研讀初高中教材差異 滲透物理思想方法教育①

(江蘇省太湖高級中學,江蘇 無錫 214125)

1 引言

物理思想方法對高中物理教學的重要性是不言而喻的,然而,在高中物理教材中,很多物理思想方法都隱藏在知識背后。如何挖掘知識背后的思想方法,并把物理思想方法適時有效地滲透在物理教學過程中,已成為廣大物理教師的一個共同追求。筆者發現,通過研讀初高中物理教材的差異，挖掘并滲透物理思想方法,不失為一種行之有效的方法，本文以安培定則為例予以說明。

2 初高中物理教材中安培定則的表述及差異

安培定則是中學物理中的一條重要結論，然而在現行的初高中物理教材中,通電螺線管(環形電流)的安培定則的表述,卻存在差異。

2.1 安培定則的表述

在蘇科版物理九年級下冊中,首先交代通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵周圍的磁場相似,再闡述通電螺線管的安培定則:用右手握住螺線管,讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中的電流方向一致,則大拇指所指的那端就是通電螺線管的N極。

在人教版高中物理選修3-1中,環形電流的安培定則的表述是這樣的:讓右手彎曲的四指與環形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是環形導線軸線上磁感線的方向。

2.2 兩種表述的差異

不難發現,兩種表述在文字內容上的主要差異有兩點:一是研究對象不同,初中教材的研究對象為通電螺線管,而高中為環形電流;二是拇指所指方向表征的內容不同,初中教材中拇指所指的那端為螺線管的N極,而高中教材中拇指所指的方向為環形導線軸線上磁感線的方向。

雖然初高中物理教材的表述中存在以上差異,但高中教材中就環形電流的安培定則有如下補充:“環形電流其實就是只有一匝的通電螺線管,通電螺線管則是許多匝環形電流串聯而成的。因此,通電螺線管的磁場也就是這些環形電流磁場的疊加。所以,環形電流的安培定則也可以判定通電螺線管的磁場,這時,拇指所指的方向就是螺線管內部的磁場方向。從外部看,通電螺線管的磁場相當于一個條形磁鐵的磁場,所以用安培定則時,拇指所指的是它北極的方向。”

顯然,這兩種表述并無本質上的差別。既然如此,高中教材為何不直接沿用初中教材的表述,再補充說明“環形電流其實就是只有一匝的通電螺線管”？這樣豈不更為簡單明了?

3 高中教材中所蘊含的物理思想方法及滲透

仔細研讀高中教材,可以發現教材關于電流磁場的闡述,蘊含了豐富的物理思想方法。

3.1 高中物理教材中所蘊含的物理思想方法

關于電流的磁場,高中教材沒有孤立地羅列幾種磁場各自的規律,而是

從通電直導線磁場過渡到環形電流磁場，再過渡到通電螺線管磁場。在學習環形電流磁場時,可以將環形電流分割成無數小段,每一小段導線都是一段直導線,它們的磁場方向都可以用通電直導線的安培定則判斷得出,最后疊加形成，其中蘊含了微元法和化曲為直的思想。而通電螺線管的磁場,則由環形電流磁場疊加而成,體現了由少到多的疊加過程。兩次過渡,體現了不同磁場之間的聯系,形象思維中隱含了邏輯思維,有利于學生掌握科學思想方法。

當然,高中教材先介紹環形電流和通電螺線管內部的磁場,再補充介紹其外部的磁場,也有助于學生更加全面聯系地看待問題,同時為學生后續學習中解決電磁感應問題做好準備。

3.2 在教學中滲透物理思想方法

基于以上思考,環形電流磁場和通電螺線管磁場的教學設計如下。

教師先進行磁感線及通電直導線磁場的教學。

師:若將通電直導線彎曲至首尾相連,就能構成環形電流。同學們能否運用剛才學過的知識,來判斷環形電流中心軸線處的磁場方向?

教師展示一個大的鐵環,如果把它分成無數段,每一小段線可以怎樣處理?由此對判斷環形電流軸線處的磁場方向有什么啟示?

學生討論后提出：可以把環形電流看作是無數段直線電流構成,環形電流軸線處的磁場就是每一段直線電流磁場在軸線處的疊加。

師：這就是我們以前多次用到的一種方法——微元法。

教師再分析環形電流磁場方向同樣遵循安培定則。

師:將多匝環形電流連起來,就構成了通電螺線管。怎樣判斷通電螺線管內部磁感線方向?

生:多匝環形電流串聯形成通電螺線管,通電螺線管的磁場是由環形電流的磁場疊加而成的。

師生討論得出通電螺線管內部磁感線的方向與電流方向的關系,即安培定則。同時,教師啟發學生得出結論:從外部看,通電螺線管的磁場相當于一個條形磁鐵的磁場,所以用安培定則時,拇指所指的是它的N極。

以上設計滲透了微元法、化曲為直和疊加的思想,體現了不同磁場之間的聯系,使學生掌握了科學的思想方法。

4 結語

在高中物理教材中,有不少新知識都是在初中所學知識的基礎上進行提升和深化而得出的,在提升和深化的過程中,滲透著大量的物理思想方法。在涉及初中內容時,教師切忌簡單重復和羅列初中知識,而要深入研讀初、高中教材差異,充分挖掘高中教材中隱藏的物理思想方法。在進行教學設計時,更要把相關物理思想滲透到教學中,在教學過程中適時有效地體現物理思想方法,有意識、有目的地落實物理思想方法教育的目標。