基于素養(yǎng)背景下的磁場相關(guān)知識學(xué)習(xí)的思維障礙研究

黃 輝

(江蘇省啟東市呂四中學(xué) 226241)

與磁場相關(guān)的知識學(xué)習(xí)歷來是高中生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，原因是學(xué)生在這一塊遇到了諸多障礙，而這些障礙大多與學(xué)生的思維特點(diǎn)有關(guān).我們由此入手，對學(xué)生的思維障礙進(jìn)行分析，這不僅有助于學(xué)生磁場知識的學(xué)習(xí)，也有助于他們思維能力的提升，這些都與學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展是統(tǒng)一的.

一、先入為主的前概念體系造成的思維障礙

前概念是學(xué)生對物理現(xiàn)象形成的較為直觀的認(rèn)識，是學(xué)生在系統(tǒng)化物理學(xué)習(xí)之前就已經(jīng)存在，并且已形成一個(gè)自成體系的思維系統(tǒng).由于學(xué)生這種自發(fā)形成的認(rèn)識缺乏教師的指導(dǎo)，且存在一定的片面性，但是又完全切合學(xué)生原有的思維和認(rèn)知習(xí)慣，因此前概念有頑固性、片面性、隱蔽性等特點(diǎn)，這些概念的存在嚴(yán)重干擾了學(xué)生正確認(rèn)識的建構(gòu).

磁鐵在生活中是一個(gè)非常普遍的存在，學(xué)生在幼兒時(shí)期可能就在把玩磁鐵所制成的玩具，在他們漫長的成長過程中，必然會對接觸的磁現(xiàn)象進(jìn)行自發(fā)的總結(jié)與歸納.當(dāng)然，這些認(rèn)識中必然會存在一些錯誤，這些前概念對學(xué)生的磁場學(xué)習(xí)會造成相應(yīng)的干擾.比如“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”這是一個(gè)顯而易見的結(jié)論，但是從高中物理學(xué)習(xí)的角度來講，這句話是不完整的，以致于當(dāng)我們提出問題：一枚小磁針放在通電螺線管的中軸線上時(shí)其N極朝什么方向指？很多學(xué)生會給出錯誤的答案.這是因?yàn)閷W(xué)生以往在生活中大多接觸并認(rèn)識的是磁體外部的磁場，他們而對磁體內(nèi)部的磁場一無所知，對此教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步明確：在磁體外部，磁感線由N極出發(fā)，終止于S極；在磁體內(nèi)部，磁感線由S極出發(fā)，終止于N極.這樣內(nèi)外分開進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，有助于學(xué)生對概念進(jìn)行辨析，從而糾正認(rèn)識，即“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”的適用條件是針對磁體外部的情形.

教師幫助學(xué)生糾正前概念引起的錯誤時(shí)，一定要引導(dǎo)學(xué)生反思錯誤產(chǎn)生的根源，這樣才能從根本上糾正學(xué)生的思維習(xí)慣和認(rèn)知方法.

二、對概念和規(guī)律的片面認(rèn)識造成的思維障礙

學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律，就必須結(jié)合對應(yīng)的物理情境進(jìn)行深度地發(fā)掘和思考，進(jìn)而把握其本質(zhì)，明確其內(nèi)涵，這也反映為物理思維的深刻性和全面性.但是很多學(xué)生的認(rèn)識止步于表面，在他們看來只要記背公式就能輕松搞定一切問題，這樣的處理顯然是不夠的，這些想法會嚴(yán)重干擾學(xué)生思維的正常發(fā)展.

比如磁通量這個(gè)概念的學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中都會明確它是一個(gè)標(biāo)量，而他們的認(rèn)識也就僅止于此，以致于在某些問題理解時(shí)出現(xiàn)錯誤.比如有情境，在一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)面積為S的線圈初始時(shí)刻處在與磁場垂直的平面上，現(xiàn)在將這個(gè)線圈整個(gè)翻轉(zhuǎn)一下，即圍繞該平面上的某根軸轉(zhuǎn)過180°，問穿過線圈磁通量的變化量？很多學(xué)生認(rèn)為磁通量是標(biāo)量，初始狀態(tài)穿過線圈的磁感線的條數(shù)與末了狀態(tài)穿過的條數(shù)是相等的，他們據(jù)此判斷轉(zhuǎn)過180°后線圈中的磁通量不變，這一錯誤正是片面認(rèn)識造成的思維障礙，須知雖然磁通量是標(biāo)量，但是它同樣有正負(fù)，它與磁感線從哪個(gè)方向穿過是有關(guān)系的，即上述情境中磁通量的變化應(yīng)該為2BS.

在物理教學(xué)中，任何一個(gè)概念的學(xué)習(xí)，我們都有責(zé)任讓學(xué)生理清問題的來龍去脈，這才能幫助學(xué)生克服片面認(rèn)識的思維障礙，才能促成學(xué)生更有深度、更加全面的思考.

