磁感应强度概念教学之我见

晋兴强 吴伟

[摘 要]高中物理教学中，可依据建构主义学习理论，立足学生的前概念，创设物理教学情境，通过小组交流、讨论，使学生主动建构相关概念。文章结合教学实践，探讨磁感应强度概念教学。

[关键词]物理概念；磁感应强度；教学情境；合作学习

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2018）02004303

一、建构主义理论视角下的物理概念教学

建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构而获的得。因此建构主义学习理论认为“情境”“协作”“会话”“意义建构”是学习环境中的四大要素。[1]教师是学生知识建构的帮助者和促进者，而不是知识的传授者和灌输者。在实际教学中，通过教师的引导，促进学生自主建构科学的物理概念。

物理概念是物理学习的基础，也是物理教学中的重点和难点。不少学生对物理概念不清楚，对物理规律不明确，因为有些教师重课堂教学结果，而轻课堂教学过程。

经过十多年的教学实践，笔者深刻认识到物理概念教学的重要性。刚工作时，物理新课一般讲解较快，且一般以讲授为主，物理概念教学没有多少内涵和外延，课后通过大量习题训练，自我感觉学生接受了，但随着问题研究的深入，依然发现学生理解非常困难，甚至到高三第一轮复习结束后，发现有的学生对物理概念还没有理解透彻。学生在高中学习过程中，感觉物理非常难学，渐渐对物理失去了兴趣。有时也只是为了在高考中取得较好的成绩，而强迫自己去做题。经过反复思考，笔者发现原来是教师在平时教学过程中，没有注重物理概念教学，对探究式教学、学生自主学习和合作学习不够重视。基于此，笔者认为教师应创设物理教学情境，引导学生探究真实的物理现象，通过生生、师生间的交流，帮助学生主动建立科学的物理概念。

二、学生磁场强弱的前概念

前概念是指人们在没有接受正式的科学概念教育之前，对日常生活中所感知的现象，通过长期的经验积累与辨别式学习而形成的对事物的非本质的认识。[2]前概念广泛存在于人们的思维中，因此探究学生头脑中原有的前概念，分析学生已有的前概念对科学概念学习有积极作用，有利于教师在教学中找准突破口，采取适当的策略搞好物理概念教学。

学生在学习“磁感应强度”这一概念前，在初中已经学习过磁场，且学生对磁场有较深刻的认识。为了探究学生在磁场方面的前概念，笔者精心设置了下列五道试题，并进行了测试，测试时间为8分钟，要求学生当堂独立完成。

（1）以下关于磁场和磁感线的说法，正确的是（ ）。

A.磁体周围存在磁场，通电电流周围没有磁场

B.磁场中实际存在着磁感线

C.磁体周围，画有磁感线的地方有磁场，没有画磁感线的地方则没有磁场

D.磁感线的疏密反映了磁体周围磁场的强弱，磁感线越密，磁场越强

（2）在图1中画出条形磁体和蹄形磁体的磁感线分布情况。

（3）如图2所示，一同学在通电螺线管周围画出四个小磁针，表示磁感线方向，其中小磁针指向正确的是（ ）。

（4）图3所示的四个装置中，反映电动机工作原理的是（ ）。

（5）如图4，闭合开关后，导线ab会运动，说明磁场会对通電导体产生力的作用。我们知道，力是有大小的，请思考

磁场对通电导体作用力的大小与什么因素有关，说说你的理由。

测试完成后，经过统计，结果如下：全班51人，第（1）题51人选择D答案，全部正确，说明学生对磁场的基本认识比较清楚。第（2）题画出条形磁体和蹄形磁体的磁感线，除了少部分学生漏画了磁体内的磁感线外，其余学生都画正确，说明学生对磁感线掌握较好。第（3）题，有2名学生选择错误，49名学生选择D答案，正确，说明学生对磁感应强度的方向掌握得较好。第（4）题，有4名学生选择C答案，错误，47名学生选择B答案，正确，说明大部分学生知道电动机与发电机的区别，且了解通电导体在磁场中会受到力的作用。第（5）题，大部分学生猜测磁场对通电导体的作用力大小与磁场强弱、电流的大小、通电导体在磁场中的长度有关，但学生基本都说不出什么理由，同时学生的观点也有待实验探究来验证。通过这五道试题的测试，及与学生的交流、讨论，发现学生对磁感应强度的认识程度是：知道磁场的方向，知道磁场存在强弱，但不知如何探究磁场的强弱。总之，学生对磁感应强度的认识程度对磁感应强度概念的建立是有利的，不存在相悖的概念。

