探究高中物理電磁學(xué)部分的概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法

摘 要：電磁學(xué)知識是高中物理課程教學(xué)的核心內(nèi)容。以概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法的應(yīng)用，加強(qiáng)電磁學(xué)部分教學(xué)設(shè)計，有利于增強(qiáng)學(xué)生邏輯感知及學(xué)習(xí)認(rèn)知。本文通過分析概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法在高中物理電磁學(xué)部分的應(yīng)用意義，明確高中物理電磁學(xué)部分教學(xué)要求，并指出當(dāng)前課程教學(xué)中的問題，進(jìn)一步結(jié)合電磁感應(yīng)、交變電流等知識，圍繞自主實踐、以賽促學(xué)及情境互動等制訂科學(xué)的教學(xué)策略。以期，為概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法在高中物理電磁學(xué)部分的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：高中物理；電磁學(xué)；概念轉(zhuǎn)變教學(xué)

理論概念是高中生物理知識學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)，對完善學(xué)生知識體系及構(gòu)建知識框架具有促進(jìn)作用。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，理論概念知識教學(xué)往往側(cè)重對單一教學(xué)內(nèi)容的輸出，學(xué)生僅能利用已有錯誤認(rèn)知被動地進(jìn)行知識接收，無法真正地理解各單元電磁學(xué)知識的內(nèi)涵及應(yīng)用邏輯，使學(xué)生對物理知識學(xué)習(xí)形成單一路徑依賴，影響學(xué)生的實踐探索路徑。概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法的運用，則以強(qiáng)化學(xué)習(xí)感知及思維認(rèn)知為內(nèi)在支撐，充分修正學(xué)生的學(xué)習(xí)方向，為學(xué)生主動地開展學(xué)習(xí)探索提供有力保障，實現(xiàn)對學(xué)生正確知識概念及理論概念的

構(gòu)建。

一、概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法在高中物理電磁學(xué)部分應(yīng)用的意義

概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法的應(yīng)用旨在通過幫助學(xué)生重新構(gòu)建知識體系或修正錯誤概念，促進(jìn)學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)與實踐。概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法強(qiáng)調(diào)通過分析學(xué)生現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，使學(xué)生獲得對某一知識更為準(zhǔn)確的理解。其中，高中階段學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，往往帶著已有的知識背景及概念模型進(jìn)行學(xué)習(xí)探索[1]。已有的概念或知識不可避免地存在錯誤性內(nèi)容。使部分學(xué)生在面臨新知識時，會嘗試用已有的錯誤概念進(jìn)行學(xué)習(xí)解釋，最終，讓部分學(xué)生陷入學(xué)習(xí)誤區(qū)。高中物理的電磁學(xué)部分知識在內(nèi)容深度及學(xué)習(xí)強(qiáng)度方面遠(yuǎn)高于其余學(xué)科。概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法的運用是基于認(rèn)知轉(zhuǎn)變，幫助學(xué)生擺脫學(xué)習(xí)誤區(qū)，明確學(xué)生知識學(xué)習(xí)的正確路徑，替換學(xué)生現(xiàn)有知識體系中的錯誤內(nèi)容。在具體實踐方面，教師要展示部分與學(xué)生已有概念相悖的事實或現(xiàn)象，制造認(rèn)知沖突，幫助學(xué)生真正理解知識的本質(zhì)，確保學(xué)生在面對認(rèn)知沖突時，能有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)反思或問題糾正。所以，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，通常是以提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、引發(fā)學(xué)生思考與討論及積極開展團(tuán)隊合作或活動為基礎(chǔ)，構(gòu)建多元協(xié)同課程體系，引導(dǎo)學(xué)生利用已有認(rèn)知范圍內(nèi)的慣性思維，接收新的知識內(nèi)容或正確的知識概念。實現(xiàn)提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量及加速學(xué)習(xí)成果轉(zhuǎn)化的目的，有效幫助學(xué)生構(gòu)建更科學(xué)的知識體系。

二、概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法在高中物理電磁學(xué)部分應(yīng)用的現(xiàn)狀

（一）高中生物理知識學(xué)習(xí)的自主性有待提高

自新課改以來，高中生的學(xué)習(xí)自主性得到顯著提高。但從現(xiàn)實教育環(huán)境來看，物理學(xué)科對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，仍未達(dá)到較為理想的水平。其中，物理實驗項目單一、實驗內(nèi)容缺少互動性及學(xué)生學(xué)習(xí)體驗不佳等現(xiàn)實問題，限制學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)探索。從需求導(dǎo)向來看。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)感受促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展及完善，恰恰是概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的重中之重。因此，高中生物理知識學(xué)習(xí)的自主性不足的問題，降低概念轉(zhuǎn)變教學(xué)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用有效，使對物理知識的學(xué)習(xí)仍然停留于固有認(rèn)知，許多學(xué)生無法通過物理實驗與實驗互動形成遞進(jìn)式學(xué)習(xí)思維，導(dǎo)致知識概念學(xué)習(xí)能力、知識識別能力有所下降。最終，讓概念轉(zhuǎn)變教學(xué)在物理教學(xué)中的運用流于形式，難以發(fā)揮教育引導(dǎo)作用。

