試論“核心素養”下物理概念的教學

桂如勝

【內容摘要】本文首先分析了物理概念的成因;其次討論了物理概念的重要性;最后提出在課堂教學過程中如何進行物理概念教學的具體實施方法和建議。

【關鍵詞】物理概念?磁通量?課堂教學

普通高中新課程標準下的物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。對于中學生學習物理，首先要從物理學的視角來認識物體運動、能量變化和相互作用等，在學生的思想中對一些基本的物理概念和規律有一定的基本認識;然后在生活中體驗和感受相關的物體運動規律，最后學會用物理知識解釋物理現象和規律。

一、物理概念的形成

物理概念是物理學知識體系組成的重要內容之一，是描述物質、運動與相互作用和能量等知識的重要方法。學會學好高中物理，最重要的先要了解物理概念的形成。在描述某一物理現象時，需要引用一些基本的物理概念來定義或命名一些物理量。物理概念是為人幫助人們認識和了解事物的本質，通過觀察現象、實驗驗證與科學思維、演繹和推理，經過反復論證其科學性、合理性和實用性而產生的。

二、物理概念的作用

物理學內容一般可分為物理現象、物理概念、物理規律和物理理論等幾個主要部分。物理概念是描述物理規律、解釋物理現象和形成物理理論的基礎。如果對物理概念認識不清，就不能更深刻了解相關的知識體系。例如：在學習電磁感應相關內容時，首先要知道磁感應強度是描述磁場強弱物理量，然后要理解磁通量這一重要的物理概念，才能認識閉合回路如何產生感應電流這一現象。

物理學體系是由一系列物理概念為基礎。例如：在學習電場知識中，有電場強度、電勢和電勢能等物理概念，如果沒有這些概念，就無法形成靜電學體系。如果學生對于物理概念不能理解，或者認識不清，就不能正確對物理現象和物理規律進行分析，難以進行正確思維、判斷和推理等抽象活動。

三、課堂教學中提高概念學習的方法

物理概念教學是一個重點，也是一個難點。如何讓學生認識、理解和掌握物理概念，為接下來分析和理解物理規律，是物理課堂教學中的一個重要內容。以下以磁通量概念教學為例，談談物理概念教學過程中的感受和體會。

磁通量是電磁感應部分的重要內容，根據物理學相關史實，磁通量的概念是法拉第在研究電磁感應現象過程中，為了定量表述電磁感應定律而引入的。

1.抓住本質——理解概念

教師在磁通量概念教學過程中，要想學生領會到為什么要建立磁通量概念，為什么是用面積和磁感應強度的乘積的手段和方法來定義磁通量概念。必須讓學生經歷一次科學探究思維，為以后在探究電磁感應定律打下堅實的基礎。通過下面例題來說明。

例1：將一閉合回路放入磁場中，下列關于磁通量的說法，哪一個是正確的？

A、穿過閉合回路面積的磁感線條數，就叫做這個面積的磁通量

B、垂直穿過閉合回路面積的磁感線條數，就叫做這個面積的磁通量

C、垂直穿過閉合回路單位面積的磁感線條數，就叫做這個面積的磁通量

D、垂直穿過某一面積的磁感線條數與該面積的比值，就叫做這個面積的磁通量

對于剛剛接觸磁通量概念的同學來說，將磁通量定性地理解為垂直穿過某一平面的磁感線條數更容易掌握。磁場以及電場，確實存在，但是看不到也摸不到，和普通的宏觀物體不一樣，用磁能量來描述能幫助人們對磁場相關知識的認識和了解。磁通量的意義可以用磁感線形象地加以說明。

2.深挖內涵——掌握概念

例2：一個圓形線圈共100匝，半徑為10cm，把它放入磁感應強度為0.5T的勻強磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，則穿過這個線圈的磁通量多大？

Φ=nBS=100×0.5×3.14×0.12=1.57wb

這樣的解法是否正確？

解析：通過對這類題型分析，讓學生更加深刻理解磁通量：

①磁通量有正值和負值，不過正、負值表示的是磁感線穿過繞圈平面的方向。例如磁感線向下穿過水平繞圈的磁通量假設為正值，那么磁感線從下往上穿過水平繞圈平面的磁通量就是負值。