三、磁感应强度概念的建构

1.磁场强弱的验证

基于学生在初中已学过磁场，知道磁场存在强弱，本节就把“磁场存在强弱”这个问题抛给学生，让学生小组交流、讨论找出能说明磁场有强弱之分的事例，如学生找出较大的磁体能吸引较重的铁块，而小磁体只能吸引轻小的铁钉，说明较大的磁体周围磁性较强；学生还回忆初中学习的“磁场的强弱可以从它对放入其周围的细铁屑的分布来判断”，如细铁屑聚集多的地方，磁性较强等。笔者提问：“是不是只有磁体周围才有磁场？如果有，其磁场存在强弱吗？同学们能设计实验演示吗？”学生在组间交流、讨论后，回忆起通电的导体周围存在磁场，有的学生还设计了如图5所示的演示实验：在一枚长铁钉上绕上多匝导线，就可制成一个简单的通电电磁铁，增大通过导线中的电流，吸引别针的数目增多，这说明导线中电流越大，周围磁场越强。把“磁场存在强弱”这个问题抛给学生，让学生在交流、讨论中，深刻认识磁场存在强弱，为后面磁感应强度概念的建立奠定基础。

2.磁场方向的讨论及如何定量引入磁场强弱的思考

初中阶段学生已经学过磁场的方向，且通过对学生磁场前概念的测试，了解了学生对磁场方向掌握得比较好，故这个问题仍然可以抛给学生，让学生回顾磁场的方向及通过图6的演示实验，巩固并提升学生对磁场方向的掌握程度，同时让学生思考、讨论：能不能用小磁针（静止时）S极所指的方向作为该点的磁场方向？学生各抒己见，这样就拓宽了学生的视野，同时也加深了学生对相关概念的理解。

学生在初中时只接触到了磁场强弱的定性描述，对磁场强弱的定量描述没有先前的概念，对此笔者引导学生回忆如何定量研究电场强度：通过引入试探电荷来研究电场的强弱，同时让学生展开小组交流、讨论，有的小组提出用小磁针来研究磁场的强弱，有的小组提出用一段通电导体来研究磁场的强弱。学生思考，小组之间展开讨论，暴露出通过小磁针来研究磁场强弱的一些弊端和不确定性，最后学生总结：通过对一段通电的导体来研究磁场的强弱较为适宜。这部分内容的学习完全交给学生，充分发挥了学生的主动性，同时也没有忽视教师的主导性，关键时刻笔者充当引路人，学生仿佛已经穷途末路，却又能柳暗花明，通过学生思考、交流、讨论，为学生真正建立磁感应强度的概念埋下了伏笔。

3.磁感应强度大小概念的建立

笔者演示了磁场对通电导体作用的实验，同时引导学生猜测磁场对通电导体作用力的大小与哪些因素有关。

学生经过思考，小组交流、讨论后，总结磁场对通电导体的作用力跟磁场强弱、电流大小、通电导体在磁场中的长度等有关。随后如图7的演示实验发现：磁场越强，磁场对通电导体作用力越大；电流越大，磁场对通电导体作用力越大；通电导体在磁场中的长度越长，磁场对通电导体作用力越大。这时，许多教师会介绍精确实验，发现：通电导体与磁场垂直时，磁场对通电导体作用力与通电导体长度成正比，又与导体中电流的大小成正比，从而建立磁感应强度的概念。这样学生对磁感应强度概念的理解是不扎实的，是空中楼阁，不是学生通过探究实验主动建立的。笔者通过使用传感器演示实验，探究磁场对通电导体的作用力跟电流大小、导线长度的关系。

