基于“问题生成与解决”的物理概念教学初探--以人文物理教育版(选修课3≤1)为例_磁感应强度论文

基于“问题生成与解决”的物理概念教学初探——以人教版《物理》（选修3-1）“磁感应强度”为例，本文主要内容关键词为：物理论文,为例论文,以人论文,概念论文,教版论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      教学设计有限，教学过程善变，使得物理课堂教学既要重视预设，更要重视课堂教学中的问题生成与解决，以促进物理课堂的动态发展，培养学生的问题意识。本文将结合笔者执教的市级优质课“磁感应强度”的教学实践谈谈基于“问题生成与解决”的物理概念教学。

      一、基于“问题生成与解决”物理课堂教学的内涵

      问题、学生、教师是基于“问题生成与解决”的物理课堂教学中的三大要素，问题推动是基础、教师主导是条件、学生主体的生成与解决是目的，三者构成一个有机的整体，如图1所示。在主体性充分发挥的情况下学生创造性地理解与掌握学科知识、积极参与有效的智力实践过程，自主地发现与提出问题，即“生成学科问题”。教师按照基本的教学目标和课型特征所预设的教学过程与实践效果的偏差而亟待解决或完善的教学策略，即“生成教法问题”。基于“问题生成与解决”的物理课堂教学，突显的“学科问题的生成与解决”的重要性与主体地位，而不忽视“教法问题的生成与解决”对“学科问题的生成与解决”的促进作用。

      

      在基于“问题生成与解决”的物理课堂教学过程中教师把学生的学习过程由浅入深地加以设计与引导，让学生在完成自我知识建构的过程中能产生一些新的主体性求知、求解思维。在这样的物理课堂教学中学生俨然成为问题的主体，他们会迫切地希望成为一个发现者、探索者、研究者，也会极大地提高学习兴趣和学习效果，有利于其创新能力的养成。

      二、基于“问题生成与解决”物理课堂教学实施的一般程序

      根据心理学家布鲁纳的发现学习理论、思想家埃德加·莫兰的复杂性理论和初步的理论研究并结合中学物理教学实践研究，我们构建了基于“问题生成与解决”的课堂教学，其一般程序，如图2所示。

      

      三、教材磁感应强度的概念编写分析

      磁感应强度是电磁学基本概念之一，是“磁场”一章的重点。同时，磁场对磁极和电流的作用远比电场对电荷的作用复杂。如何寻找描述磁场强弱和方向的物理量也是本章教学的难点。教材用小磁针N极受力方向定义磁感应强度的方向，用电流元受力与电流元之比定义磁感应强度，符合学生认知水平。教材通过演示实验和电场强度的定义类比来突破难点，形成概念。

      值得注意的是：教材注重磁感应强度定义的开放性，也以不同的方式适时地介绍了其他的定义方式，比如在讲解完磁通量的概念之后，也得出了B=Φ/S，并且介绍了在工程技术上常把磁感应强度叫做磁通密度。另外，在指导学生推导出洛伦兹力公式F=qvB之后，教材在“旁批”中介绍了磁感应强度的另一种定义B=F/qv。

      四、教学流程设计与课堂生成实录

      教学片段1 为什么需要引入磁感应强度的概念？

      操作要点：情境创设，预设诱导，自主解决。

      如下页图3所示，从吸引小磁针到吸引铁块，再到磁悬浮列车，逐步放大磁性现象，学生形成了强烈的感官对比，发现磁场有强弱。笔者通过预设问题设计促使学生掌握科学的逻辑推理方法：透过（磁）现象，看本质（力），建立磁现象与力现象的联系。在情境诱导和预设问题的推动下，学生顺利生成并解决了问题：“磁现象”是表现“磁场”的“力特性”的“力现象”，描述“磁场有强弱”的特性时实际上就是描述其“力特性”，需要引入矢量——“磁感应强度”。

      

