基于素养背景下的磁场相关知识学习的思维障碍研究

黄 辉

(江苏省启东市吕四中学 226241)

与磁场相关的知识学习历来是高中生学习的难点，原因是学生在这一块遇到了诸多障碍，而这些障碍大多与学生的思维特点有关.我们由此入手，对学生的思维障碍进行分析，这不仅有助于学生磁场知识的学习，也有助于他们思维能力的提升，这些都与学生物理核心素养的发展是统一的.

一、先入为主的前概念体系造成的思维障碍

前概念是学生对物理现象形成的较为直观的认识，是学生在系统化物理学习之前就已经存在，并且已形成一个自成体系的思维系统.由于学生这种自发形成的认识缺乏教师的指导，且存在一定的片面性，但是又完全切合学生原有的思维和认知习惯，因此前概念有顽固性、片面性、隐蔽性等特点，这些概念的存在严重干扰了学生正确认识的建构.

磁铁在生活中是一个非常普遍的存在，学生在幼儿时期可能就在把玩磁铁所制成的玩具，在他们漫长的成长过程中，必然会对接触的磁现象进行自发的总结与归纳.当然，这些认识中必然会存在一些错误，这些前概念对学生的磁场学习会造成相应的干扰.比如“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”这是一个显而易见的结论，但是从高中物理学习的角度来讲，这句话是不完整的，以致于当我们提出问题：一枚小磁针放在通电螺线管的中轴线上时其N极朝什么方向指？很多学生会给出错误的答案.这是因为学生以往在生活中大多接触并认识的是磁体外部的磁场，他们而对磁体内部的磁场一无所知，对此教师要引导学生进一步明确：在磁体外部，磁感线由N极出发，终止于S极；在磁体内部，磁感线由S极出发，终止于N极.这样内外分开进行强调，有助于学生对概念进行辨析，从而纠正认识，即“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的适用条件是针对磁体外部的情形.

教师帮助学生纠正前概念引起的错误时，一定要引导学生反思错误产生的根源，这样才能从根本上纠正学生的思维习惯和认知方法.

二、对概念和规律的片面认识造成的思维障碍

学习物理概念和规律，就必须结合对应的物理情境进行深度地发掘和思考，进而把握其本质，明确其内涵，这也反映为物理思维的深刻性和全面性.但是很多学生的认识止步于表面，在他们看来只要记背公式就能轻松搞定一切问题，这样的处理显然是不够的，这些想法会严重干扰学生思维的正常发展.

比如磁通量这个概念的学习，学生在学习的过程中都会明确它是一个标量，而他们的认识也就仅止于此，以致于在某些问题理解时出现错误.比如有情境，在一个磁感应强度为B的匀强磁场中，一个面积为S的线圈初始时刻处在与磁场垂直的平面上，现在将这个线圈整个翻转一下，即围绕该平面上的某根轴转过180°，问穿过线圈磁通量的变化量？很多学生认为磁通量是标量，初始状态穿过线圈的磁感线的条数与末了状态穿过的条数是相等的，他们据此判断转过180°后线圈中的磁通量不变，这一错误正是片面认识造成的思维障碍，须知虽然磁通量是标量，但是它同样有正负，它与磁感线从哪个方向穿过是有关系的，即上述情境中磁通量的变化应该为2BS.

在物理教学中，任何一个概念的学习，我们都有责任让学生理清问题的来龙去脉，这才能帮助学生克服片面认识的思维障碍，才能促成学生更有深度、更加全面的思考.

三、物理学习负迁移造成的思维障碍

物理知识有着一个庞大的知识体系，很多知识之间存在关联性，同时也存在着相似性.在物理研究中，我们提倡学生以类比、联想、比较等方式来理解物理概念，认知相关规律，以这样的方法来完成学习可以充分发挥物理学习正迁移的效果，由此让很多问题变陌生为熟悉，变抽象为形象，这能有效提升学生的学习效率，同时这也是物理思维最本质的体现.

磁场和电场一样都具有极强的抽象性，这也是学生学习过程中的主要难点.由于电场学习在前，磁场学习在后，因此我们经常以类比的方式来指导学生学习磁场的知识，比如指导学生类比于电场线来学习磁感线，类比于电场强度来学习磁感应强度.客观地讲，这在很大程度上降低了学生的学习难度，但是也无形之中产生了一些负迁移.因为类比法很有成效，因此学生也就自发地将磁场中的很多知识与电场中的知识进行类比，比如电场的方向被规定为正电荷的受力方向，那么磁场的方向也可以是正电荷受力的方向.这显然就造成错误，须知运动电荷如果受到磁场的作用力，这肯定不沿磁场方向，其具体的关系需要用到左手定则.

学生之所以出现上述错误，还是由于学生的思维和认识不够深刻，严格地讲，这应该是学生思维严谨性的缺失，这当然也值得我们在后续的教学中加以强调和关注.

四、建模能力薄弱造成的思维障碍

面对相对陌生且复杂的物理情境，我们一般都会指导学生从中提取相应的物理模型来进行分析，这样的处理可以帮助学生对情境形成更加清晰而透彻的认识，进而提升问题处理的效率.有效而正确的建模在于学生对模型和情境都有深刻且透彻的认识，如果学生的分析不到位，或对模型的认识还比较片面，这极有可能造成张冠李戴的错误，这也是学生思维僵化的体现.

比如带电粒子在磁场中运动，其间涉及到很多复杂的运动情境，因此教师大多会指导学生建立很多的模型，比如带电粒子在有界磁场的运动，教师都会引导学生总结：如果磁场的边界是直线，且带电粒子的入射点和出射点都在边界上，则入射速度、出射速度与直线边界的夹角相等.该结论的形成实际上是要渗透一个关键认识：对称性在带电粒子运动情境中的体现.但是学生的认识有时却是机械且片面的，他们反而被一些特殊结论所误导，比如当磁场的边界为直线时，带电粒子垂直边界入射，则对应轨迹的圆心必然在边界上.学生机械套用结论，在使用时忽略了结论的前提，只要是粒子从直线边界上进入磁场，不考虑入射方向如何，就认为圆心在磁场边界上，这样的处理只会让学生的思维陷入僵局.

以上思维障碍的发生是学生思维灵活性的缺失，这要求教师在教学中要经常进行变式教学，让学生认清情境的多样化，从而更加合理地运用物理模型.

磁场是整个高中阶段综合性最强的部分，其中所涉及到的问题对学生的思维能力也要求极高，学生在这一块问题的分析和处理中也最容易暴露他们在思维发展方面的缺陷.为此，教师要有效分析学生各种思维障碍产生的原因，并在教学中做出相应的调整，这样才能在教学中对学生给予恰当的指导和启发，学生的认知建构才能更加严谨，他们的思维发展也将更加高效.

[1]隋淑峰．高中物理力学模型及解题策略[J]．中学物理教学参考，2016(12)．

[2]仲崇贵，张德启．试论物理建模及其对学生能力的培养[J]．物理教师，2001(2)．