三、物理學(xué)習(xí)負(fù)遷移造成的思維障礙

物理知識有著一個(gè)龐大的知識體系，很多知識之間存在關(guān)聯(lián)性，同時(shí)也存在著相似性.在物理研究中，我們提倡學(xué)生以類比、聯(lián)想、比較等方式來理解物理概念，認(rèn)知相關(guān)規(guī)律，以這樣的方法來完成學(xué)習(xí)可以充分發(fā)揮物理學(xué)習(xí)正遷移的效果，由此讓很多問題變陌生為熟悉，變抽象為形象，這能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，同時(shí)這也是物理思維最本質(zhì)的體現(xiàn).

磁場和電場一樣都具有極強(qiáng)的抽象性，這也是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的主要難點(diǎn).由于電場學(xué)習(xí)在前，磁場學(xué)習(xí)在后，因此我們經(jīng)常以類比的方式來指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)磁場的知識，比如指導(dǎo)學(xué)生類比于電場線來學(xué)習(xí)磁感線，類比于電場強(qiáng)度來學(xué)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度.客觀地講，這在很大程度上降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，但是也無形之中產(chǎn)生了一些負(fù)遷移.因?yàn)轭惐确ê苡谐尚В虼藢W(xué)生也就自發(fā)地將磁場中的很多知識與電場中的知識進(jìn)行類比，比如電場的方向被規(guī)定為正電荷的受力方向，那么磁場的方向也可以是正電荷受力的方向.這顯然就造成錯誤，須知運(yùn)動電荷如果受到磁場的作用力，這肯定不沿磁場方向，其具體的關(guān)系需要用到左手定則.

學(xué)生之所以出現(xiàn)上述錯誤，還是由于學(xué)生的思維和認(rèn)識不夠深刻，嚴(yán)格地講，這應(yīng)該是學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性的缺失，這當(dāng)然也值得我們在后續(xù)的教學(xué)中加以強(qiáng)調(diào)和關(guān)注.

四、建模能力薄弱造成的思維障礙

面對相對陌生且復(fù)雜的物理情境，我們一般都會指導(dǎo)學(xué)生從中提取相應(yīng)的物理模型來進(jìn)行分析，這樣的處理可以幫助學(xué)生對情境形成更加清晰而透徹的認(rèn)識，進(jìn)而提升問題處理的效率.有效而正確的建模在于學(xué)生對模型和情境都有深刻且透徹的認(rèn)識，如果學(xué)生的分析不到位，或?qū)δＰ偷恼J(rèn)識還比較片面，這極有可能造成張冠李戴的錯誤，這也是學(xué)生思維僵化的體現(xiàn).

比如帶電粒子在磁場中運(yùn)動，其間涉及到很多復(fù)雜的運(yùn)動情境，因此教師大多會指導(dǎo)學(xué)生建立很多的模型，比如帶電粒子在有界磁場的運(yùn)動，教師都會引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：如果磁場的邊界是直線，且?guī)щ娏Ｗ拥娜肷潼c(diǎn)和出射點(diǎn)都在邊界上，則入射速度、出射速度與直線邊界的夾角相等.該結(jié)論的形成實(shí)際上是要滲透一個(gè)關(guān)鍵認(rèn)識：對稱性在帶電粒子運(yùn)動情境中的體現(xiàn).但是學(xué)生的認(rèn)識有時(shí)卻是機(jī)械且片面的，他們反而被一些特殊結(jié)論所誤導(dǎo)，比如當(dāng)磁場的邊界為直線時(shí)，帶電粒子垂直邊界入射，則對應(yīng)軌跡的圓心必然在邊界上.學(xué)生機(jī)械套用結(jié)論，在使用時(shí)忽略了結(jié)論的前提，只要是粒子從直線邊界上進(jìn)入磁場，不考慮入射方向如何，就認(rèn)為圓心在磁場邊界上，這樣的處理只會讓學(xué)生的思維陷入僵局.

以上思維障礙的發(fā)生是學(xué)生思維靈活性的缺失，這要求教師在教學(xué)中要經(jīng)常進(jìn)行變式教學(xué)，讓學(xué)生認(rèn)清情境的多樣化，從而更加合理地運(yùn)用物理模型.

磁場是整個(gè)高中階段綜合性最強(qiáng)的部分，其中所涉及到的問題對學(xué)生的思維能力也要求極高，學(xué)生在這一塊問題的分析和處理中也最容易暴露他們在思維發(fā)展方面的缺陷.為此，教師要有效分析學(xué)生各種思維障礙產(chǎn)生的原因，并在教學(xué)中做出相應(yīng)的調(diào)整，這樣才能在教學(xué)中對學(xué)生給予恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和啟發(fā)，學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)才能更加嚴(yán)謹(jǐn)，他們的思維發(fā)展也將更加高效.

[1]隋淑峰．高中物理力學(xué)模型及解題策略[J]．中學(xué)物理教學(xué)參考，2016(12)．

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