（二）高中物理的遞進(jìn)式教學(xué)機(jī)制不完善

概念轉(zhuǎn)變教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)從舊有概念向更科學(xué)、更合理的新概念進(jìn)行轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性及建構(gòu)性，通過創(chuàng)設(shè)情境、實驗探究、引導(dǎo)討論等多種方式，幫助學(xué)生深入理解新知識。概念轉(zhuǎn)變本質(zhì)上是逐級遞進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，通過逐漸發(fā)現(xiàn)舊有概念的不足之處，接受并理解新概念[2]。然而，部分高中物理教師在電磁學(xué)部分的教學(xué)，實際上未能基于階段式遞進(jìn)做好多維度的教學(xué)設(shè)計，而是依然采用跳躍式教學(xué)，直接從基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)向復(fù)雜知識應(yīng)用進(jìn)行過渡。其中，學(xué)生知識轉(zhuǎn)化及概念轉(zhuǎn)變的過程被省略。學(xué)生對高中物理電磁學(xué)部分的知識學(xué)習(xí)，僅僅是形成相對基礎(chǔ)的知識框架，尚不具備對知識的靈活運用能力。導(dǎo)致部分學(xué)生雖然在課堂問答、課堂互動方面具有良好表現(xiàn)。一旦教師在課后復(fù)習(xí)中提出學(xué)生認(rèn)知范圍之外的新問題，部分學(xué)生便產(chǎn)生“思緒斷片、一時語塞”的情況。長此以往，高中物理電磁學(xué)部分的教學(xué)質(zhì)量勢必大打折扣，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也難以得到顯著提升。

（三）高中生物理知識學(xué)習(xí)體驗較差

物理知識學(xué)習(xí)難度及學(xué)習(xí)門檻相對較高。概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法的運用，需要將幫助學(xué)生跨越學(xué)習(xí)門檻及降低知識學(xué)習(xí)難度作為課程教學(xué)的第一原則。但部分高中物理課程教學(xué)設(shè)計，往往傾向于利用概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法拓展知識的輸出路徑或豐富教學(xué)內(nèi)容，未能充分重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗與學(xué)習(xí)感受，使學(xué)生對部分高中物理電磁學(xué)知識學(xué)習(xí)長期處于“半知半解，朦朦朧朧”的狀態(tài)。久而久之，隨著高中物理知識內(nèi)容的不斷增多，學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)將陷入瓶頸，概念轉(zhuǎn)變將難以從扁平視角進(jìn)行新概念的構(gòu)建，而是僅能從舊概念中把原有知識內(nèi)容與現(xiàn)有知識內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)制融合。最終，使部分學(xué)生既不清楚物理知識的實踐應(yīng)用過程，也不理解部分電磁學(xué)知識的應(yīng)用原理。多數(shù)學(xué)生僅能機(jī)械地對物理電磁學(xué)的知識進(jìn)行運用，無法有效進(jìn)行知識表達(dá)或?qū)χR學(xué)習(xí)形成獨到見解。

三、概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法在高中物理電磁學(xué)部分應(yīng)用的優(yōu)化策略

