大学生电磁感应错误概念的研究*

申亚琴 张 凡 黄惠敏 张 萍

(北京师范大学物理学系 北京 100875)

大学生电磁感应错误概念的研究*

申亚琴 张 凡 黄惠敏 张 萍

(北京师范大学物理学系 北京 100875)

利用同伴教学法进行教学，并在课堂上获取大学生对电磁感应概念测试题的讨论录音，分析录音,获得大学生对于电磁感应存在的错误概念.根据得到的错误概念编制二阶测试题，用于研究相关错误概念转变情况.研究中发现大学生在电磁感应等物理概念上普遍存在着一些错误概念，此研究可以为今后的教学提供参考.

电磁感应 错误概念 大学生 同伴教学法

物理与日常生活息息相关，从日常生活中学生能够得到对物理现象或问题的理解，其中有些理解是正确的，而有些理解则是片面的、不完整的，有的甚至是完全违背科学观念的，研究者把这些完全违背科学知识的理解称为错误概念[1].错误概念在学生中普遍存在，对教学有极大的影响.物理教师在教学之前应该充分地了解学生在某一知识点可能存在的错误概念，以便在教学过程中注意纠正，采取有针对性的教学策略，从而达到更好的教学效果，帮助学生建构科学的物理概念.

1 研究方法

1.1 教学方法——同伴教学法

同伴教学法(即PI教学法)是一种让学生在课前充分预习，在课上合作学习的教学方式，利用投票器先让学生选择概念测试题的个人答案，并说明选择该选项的理由，接着与小组成员进行交流讨论，在讨论过程中学生的答案可能会发生变化，因此讨论结束后再次发送答案.同伴教学法比传统单一的授课方式具有明显的优势，能够提高学生的学习兴趣和学习参与度，并能有效促进学生对概念的理解[2].

1.2 数据处理方法

本研究在使用同伴教学法的电磁学课程中进行，研究对象是非物理专业大二学生.课上学生分组讨论动生电动势的一阶概念测试题，在讨论过程中暴露出自己的错误概念.将小组讨论进行录音并转录成文字形式，分析录音，找出讨论过程中学生们出现的各种错误说法，对错误说法进行分析、归类、统计，得出学生存在的动生电动势错误概念.将一阶测试中得出的错误概念编制成选项成为二阶测试题.由于一个学生可能存在多个错误概念，所以二阶测试题设计为多选题.

2 研究结果

在电磁学方面学生存在很多错误概念，针对学生在电场和电动势方面可能存在的错误概念，采用特定的一阶测试题对学生进行测试，并将错误概念外显出来.

【例1】圆形区域中的磁感应强度B随时间均匀变化，铝环、木环分别按图1中所示的4种方式放置，下列环中存在感生电场的有( )

图1 铝环、木环的4种放置方式

这个题目的正确选项是A,B,C,D.将学生的讨论过程进行录音并将录音转录成文字形式，找出学生在讨论过程中外显的错误概念.学生中主要出现了4种错误概念，另外还出现了少量其他的错误概念，错误概念如表1所示.

表1 例1中的错误概念统计

①针对例1中的选项C.

将错误概念外显出来编制成二阶测试题如下.

【例1二阶测试】圆形区域中的磁感应强度B随时间均匀变化，铝环、木环分别按图1中所示方式放置，下列说法中正确的有( )

A.因为绝缘体中不能产生感生电场，所以图1B的木环中没有感生电场

B.因为图1C的铝环没有处于变化的磁场之中，所以环中没有感生电场

C.因为图1C的铝环中没有磁通量变化，所以环中没有感生电场

D.因为图1D的半圆环不是闭合的回路，不会有感应电流，所以环中没有感生电场

E.以上说法都不对

使用二阶测试题对学生再一次进行测试可以进一步研究学生在感生电动势方面存在的错误概念的转变情况.

【例2】圆形区域中的磁感应强度B随时间均匀变化，铝环、木环分别按图2中所示的4种方式放置，下列环中存在感生电动势的有( )

图2 铝环、木环的4种放置方式

这个题目的正确选项是A,C,D，学生中主要出现了2个错误概念，另外还出现了少量其他的错误概念，错误概念如表2所示.