②磁通量與繞圈的匝數無關。匝數越多，線圈兩端產生的感應電動勢越大。也就是磁通量大小與繞圈匝數的多少無關。

3.強化訓練——鞏固概念

例3：如圖所示，正方形線圈abcO邊長為0.8 m，勻強磁場沿x軸正向，B=0.2

T，線圈在圖示位置繞Oz軸轉過60°的過程中，穿過線圈的磁通量變化了多少？

當磁感應強度B與其中面積為S的平面垂直時，把B與S的乘積稱為穿過這個面積的磁通量。如果磁感應強度B不與平面S垂直時，就用這個平面在垂直于磁場B的方向的投影面與B

乘積表示磁通量。

解析：由題意，初磁通量

Φ1=BS sin0°=0

末磁通量

Φ2=BSsin60°=0.2×0.82×32Wb=0.0643Wb=0.11Wb

所以

△Φ=Φ2-Φ1=0.11Wb，答案：0.11Wb

4.突破難點——強化概念

例4：如圖所示，有一通電長直導線MN，通入向右的電流I，另有一閉合線圈P位于導線正下方，并豎直向上運動，則在線圈P到達MN上方的過程中，穿過P的磁通量是如何變化的？

解析：根據直線電流磁場特點，靠近導線處磁場強，遠離導線處磁場弱，把線圈P從MN下方運動到上方的過程中的幾個特殊位置畫出，如圖所示（為畫清楚，把線圈錯開了）.分析磁通量變化時可以通過穿過線圈的磁感線的條數（注意應是凈條數）的變化來分析.

Ⅰ→Ⅱ 磁通量增加

Ⅱ→Ⅲ 磁通量減小

（Ⅲ位置時Φ=0）

Ⅲ→Ⅳ 磁通量增加

Ⅳ→Ⅴ 磁通量減小

所以整個過程磁通量的變化經歷了：增加→減小→增加→減小

通過一個平面若有方向相反的兩個磁通量，這時的合磁通量為相反方向磁通量的代數和（即相反的磁通抵消以后剩余的磁通量）。在同一磁場中，磁感線越密的地方，也就是穿過單位面積的磁感線條數越多的地方，磁感應強度B越大。B越大，S越大，穿過這個面的磁感線條數就越多，磁通量就越大。

5.拓展外延——深化概念

磁通量作為物理概念第一次出現在同學們面前，學生大都理解起來比較困難，如果和生活中的實例結合起來，比如自來水，讓學生形成“水流通量”這一形象的類比，能大大幫助同學們理解和掌握“磁通量”。在學生對“磁通量”有一定的理解后，可以再提出一些相關的物理“通量”的概念，例如在學習電場中，如圖：電場強度穿過某一平面時的有沒有“電通量”的物理概念呢？由于人們的慣性思維習慣，自然而然會想到物理學中是否還有其他的物理“通量”存在呢？從而還會形成相類似的一系列的物理“通量”。讓學生認識到物理概念是相互聯系的，更加深刻理解物理概念的實用性、目的性和統一性。

從一個概念入手，引導學生學會實學，以求得概念在自己的頭腦中的映射，并起到鏡像的作用;引導學生學會融通擴展知識。如“通量”的概念通過實學得其定義，在物理學中也有其形象的表述，針對具體某物理量的通量該是什么樣，就要求學生自己看書完成對“通量”概念的擴展。

在研究電磁感應現象時，給出磁感應強度這一物理概念，用來表示磁場的強弱。再引入磁能量這一物理概念，形象、直觀和準確描述了磁場的大小、方向和分布規律等。深層次的揭示了電磁感應現象的本質，即由穿過閉合回路的磁通量發生變化所產生;對于用楞次定律判斷感應電流的大小方向提供了可行性，也為學生理解變壓器的工作原理提供理論依據等。

總之，在學習物理概念時，我們首先要了解物理概念產生的歷史背景和物理概念提出的意義和作用，以及對物理學發展所提供的幫助及其意義;然后對物理概念本質分析、理解和掌握，最后在物理學習中把物理概念運用到實際問題中，去發現問題、分析問題和解決問題。這樣才能真正回歸到物理學習的本源。

【參考文獻】

[1]王皓.引導學生學通學活物理通量概念[J].遼寧工程技術大學學報（社會科學版），2013.6.

[2]錢華.磁通量概念探究式教學的嘗試[J].科技資訊，2015（13）.

（作者單位：江蘇省蘇州市田家炳實驗高級中學）