（一）加強(qiáng)學(xué)生基于能力導(dǎo)向的自主實踐

認(rèn)知差異是高中生物理知識學(xué)習(xí)核心影響因素。概念轉(zhuǎn)變是將學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知范圍內(nèi)的知識要素進(jìn)行聚合，以學(xué)生能理解的話語進(jìn)行教育表達(dá)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)理解能力[3]。所以，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)要結(jié)合學(xué)生個人能力及學(xué)習(xí)認(rèn)知，進(jìn)行自主實踐的學(xué)習(xí)項目設(shè)計，基于學(xué)生對實驗過程的知識積累增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知，為物理知識的概念轉(zhuǎn)變騰挪空間。以高二物理第二冊第二章《電磁感應(yīng)》為例。首先，在教學(xué)開始之前，教師需要通過實驗設(shè)計了解學(xué)生對電磁感應(yīng)現(xiàn)象、能量轉(zhuǎn)換的現(xiàn)有認(rèn)知及知識儲備情況，并運用手搖發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行實驗設(shè)計。以“搖動手柄時，你感受到了什么力？這個力是如何傳遞到發(fā)電機(jī)中的？”這一題目為知識引導(dǎo)，先讓學(xué)生對《電磁感應(yīng)》這一章的知識學(xué)習(xí)形成基本概念。再通過學(xué)生之間學(xué)習(xí)討論強(qiáng)化學(xué)習(xí)表達(dá)，同時，將學(xué)生的實驗結(jié)論、討論結(jié)果記錄在電子白板。其次，教師要通過對手搖發(fā)電機(jī)模型的拆解，講解齒輪、皮帶輪、鋼絲、轉(zhuǎn)子、定子、二極管、電容、電阻及電感之間的作用關(guān)系，詳細(xì)闡述各個不同構(gòu)件在手搖發(fā)電機(jī)模型中的功能，再對學(xué)生記錄在電子白板上的實驗結(jié)論、討論結(jié)果進(jìn)行解析，分析學(xué)生存在的學(xué)習(xí)誤區(qū)及問題。最后，預(yù)留“發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生了什么變化，導(dǎo)致電能的產(chǎn)生？”與“在這個過程中，機(jī)械能是如何轉(zhuǎn)換為電能的？”兩道實驗題，讓學(xué)生以小組互動的形式開展二次實驗，利用所學(xué)知識對問題內(nèi)容進(jìn)行解答。教師應(yīng)在學(xué)生充分討論及實踐操作的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)換的概念“當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流，這個過程實現(xiàn)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換”。以此，進(jìn)一步解釋法拉第電磁感應(yīng)定律及楞次定律，幫助學(xué)生理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的基本規(guī)律。因此，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法并非簡單地加強(qiáng)學(xué)生邏輯認(rèn)知的轉(zhuǎn)換，而是依托學(xué)生實踐操作強(qiáng)化知識填充及知識內(nèi)容滲透，加速學(xué)生從簡單概念的學(xué)習(xí)理解向復(fù)雜知識運用的成果轉(zhuǎn)化。最終，降低高中物理電磁學(xué)部分的知識學(xué)習(xí)門檻，拓寬學(xué)生的物理知識學(xué)習(xí)視野，為學(xué)生認(rèn)知水平、實踐能力的提高及知識體系的完善，夯實基礎(chǔ)。

（二）加強(qiáng)階段式遞進(jìn)的情境教學(xué)課程設(shè)計

物理學(xué)科概念轉(zhuǎn)變教學(xué)實踐，有效增強(qiáng)知識呈現(xiàn)的立體化，實現(xiàn)抽象物理知識概念的具現(xiàn)化教育表達(dá)。因此，教師要通過階段式遞進(jìn)的情境教學(xué)，以轉(zhuǎn)變舊概念、構(gòu)建新概念及應(yīng)用知識概念為內(nèi)容，將課程教學(xué)情境互動分為三個階段，按照學(xué)生各階段學(xué)習(xí)進(jìn)度的變化，逐級遞進(jìn)地開展教學(xué)設(shè)計，保證高中物理學(xué)科電磁部分知識教學(xué)的有效性。以高二物理的“動生電動勢”與“感生電動勢”的教學(xué)為例。在第一階段的“動生電動勢”教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)方面，教師要展示一個U型導(dǎo)軌實驗裝置，導(dǎo)軌上放置一根金屬棒，導(dǎo)軌與金屬棒之間用絕緣材料隔離。當(dāng)金屬棒在導(dǎo)軌上滑動時，與導(dǎo)軌連接的燈泡會亮起。而后，邀請學(xué)生上臺操作實驗，觀察燈泡的亮暗變化，并以四人為一個小組，讓學(xué)生繪制導(dǎo)體在磁場中運動的示例圖，按照導(dǎo)體的大小及運動速度改變示例圖的內(nèi)容。以此，引出動生電動勢的概念，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位討論金屬棒滑動與電流產(chǎn)生之間的關(guān)系。在第一階段的“感生電動勢”教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)方面，教師要展示一個線圈與燈泡串聯(lián)的電路，當(dāng)線圈中的磁鐵快速插入或抽出時，燈泡會亮起，學(xué)生需要觀察磁鐵插入或抽出速度對燈泡亮暗的影響。同時，使用不同匝數(shù)的線圈重復(fù)以上實驗步驟，讓學(xué)生分析線圈匝數(shù)對磁場的影響。幫助學(xué)生理清磁鐵運動與電流產(chǎn)生的關(guān)系。在學(xué)生理解“動生電動勢”與“感生電動勢”基本知識概念之后，教師可以拋出“為什么同樣是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，卻有兩種不同的電動勢產(chǎn)生方式？”這一問題，引導(dǎo)學(xué)生從磁場變化、導(dǎo)體運動以及電動勢產(chǎn)生機(jī)制等方面進(jìn)行實踐探索。其中，這一階段課程教學(xué)，主要是培養(yǎng)學(xué)生思維認(rèn)知，幫助學(xué)生加強(qiáng)對“動生電動勢”與“感生電動勢”基礎(chǔ)概念的理解，讓概念的轉(zhuǎn)變能引起學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)思考。第二階段的情境互動，要讓學(xué)生嘗試用不同材質(zhì)的導(dǎo)體（如銅棒、鐵棒等）替換U型導(dǎo)軌實驗裝置中的金屬棒，觀察并記錄產(chǎn)生的電流變化。同時，讓學(xué)生對生活中利用“動生電動勢”或“感生電動勢”原理的設(shè)備或裝置進(jìn)行列舉。加速對學(xué)生新概念的構(gòu)建過程。第三階段的情境互動，需要教師將學(xué)生分為四個小組，每個小組以“探究磁場變化速率對感生電動勢大小的影響”為題設(shè)計一個物理實驗，并由四個小組交替完成不同實驗項目。以此，加深學(xué)生對“動生電動勢”與“感生電動勢”的記憶，為高中物理電磁學(xué)部分知識的鞏固提供支持。