如图8所示的装置，在外力F的作用下，保持通电导线框的位置不变，用力传感器测量所需拉力F（等于通电导线框下边所受磁场作用力大小）的大小，拉力与电流所受的磁场力是平衡力，同时用电流传感器测量线框中的电流。

（1）同一块磁铁，保持长度L不变，改变六次电流I的大小，测出相应的六组外力F的大小。

（2）保持电流I不变，同一块蹄形磁铁，通过改变通电线圈的匝数（改变受力部分导线的长度），测定相应的五组线圈（匝数不同）和外力F的大小。

笔者把问题拋给学生：通过上述定量测量，记录数据，下面我们通过小组交流、探讨磁场强弱的决定条件及定量表达式。

每个小组设1名组长主持讨论（主持人），1名主发言人（主讲），3人评价补充（裁判），1人记录兼发言（发言人），组内角色分工定期轮换，确保每个人都能承担不同的角色，以调动每位学生主动参与小组交流、讨论的积极性。下面是一个小组交流、讨论的过程。

组长：老师要求通过上述定量测量的数据，探讨磁场强弱的决定因素，请大家思考一下。

主讲：同一块磁铁，保持长度L不变，改变六次I的大小，测出相应的六组外力F的大小；保持I不变，同一块蹄形磁铁，通过改变通电线圈的匝数（改变受力部分导线的长度），测定相应的五组线圈和外力F的大小，这两个实验说明了什么？

裁判1：关键是如何处理数据。

裁判2：通过计算，找出力F与I、L的关系。

裁判3：那我们就处理数据吧。

3位裁判员认为当长度L不变时，磁场对通电导体的作用力跟电流大小成正比；当通电导体中电流I不变时，磁场对通电导体的作用力跟通电导体的长度L成正比。

发言人：数据处理比较正确，力F分别与I、L成正比，感觉不太直观。

裁判1：那我们作图看看，后通过Excel软件绘制下列图像，如图9、图10所示。

主讲：分析图像可知，当长度L不变时，磁场对通电导体的作用力跟电流大小成正比，即F∝I；当通电导体中电流I不变时，磁场对通电导体的作用力跟通电导体的长度L成正比，即F∝L。

裁判2：磁场对通电导体的作用力与导体的横截面积大小及导体材料有关系吗？

裁判3：研究磁场对通电导体的作用力与导体长度关系时，能否不改变导体长度，而只并排增加相同的蹄形磁铁的个数？

组长：针对你们的问题，我们小组再次实验，随后，进行数据处理。

发言人：通过我们组的实验，总结出：当长度L不变时，磁场对通电导体的作用力跟电流大小成正比，即F∝I；当通电导体中电流I不变时，磁场对通电导体的作用力跟通电导体的长度L成正比，即F∝L；磁场对通电导体的作用力跟横截面积大小及导体材料无关，即F∝IL。

师：你们总结得很好，我们再分享一下其他组的成果。

笔者在各小组汇报后，顺利地引入比例系数B，F=BIL，故B=FIL，通过几组DIS验证实验得出：在同一磁场中，不管I、L如何改变，比值B总是不变的，但在不同的磁场中，比值B一般是不同的。

再次通过各小组成员思考、交流后一致得出：B与通电导体的电流大小I、导体的长度L等无关，只由磁场本身决定，进而引导学生主动建立并运用B=FIL定量地表示磁感应强度的概念。

物理概念是物理学的基础，在建构主义视角下，深挖并分析学生的前概念，有利于学生建立科学的物理概念。在此基础上，创设物理概念教学情境，通过实验探究，小组交流、讨论等，突破学生建立科学的物理概念的障碍，使学生对物理现象的认知达到一个更高的层次，进而使学生主动建立科学的物理概念。

[ 参 考 文 献 ]

[1]何克抗.建构主义革新传统教学的理论基础[J].中学语文教学，2002（8）.

[2]赵强，刘炳升.建构与前概念[J].物理教师，2001（7）.

（责任编辑 易志毅）