以“電磁感應”的教學為例談物理觀念的培養和滲透

朱宏濤

高中物理核心素養的提出為高中物理教育教學指明了方向，它明確提出高中生學習物理必須具備的四大素養，即物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任。學生建立正確的、科學的物理觀念是學生學習物理和認識自然的基礎。所以教師在教學中向學生滲透物理觀念顯得尤為重要。

物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用，能量等的基本認識，是物理概念和規律在人腦中的提煉和升華，物理觀念包括物質觀念、運動和相互作用觀念、能量觀念。本文以高中物理“電磁感應”這一章的教學為例，談教師如何在教學中向學生滲透物理觀念，培養學生科學的、系統的物理觀念。

在物質觀念方面，學生可能認為只有看的見、摸得著的才是物質，物質一定是由原子、分子構成的，在電磁感應這一章的教學中，教師首先應該糾正學生錯誤的前觀念，強化學生對“場”這個概念的認識，引導學生認識到場也是一種物質，它無形，無味，它不是由原子和分子構成的，但就真實的存在于我們的自然界中，電場和磁場就是典型的場物質，為了讓學生感受場的存在，教師可以通過實驗，引導學生觀察場所產生的效應，通過學生思考和想象，來描繪場。加深學生對場的理解，幫助學生建立全面的、科學的、系統的物質觀念。

在運動和相互作用觀方面，可以從以下方面對學生加以滲透，電磁感應現象表現為兩種結果：其一是只在導體兩端產生感應電動勢，因為電路沒有閉合，所以沒有感應電流;另一種是導體兩端產生感應電動勢且電路又是閉合，所以產生了感應電流。導體棒切割磁感線所產生的感應電動勢稱為動生電動勢，穿過電路的磁通量發生變化所產生的感應電動勢稱為感生電動勢。動生電動勢是導體棒切割磁感線時，導體棒中的自由電子受到洛倫茲力的作用，自由電子的均勻分布狀況被打破，自由電子向導體棒的一端積累，從而導體棒兩端的電勢開始上升，導體棒中的電場強度也開始變大，當自由電子所受的洛倫茲力與受到的電場力平衡時，感生電動勢便達到穩定值。教師應引導學生認識到，感生電動勢的形成是導體棒的機械運動帶動自由電子，而自由電子又受到磁場的作用，這體現了運動和相互作用既發生在宏觀領域，也發生在微觀領域，場與微觀粒子的相互作用能表現出宏觀的力的作用效果。

教師還應該引導學生認識到導體兩端沒有產生感應電動勢時，導體中的自由電子在做無規則的熱運動，但自由電子無定向運動，所以無感應電流，當發生電磁感應現象時，導體兩端產生了感應電動勢，其本質是導體中產生了電場，電場驅動自由電子做定向移動，從而形成了感應電流，教師從感應電流形成的微觀機制方面向學生闡釋，讓學生體會電荷的運動對電流形成的影響，培養學生的運動和相互作用觀念。

教師應引導學生認識到物理中的相互作用很普遍，既可以發生在宏觀物體間，也可以發生在微觀粒子間，物理中的相互作用指的是兩物體間力的相互作用，在用條形磁鐵慢慢插入閉合螺線管中或將條形磁鐵從螺線管中拔出時，螺線管中產生了感應電流，同時條形磁鐵受到排斥力或吸引力，教師應引導學生認識二者發生力的相互作用的本質是螺線管中產生了感應電流，感應電流產生了磁場，所以條形磁鐵和螺線管發生力的作用是通過二者產生的磁場來傳遞的，及場可以傳遞相互作用，電磁相互作用是通過場來傳遞的。

在培養學生能量觀念的方面，教師應引導學生從不同層次和方面來建立能量觀念，能量觀念又很多子觀念，如能量本質觀、能量形式觀、能量轉化觀、能量守恒觀、能量耗散觀、功能關系觀，教師應該引導學生認識到電磁感應中如果產生了感應電流，電流位于磁場之中，受到安培力，外力必須克服安培力做功，使機械能轉化為電能，產生的感應電流通過電阻后使電阻發熱，即電能又轉化為內能，最中通過熱傳遞，熱量傳遞到周圍空間中，這又體現了能量耗散這個子觀念。這實際上正是能量守恒定律在電磁感應中的體現，在體現能量轉化與守恒定律的同時，也體現了物理中的功能關系。

教師在教育教學中要向學生滲透物理觀念，引導學生建立科學的、系統的物理觀念，我認為教師應該認識到并做到以下幾點：一、物理觀念不完全等于物理概念，物理觀念是眾多物理概念和物理規律在人腦中的反映，具有更高的包容性，教師要引導學生建立“大概念”觀，引導學生將所學物理概念和規律有機的組織起來，建立科學、系統的物理觀念。二、物理觀念具有層次結構，一個大的物理觀念有很多子觀念，例如運動觀念包括運動的普遍觀、絕對運動觀、相對運動觀、宏觀運動觀、微觀運動觀、運動的多種形式觀等等。即運動具有普遍性;運動是絕對的，靜止是相對的;研究物體必須選擇參照物，相對不同的物體，它的運動情況可能不同;運動既包括宏觀物體的機械運動，也包括微觀粒子的熱運動，還包括電磁場的運動等。能量觀包括能量的本質觀、能量形式觀、能量的轉化觀、能量守恒觀、功能關系觀、能量耗散觀。三、要了解學生頭腦中的前觀念，對于學生某些零碎的、感性的、不完整、定性的物理觀念，教師要引導學生進行系統化、科學化、定量化。幫助學生更正頭腦錯誤的前觀念，如很多學生認為重的物體比輕的物體下落的快，平拋運動中初速度大的物體在空中運動時間長、摩擦力總是阻礙物體的運動等等，學生錯誤的前觀念很多都是基于生活經驗、直觀感覺，要糾正學生這些錯誤的觀念，教師要利用學生的錯誤觀念，制造問題，讓學生意識到矛盾和沖突，從而改變已有的錯誤觀念。實驗是物理學的基礎，教師可引導學生通過實驗、觀察、思考發現規律，從而糾正他們的錯誤觀念。四、物理學是一門以實驗為基礎的科學，教師要引導學生通過觀察、實驗發現物理規律，并分析物理現象背后的原理，加深學生對物理概念和物理規律的理解。五、強調知識的情境性，引導學生運用物理觀念解釋物理現象和解決實際問題，加強對物理觀念的理解與運用。