，它是對(duì)磁場(chǎng)的一種具體化描述，學(xué)生在初中階段也接觸過，但是時(shí)過境遷，不少學(xué)生已經(jīng)遺忘了。為此，我們就必須考慮到學(xué)生已經(jīng)對(duì)電場(chǎng)線有了較好的認(rèn)識(shí)，所以我們可以指導(dǎo)學(xué)生由此出發(fā)，通過類比來認(rèn)識(shí)和理解磁感線。當(dāng)然，就類比法來講，我們一方面要讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的相似之處，另一方面也要指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)二者之間的差別。這樣的處理可以讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)更加清晰，且能避免思維定式的干擾。教學(xué)中，我們可以由電場(chǎng)線來組織提問，由此切入正題，我們可以這樣來組織問題：

（1）電場(chǎng)線是怎樣畫出來的？它真實(shí)存在嗎？怎樣從電場(chǎng)線發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)特點(diǎn)？電場(chǎng)線有著怎樣的基本規(guī)律？

（2）我們應(yīng)怎樣描述磁場(chǎng)？

（3）如何從磁感線上看出磁場(chǎng)的特點(diǎn)？

通過以上三個(gè)問題，引導(dǎo)學(xué)生從類比的角度完成切入，讓學(xué)生初步接納磁感線，然后通過鐵粉實(shí)驗(yàn)?zāi)M磁體外側(cè)磁感線的存在，從而讓學(xué)生形成一個(gè)相對(duì)形象化的認(rèn)識(shí)。最后，還要讓學(xué)生在討論中完成對(duì)磁感線和電場(chǎng)線的對(duì)比，以加深學(xué)生的理解。

二、通過微元法，讓學(xué)生區(qū)分通電直導(dǎo)線和環(huán)形電流的磁場(chǎng)特點(diǎn)

電流的磁場(chǎng)是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，具體操作中需要用到安培定則，但是對(duì)通電直導(dǎo)線和環(huán)形電流這兩種情況，學(xué)生不易把握，同樣是使用右手，但是基本對(duì)應(yīng)關(guān)系有差別。當(dāng)我們采用安培定則判斷通電直導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，是用右手握住直導(dǎo)線，伸直的拇指對(duì)應(yīng)著電流的方向，彎曲的四指對(duì)應(yīng)周圍磁感線的環(huán)繞方向；如果是用安培定則分析環(huán)形電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，則是用右手去握環(huán)形電流，彎曲的四指對(duì)應(yīng)環(huán)形電流的方向，伸直的拇指則對(duì)應(yīng)環(huán)形電流軸線處磁感線的方向。

上述兩種操作，很容易讓初次接觸的學(xué)生產(chǎn)生混亂，長(zhǎng)期如此，學(xué)生將無法精準(zhǔn)把握住四指和拇指分別對(duì)應(yīng)什么。對(duì)此，可以引導(dǎo)學(xué)生采用微元法分析，讓他們充分意識(shí)到長(zhǎng)直導(dǎo)線和環(huán)形導(dǎo)線之間的關(guān)聯(lián)，即可以對(duì)環(huán)形電流進(jìn)行分割，只要分割的段落足夠短，那么就可以將其視為一段段直導(dǎo)線，然后可采用直導(dǎo)線磁場(chǎng)的判斷方法來處理，最終將所有直導(dǎo)線磁場(chǎng)的結(jié)論進(jìn)行疊加即可完成任務(wù)。

在物理研究過程中，很多問題的處理都要用到微元思想，在上述問題的處理過程中，可引導(dǎo)學(xué)生展開分析和比較，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩種不同形式電流之間的關(guān)聯(lián)，避免學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)生混淆，同時(shí)還可以訓(xùn)練學(xué)生的思維，提升他們對(duì)微元法的理解。為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠自主發(fā)現(xiàn)相關(guān)方法的應(yīng)用，筆者認(rèn)為可以這樣設(shè)計(jì)問題：在學(xué)習(xí)過用安培定則判斷直線電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的前提下，應(yīng)如何分析環(huán)形電流，然后采用類似的方法來分析它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這樣的問題直接將學(xué)生的思維導(dǎo)向“化曲為直”的微元法，學(xué)生主動(dòng)而積極地探求聯(lián)系、形成結(jié)論。最后，我們?cè)賹才喽▌t有關(guān)環(huán)形電流的分析呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生比較并掌握知識(shí)的脈絡(luò)。

三、通過疊加法，讓學(xué)生從環(huán)形電流的磁場(chǎng)認(rèn)識(shí)通電螺線管磁場(chǎng)

