試論“核心素養(yǎng)”下物理概念的教學(xué)

桂如勝

【內(nèi)容摘要】本文首先分析了物理概念的成因;其次討論了物理概念的重要性;最后提出在課堂教學(xué)過(guò)程中如何進(jìn)行物理概念教學(xué)的具體實(shí)施方法和建議。

【關(guān)鍵詞】物理概念?磁通量?課堂教學(xué)

普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)下的物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。對(duì)于中學(xué)生學(xué)習(xí)物理，首先要從物理學(xué)的視角來(lái)認(rèn)識(shí)物體運(yùn)動(dòng)、能量變化和相互作用等，在學(xué)生的思想中對(duì)一些基本的物理概念和規(guī)律有一定的基本認(rèn)識(shí);然后在生活中體驗(yàn)和感受相關(guān)的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最后學(xué)會(huì)用物理知識(shí)解釋物理現(xiàn)象和規(guī)律。

一、物理概念的形成

物理概念是物理學(xué)知識(shí)體系組成的重要內(nèi)容之一，是描述物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用和能量等知識(shí)的重要方法。學(xué)會(huì)學(xué)好高中物理，最重要的先要了解物理概念的形成。在描述某一物理現(xiàn)象時(shí)，需要引用一些基本的物理概念來(lái)定義或命名一些物理量。物理概念是為人幫助人們認(rèn)識(shí)和了解事物的本質(zhì)，通過(guò)觀察現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與科學(xué)思維、演繹和推理，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證其科學(xué)性、合理性和實(shí)用性而產(chǎn)生的。

二、物理概念的作用

物理學(xué)內(nèi)容一般可分為物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律和物理理論等幾個(gè)主要部分。物理概念是描述物理規(guī)律、解釋物理現(xiàn)象和形成物理理論的基礎(chǔ)。如果對(duì)物理概念認(rèn)識(shí)不清，就不能更深刻了解相關(guān)的知識(shí)體系。例如：在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，首先要知道磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱物理量，然后要理解磁通量這一重要的物理概念，才能認(rèn)識(shí)閉合回路如何產(chǎn)生感應(yīng)電流這一現(xiàn)象。

物理學(xué)體系是由一系列物理概念為基礎(chǔ)。例如：在學(xué)習(xí)電場(chǎng)知識(shí)中，有電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)和電勢(shì)能等物理概念，如果沒(méi)有這些概念，就無(wú)法形成靜電學(xué)體系。如果學(xué)生對(duì)于物理概念不能理解，或者認(rèn)識(shí)不清，就不能正確對(duì)物理現(xiàn)象和物理規(guī)律進(jìn)行分析，難以進(jìn)行正確思維、判斷和推理等抽象活動(dòng)。

三、課堂教學(xué)中提高概念學(xué)習(xí)的方法

物理概念教學(xué)是一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。如何讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、理解和掌握物理概念，為接下來(lái)分析和理解物理規(guī)律，是物理課堂教學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容。以下以磁通量概念教學(xué)為例，談?wù)勎锢砀拍罱虒W(xué)過(guò)程中的感受和體會(huì)。

磁通量是電磁感應(yīng)部分的重要內(nèi)容，根據(jù)物理學(xué)相關(guān)史實(shí)，磁通量的概念是法拉第在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象過(guò)程中，為了定量表述電磁感應(yīng)定律而引入的。

1.抓住本質(zhì)——理解概念

教師在磁通量概念教學(xué)過(guò)程中，要想學(xué)生領(lǐng)會(huì)到為什么要建立磁通量概念，為什么是用面積和磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積的手段和方法來(lái)定義磁通量概念。必須讓學(xué)生經(jīng)歷一次科學(xué)探究思維，為以后在探究電磁感應(yīng)定律打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)下面例題來(lái)說(shuō)明。

例1：將一閉合回路放入磁場(chǎng)中，下列關(guān)于磁通量的說(shuō)法，哪一個(gè)是正確的？

A、穿過(guò)閉合回路面積的磁感線(xiàn)條數(shù)，就叫做這個(gè)面積的磁通量

B、垂直穿過(guò)閉合回路面積的磁感線(xiàn)條數(shù)，就叫做這個(gè)面積的磁通量

C、垂直穿過(guò)閉合回路單位面積的磁感線(xiàn)條數(shù)，就叫做這個(gè)面積的磁通量

D、垂直穿過(guò)某一面積的磁感線(xiàn)條數(shù)與該面積的比值，就叫做這個(gè)面積的磁通量

對(duì)于剛剛接觸磁通量概念的同學(xué)來(lái)說(shuō)，將磁通量定性地理解為垂直穿過(guò)某一平面的磁感線(xiàn)條數(shù)更容易掌握。磁場(chǎng)以及電場(chǎng)，確實(shí)存在，但是看不到也摸不到，和普通的宏觀物體不一樣，用磁能量來(lái)描述能幫助人們對(duì)磁場(chǎng)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和了解。磁通量的意義可以用磁感線(xiàn)形象地加以說(shuō)明。

2.深挖內(nèi)涵——掌握概念

例2：一個(gè)圓形線(xiàn)圈共100匝，半徑為10cm，把它放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，則穿過(guò)這個(gè)線(xiàn)圈的磁通量多大？

Φ=nBS=100×0.5×3.14×0.12=1.57wb

這樣的解法是否正確？

解析：通過(guò)對(duì)這類(lèi)題型分析，讓學(xué)生更加深刻理解磁通量：

①磁通量有正值和負(fù)值，不過(guò)正、負(fù)值表示的是磁感線(xiàn)穿過(guò)繞圈平面的方向。例如磁感線(xiàn)向下穿過(guò)水平繞圈的磁通量假設(shè)為正值，那么磁感線(xiàn)從下往上穿過(guò)水平繞圈平面的磁通量就是負(fù)值。