（三）積極開展高中物理“以賽促學(xué)”實踐活動

概念轉(zhuǎn)變教學(xué)是以學(xué)生為中心構(gòu)建課程教學(xué)體系，學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗與感受，直接關(guān)乎概念轉(zhuǎn)變教學(xué)效果。教師可以通過積極開展高中物理的學(xué)習(xí)實踐活動，強(qiáng)化學(xué)生知識學(xué)習(xí)的沉浸感，并利用“以賽促學(xué)”的教育設(shè)計，有的放矢地開展教育布局[4]。以高二物理的“交變電流”知識應(yīng)用為例。其一，活動設(shè)計要以“設(shè)計并制作一個基于交變電流原理的簡單電路”為內(nèi)容，把展示電路中交變電流周期性、方向變化、有效值三項特性為主要競賽方向。并把電壓變換、電流測量、信號傳輸?shù)忍囟üδ艿膶崿F(xiàn)情況作為評價依據(jù)。其二，在評價標(biāo)準(zhǔn)方面，教師要以“電路設(shè)計的獨特性與創(chuàng)新性及是否巧妙地運用了交變電流的原理”“電路能否清晰地展示交變電流周期性、方向變化、有效值的特性”及“電路是否實現(xiàn)了電壓變換、電流測量、信號傳輸?shù)阮A(yù)期功能”三項內(nèi)容為依據(jù)。其三，活動將以團(tuán)隊合作的方式進(jìn)行，教師要將拔尖學(xué)生、中等生及學(xué)困生交替分配在各個不同小組，強(qiáng)化學(xué)生之間認(rèn)知沖突，進(jìn)一步借助交變電流電路的制作，運用實踐活動闡述交變電的產(chǎn)生原理、變化規(guī)律及峰值、有效值等知識內(nèi)容。同時，讓學(xué)生在制作電路的過程中學(xué)會看懂正弦式交變電流的公式與圖像，幫助學(xué)生利用電感器、電容器及扼流圈等構(gòu)件，設(shè)計一個具有創(chuàng)新性、可拓展性的簡單電路設(shè)備。其四，教師要將各小組設(shè)計的交變電流的電路進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)者給予精神與物質(zhì)獎勵，并將其作為教師教具永久用于后續(xù)教學(xué)工作，增強(qiáng)學(xué)生的成就感與榮譽(yù)感。因此，積極開展高中物理“以賽促學(xué)”實踐活動的目的，是將學(xué)生對高中物理電磁學(xué)部分的個人理解、見解融入學(xué)習(xí)實踐，有效為學(xué)生知識的學(xué)習(xí)表達(dá)與運用提供一個良好平臺。使學(xué)生能在與其余學(xué)生開展互動的過程中，不斷強(qiáng)化對知識概念的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)概念轉(zhuǎn)變教學(xué)方法在高中物理電磁學(xué)部分中的應(yīng)用有效性，為學(xué)生走出知識學(xué)習(xí)誤區(qū)、樹立正確的理解提供幫助。此外，學(xué)生設(shè)計的簡單交變電路，亦可用于后續(xù)變壓器原理、電能的輸送等關(guān)鍵知識的學(xué)習(xí)，為學(xué)生從更多維度進(jìn)行知識的理解與學(xué)習(xí)創(chuàng)造有利條件。

結(jié)束語

綜上所述，概念轉(zhuǎn)變教學(xué)法對學(xué)生課程知識的修正，極大地提升高中物理電磁學(xué)部分教學(xué)的趣味性、互動性，讓每一位高中生均能體驗物理學(xué)知識學(xué)習(xí)的魅力，激發(fā)學(xué)生知識學(xué)習(xí)的探索欲、求知欲，使高中生具備獨立解決各類學(xué)習(xí)問題、難題的能力，有利于強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)反思及批判能力，為學(xué)生更好地掌握電磁學(xué)知識應(yīng)用技巧、積累知識應(yīng)用經(jīng)驗夯實基礎(chǔ)。

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