很多教師在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)通電螺線管的磁場(chǎng)時(shí)，很是含糊，這是什么原因呢？筆者認(rèn)為，這可能是部分教師認(rèn)為，學(xué)生在初中階段重點(diǎn)學(xué)習(xí)過通電螺線管，而且強(qiáng)調(diào)過用右手螺旋定則判斷磁場(chǎng)方向。所以，很多教師認(rèn)為一筆帶過即可，但是筆者認(rèn)為，教材關(guān)于這塊內(nèi)容，先講直線電流，再講環(huán)形電流，最后講通電螺線管，是有深意的，在實(shí)際教學(xué)中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生由環(huán)形電流磁場(chǎng)的分析發(fā)展到通電螺線管磁場(chǎng)的分析，由此讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，體會(huì)隱含在其中的科學(xué)方法——疊加法。

為了幫助學(xué)生聯(lián)想，我們可以提出問題：當(dāng)你們已經(jīng)明確環(huán)形電流的磁場(chǎng)特點(diǎn)之后，該如何研究通電螺線管的磁場(chǎng)特點(diǎn)呢？這句話的潛臺(tái)詞就是需要學(xué)生將思維遷移一下，借助已有結(jié)論完成問題的解釋。學(xué)生自然也就想到，環(huán)形電流其實(shí)就是最特殊的通電螺線管，只是其匝數(shù)只有一匝而已。因?yàn)橥娐菥€管可視為是環(huán)形電流的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以有關(guān)環(huán)形電流的判斷結(jié)果經(jīng)過疊加處理后，可以適用于通電螺線管。

上述方法有助于學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，在電磁感應(yīng)中，經(jīng)常需要將多匝線圈視為多個(gè)單匝線圈的串聯(lián)，甚至視為多個(gè)電源的串聯(lián)。在這一章節(jié)滲透這一思想方法，有助于學(xué)生提前認(rèn)識(shí)，這樣在后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的理解和分析會(huì)更加高效。

四、通過歸納法，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)磁感線的特點(diǎn)

歸納法是總結(jié)和提煉物理知識(shí)規(guī)律的重要手段，在本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會(huì)接觸到若干種磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)這些磁場(chǎng)，教師一方面要指導(dǎo)學(xué)生理解其基本特點(diǎn)，比如要記住條形磁鐵的磁場(chǎng)分布、勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)分布等；另一方面也要指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合這些具體磁場(chǎng)的實(shí)際情況，展開總結(jié)，最終提煉出較為普遍的結(jié)論。

磁感線是本節(jié)較為重要的內(nèi)容，在教學(xué)過程中，我們可以將一些典型磁場(chǎng)的磁感線投影在屏幕上，引導(dǎo)學(xué)生展開比較分析，指導(dǎo)他們自主展開歸納思考。當(dāng)然，有的內(nèi)容，學(xué)生可能無法一眼看穿，教師要引導(dǎo)學(xué)生有針對(duì)性地觀察和分析，比如學(xué)生很少考慮磁體內(nèi)部的磁場(chǎng)特征，我們就可以直接告訴學(xué)生：通電螺線管的磁場(chǎng)分布和條形磁鐵存在相似性，由此我們還可以借助通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)特點(diǎn)來研究條形磁鐵內(nèi)部的磁場(chǎng)特征。學(xué)生在此基礎(chǔ)上形成結(jié)論：磁感線是一根封閉的曲線，在磁體的外部，磁感線由N極出發(fā)，終止于S極；在磁體的內(nèi)部，磁感線由S極出發(fā)，終止于N極。結(jié)合諸如此類的分析，學(xué)生能更加主動(dòng)地歸納出磁感線的基本特點(diǎn)，并自發(fā)地完成磁感線和電場(chǎng)線的比較：（1）這兩種線都是人們?yōu)榱死斫獬橄髮?duì)象而設(shè)想出來的；（2）這兩者的切線方向都對(duì)應(yīng)場(chǎng)的方向，疏密程度反映場(chǎng)的強(qiáng)度；（3）磁感線是封閉的曲線。

以上是實(shí)施科學(xué)方法教育的一個(gè)例子，在日常物理課堂上，教師要善于發(fā)掘科學(xué)方法教育的素材，并巧妙設(shè)計(jì)，將某些方法進(jìn)行顯化處理，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究的過程中，主動(dòng)而自發(fā)地運(yùn)用相關(guān)方法分析問題。長(zhǎng)此以往，學(xué)生將反復(fù)經(jīng)歷科學(xué)方法和理性思維的洗禮，他們的思維品質(zhì)將因此而提升，探究意識(shí)也將更加強(qiáng)烈，同時(shí)他們對(duì)物理知識(shí)也將形成更加深刻而本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

喬通，邢紅軍.初中物理教學(xué)中應(yīng)用物理知識(shí)的科學(xué)方法教育內(nèi)容研究[J].物理教師，2011（1）：18-19+21.

（責(zé)任編輯 易志毅）