②磁通量與繞圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)。匝數(shù)越多，線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。也就是磁通量大小與繞圈匝數(shù)的多少無(wú)關(guān)。

3.強(qiáng)化訓(xùn)練——鞏固概念

例3：如圖所示，正方形線(xiàn)圈abcO邊長(zhǎng)為0.8 m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)沿x軸正向，B=0.2

T，線(xiàn)圈在圖示位置繞Oz軸轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化了多少？

當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與其中面積為S的平面垂直時(shí)，把B與S的乘積稱(chēng)為穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量。如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B不與平面S垂直時(shí)，就用這個(gè)平面在垂直于磁場(chǎng)B的方向的投影面與B

乘積表示磁通量。

解析：由題意，初磁通量

Φ1=BS sin0°=0

末磁通量

Φ2=BSsin60°=0.2×0.82×32Wb=0.0643Wb=0.11Wb

所以

△Φ=Φ2-Φ1=0.11Wb，答案：0.11Wb

4.突破難點(diǎn)——強(qiáng)化概念

例4：如圖所示，有一通電長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)MN，通入向右的電流I，另有一閉合線(xiàn)圈P位于導(dǎo)線(xiàn)正下方，并豎直向上運(yùn)動(dòng)，則在線(xiàn)圈P到達(dá)MN上方的過(guò)程中，穿過(guò)P的磁通量是如何變化的？

解析：根據(jù)直線(xiàn)電流磁場(chǎng)特點(diǎn)，靠近導(dǎo)線(xiàn)處磁場(chǎng)強(qiáng)，遠(yuǎn)離導(dǎo)線(xiàn)處磁場(chǎng)弱，把線(xiàn)圈P從MN下方運(yùn)動(dòng)到上方的過(guò)程中的幾個(gè)特殊位置畫(huà)出，如圖所示（為畫(huà)清楚，把線(xiàn)圈錯(cuò)開(kāi)了）.分析磁通量變化時(shí)可以通過(guò)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁感線(xiàn)的條數(shù)（注意應(yīng)是凈條數(shù)）的變化來(lái)分析.

Ⅰ→Ⅱ 磁通量增加

Ⅱ→Ⅲ 磁通量減小

（Ⅲ位置時(shí)Φ=0）

Ⅲ→Ⅳ 磁通量增加

Ⅳ→Ⅴ 磁通量減小

所以整個(gè)過(guò)程磁通量的變化經(jīng)歷了：增加→減小→增加→減小

通過(guò)一個(gè)平面若有方向相反的兩個(gè)磁通量，這時(shí)的合磁通量為相反方向磁通量的代數(shù)和（即相反的磁通抵消以后剩余的磁通量）。在同一磁場(chǎng)中，磁感線(xiàn)越密的地方，也就是穿過(guò)單位面積的磁感線(xiàn)條數(shù)越多的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大。B越大，S越大，穿過(guò)這個(gè)面的磁感線(xiàn)條數(shù)就越多，磁通量就越大。

5.拓展外延——深化概念

磁通量作為物理概念第一次出現(xiàn)在同學(xué)們面前，學(xué)生大都理解起來(lái)比較困難，如果和生活中的實(shí)例結(jié)合起來(lái)，比如自來(lái)水，讓學(xué)生形成“水流通量”這一形象的類(lèi)比，能大大幫助同學(xué)們理解和掌握“磁通量”。在學(xué)生對(duì)“磁通量”有一定的理解后，可以再提出一些相關(guān)的物理“通量”的概念，例如在學(xué)習(xí)電場(chǎng)中，如圖：電場(chǎng)強(qiáng)度穿過(guò)某一平面時(shí)的有沒(méi)有“電通量”的物理概念呢？由于人們的慣性思維習(xí)慣，自然而然會(huì)想到物理學(xué)中是否還有其他的物理“通量”存在呢？從而還會(huì)形成相類(lèi)似的一系列的物理“通量”。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理概念是相互聯(lián)系的，更加深刻理解物理概念的實(shí)用性、目的性和統(tǒng)一性。

從一個(gè)概念入手，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)學(xué)，以求得概念在自己的頭腦中的映射，并起到鏡像的作用;引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)融通擴(kuò)展知識(shí)。如“通量”的概念通過(guò)實(shí)學(xué)得其定義，在物理學(xué)中也有其形象的表述，針對(duì)具體某物理量的通量該是什么樣，就要求學(xué)生自己看書(shū)完成對(duì)“通量”概念的擴(kuò)展。

在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，給出磁感應(yīng)強(qiáng)度這一物理概念，用來(lái)表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。再引入磁能量這一物理概念，形象、直觀和準(zhǔn)確描述了磁場(chǎng)的大小、方向和分布規(guī)律等。深層次的揭示了電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)，即由穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化所產(chǎn)生;對(duì)于用楞次定律判斷感應(yīng)電流的大小方向提供了可行性，也為學(xué)生理解變壓器的工作原理提供理論依據(jù)等。

總之，在學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，我們首先要了解物理概念產(chǎn)生的歷史背景和物理概念提出的意義和作用，以及對(duì)物理學(xué)發(fā)展所提供的幫助及其意義;然后對(duì)物理概念本質(zhì)分析、理解和掌握，最后在物理學(xué)習(xí)中把物理概念運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中，去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。這樣才能真正回歸到物理學(xué)習(xí)的本源。

【參考文獻(xiàn)】

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（作者單位：江蘇省蘇州市田家炳實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)）