表2 关于感生电动势的错误概念统计

将错误概念外显出来编制成二阶测试题如下.

【例2二阶测试】圆形区域中的磁感应强度B随时间均匀变化，铝环、木环分别按图2中的4种方式放置，下列说法正确的有( )

A.因为图2B的木环处在变化的磁场中，所以有感生电动势

B.因为图2C的铝环没有处于变化的磁场之中，所以环中没有感生电动势

C.因为图2D的半圆环没有形成闭合的回路，所以环中没有感生电动势

D.因为有感生电场就有感生电动势，所以图2中4种方式的环中均有感生电动势

E.以上都不对

【例3】如图3所示，一个U型线框(各边长为L)沿着磁体以速度v垂直向下滑动(线框与磁体接触良好)，下滑过程中线框与磁场夹角θ保持不变.假设线框和磁体都是良导体，且线框始终在匀强磁场中运动.关于该线框中动生电动势的说法，下列说法正确的是( )

A.E=BLvB.E=BLvcosθ

C.E=BLvsinθD.E=0

E.以上都不对

这个题目的正确选项是A，学生中主要出现了3个错误概念，如表3所示.

表3 例5学生讨论中出现的错误概念

将这些错误概念编入原题，设计成二阶测试题如下．

【例3二阶测试】如图4所示，一个U型线框(各边长为L)沿着磁体以速度v垂直向下滑动(线框与磁体接触良好)，下滑过程中线框与磁场B夹角θ保持不变.其中P,Q是U型线框末端的两个点.假设线框和磁体都是良导体，且线框始终在匀强磁场中运动.关于该线框中动生电动势的说法，下列说法正确的是( )

图4 例3二阶测试题图

A.由于U形线框和磁体组成的闭合线框的磁通量没有变化，所以感应电动势为零

B.应将U形线框和磁体组成的闭合线框平面投影到与磁场垂直的平面上，所以感生电动势为E=BLvsinθ

C.U型线圈没有闭合，不会产生感应电流，因而感应电动势为零

D.U型线圈与磁感线垂直的部分产生的电动势为BLv，加上磁体内部与U型线圈形成闭合回路的部分磁体产生的电动势，总感应电动势为E=2BLv

E.由公式可得E=BLvcosθ

3 讨论

(1)电磁学是物理中一个重要的知识领域，并且涵盖许多方面的概念，学生在学习电磁学中存在很多错误概念,具体如表4所示.

表4 本次研究发现的错误概念

续表

(2)物理教学应充分关注学生头脑中的错误概念，了解学生的学习困难，有针对性地设计概念测试题，给学生提供合作、交流的学习环境.通过研究一阶测试题中学生存在的错误概念，将得到的错误概念编制成二阶测试题，在一阶测试题的基础上进行二阶测试题的测试，可以进一步研究大学生的错误概念转变情况.本研究所得错误概念可以供物理教师作为教学参考，在讲解知识的时候注意到这些错误概念对学生的影响，有助于提高教学质量.

1 臧国东. 论物理教学中如何转变学生的错误概念. 吉林省教育学院学报旬刊, 2008(2):51～53

2 张萍, 刘宇星. 同伴教学法在大学物理课程中的应用. 物理与工程, 2012, 22(1):41～43

StudyontheMisconceptionsofElectromagneticInductionamongUndergraduateStudents

ShenYaqinZhangFanHuangHuiminZhangPing

(DepartmentofPhysics,BeijingNormalUniversity,Beijing100875)

In a calculus-based introductory physics course, we implemented Peer Instruction and recorded the students′ discussion on electromagnetic induction conception tests. After analyzing the records, we know about their misconception of electromagnetic induction. Then we developed another multiple-choice test which targets at obtaining the change of the misconceptions. Many common misconceptions of electromagnetic induction have been found in our study, which will provide a reference for future teaching.

electromagnetic induction; misconceptions; undergraduate students; peer instruction

*2015年度北京高等学校教育教学改革项目，项目编号：2015-1h02

申亚琴(1993- )，女，在读本科生.

指导教师：张萍(1964- )，女，博士，教授，博士生导师，主要从事高等物理教育研究.

2016-06-28)