      教学片段2 为何不测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小？

      操作要点：实践试错，对话协助，定性建构。

      师：磁感应强度的大小应怎样来定义？注意是怎样来定义，不是已经知道定义！

      生：既然是力学性质，应该用磁体或通电导线的受力来研究。

      师：应该采用什么方法来定义，这让你联想到以前学过的什么概念？

      生1：比值定义法，电场强度。

      师：类比电场强度E=F/q，我们需要寻找一对象的受力来比值定义磁感应强度的大小。请同学们阅读教材，寻找答案。希望同学能带着问题读，读出新问题来。

      师：（巡视）观察学生阅读现状，思考学生深度阅读行为。（学生阅读推理习惯欠缺，无阅读实践生成问题，笔者意料之外）。

      师：能否用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小？

      （以下问题生成并解决）

      生：（教材原文照搬）N极不能单独存在，因而不能测量N极的受力的大小。

      师：（阅读点评后）为了让大家能够全面了解老师的阅读行为，老师给大家做个示范好吗？比如：N极不能单独存在——N极不能单独存在吗？因此不可能测量（量化）受力的大小——测其受力必须单独存在吗？也就不可能确定磁感应强度的大小了——不能测（量化）其受力就不能确定磁感应强度B了吗？这一段的潜台词似乎是：类比思考，电场强度的方向与正电荷受力方向相同，其大小等于F/q。磁感应强度的大小因为N极不能单独存在而无法定义。是这样吗？

      生1：（初步结论）不可以由“试探磁极”的受力来定义，而应该由“试探电流元”的受力来定义，因为“试探电流元”可以单独存在。（顿时，其他同学有意见）

      生2：不对，教材上也有啊，“试探电流元”也不能单独存在啊？

      （……师生协作……）

      生1：（结论）磁体N极不能单独存在，小段电流元也不能单独存在；主要缘由是磁极N未能量化，而小段电流元已经被量化（IL）。

      至此，解决问题并完成了磁感应强度的概念定性建构。

      教学片段3 怎样定量定义磁感应强度的大小及定义方法如何诠释？

      操作要点：实验探究，概念建构，方法提炼。

      教学流程图如下页图4所示。学生通过类比电场强度能得出定义磁感应强度的大小需要量化电流元（IL）及其受力（F），也顺其自然地想到了需要探究影响磁场对通电导线的作用力大小的因素。通过一般探究性实验操作步骤，师生采用控制变量法利用“安培力演示仪”半定量分析出垂直磁场放置的通电导线受力F∝IL，得出可以将磁场力（F）与试探电流元参数（IL）的比值定义为该点处磁感应强度的大小。

      为何这一比值可以用来描述磁场，怎样科学诠释比值定义法？这是学生敢想而不敢提的问题。笔者在课堂上请同学思维拓展提出对定义的疑惑，该生回答：类比电场强度是可以理解这一做法，还不能从本质上理解。如何“科学诠释”比值定义法的“本质”？这是本节思维和方法提炼的最大的难点，可借助教师的点拨，学生理解采用“比”操作的目的，从而掌握比值定义法的科学内涵。

      

      五、教学设计思路解读

      这节课，笔者从磁、力现象的联系入手，以磁感应强度定义方法的运作流程和科学诠释这两个主线问题展开教学，设计了五个活动引导学生建立磁感应强度概念，让学生在主线问题的解决中生成子问题、解决子问题，实现了有效学习。教学流程的设计与课堂中学生问题的生成与解决的成功都是基于对以下两个问题的深度分析而提出的有效解决教法问题的实施方案：

      问题1 概念定义的运作流程。

      ①取小磁针放入该点，将N极受力的方向规定为该点处磁感应强度的方向（磁场方向）。

      ②选择试探电流元（IL）来试探磁场的力特性，进而确定磁感应强度的大小。

      ③将试探电流元垂直于磁场方向放入磁场中某点，测得试探电流元所受的磁场力（F）。

      ④将磁场力（F）与试探电流元参数（IL）的比值定义为该点处磁感应强度的大小。

      问题2 比值定义方法的科学诠释。

      ①既然要描述磁场的力特性，那么就应该寻求一个与受力相关的矢量来担此任。

      ②选择试探电流元而未选择试探磁极，是因为试探电流元已经被量化（IL），而试探磁极尚未被量化（欲量化双方的作用，须量化作用的双方）。

      ③试探电流元垂直于磁场方向放置。（要试探磁场的力学特性，就应该令磁场尽全力）

      ④科学诠释：磁场对通电导线的作用力大小的因素应该与双方的参量相关，而采用“比”的操作消去试探电流元的参数（IL），剩下的当然是能够客观描述磁场力特性的参量（B）。

      实践证明，开展基于“问题生成与解决”的物理课堂概念教学，不仅能帮助学生形成正确的概念，促进学生对有关物理规律的理解和掌握，还会有效提高学生对整个物理学科的学习质量。值得注意的是：教师除了认真解读、领悟基于“问题生成与解决”的物理课堂教学中蕴涵的思想外，还应该坚持“问题推动、教师主导、学生主体”的原则，优化教学策略，总结实践经验，才能使基于“问题生成与解决”的物理课堂教学走向更加有效。

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