基于磁学学科特点和知识特点的教学策略浅析

摘 要：本文基于磁学综合性强、抽象性高、实验多样化等学科特点，重点考虑磁学的“对称性”“变化性”“空间性”的知识特点，制定出符合学生思维特点的教学策略。并以相关知识点的具体操作为例进行了阐述。

关键词：磁学；特点；教学策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）5-0019-3

磁学知识集力学、电学、运动学、数学等各方面知识于一体，综合性很强。从学科角度上看，磁学部分知识具有综合性、抽象性、前沿性、多样性等特点。而从磁学知识本身来讲，笔者总结出了几个特点，分别是：对称性、变化性、空间性。其中，磁学的空间变化性特征较难突破。教师在教学时应当从学科特点和知识特点两个维度综合考虑学生可能存在的思维障碍，制定相应的教学策略。

1 凸显实验系列逻辑的策略，培养学生的逻辑思维能力

物理是一门实验学科，课堂势必离不开实验。教师在进行实验教学时，若能够更加注重实验与实验之间的逻辑性，甚至将单个独立的实验设计成实验系列，这显然更有利于学生物理逻辑思维能力的培养。

案例 “自感”实验系

（1）巧改“千人震”

将“千人震”的核心部分用一个“黑匣子”罩起来（如图1所示），以达到“欲擒故纵”的效果。

（2）学生推理，设计自感实验

学生在掌握了互感原理的基础上，在教师的引导下推理出自感现象的可能性，从而实际实验验证自身的猜想。

学生首先会想到图2的方案。根据“阻碍电流”的原理，学生期待看到这样的现象：闭合开关，小灯泡慢慢变亮。但是，学生并不会观察到期待的现象。

由于推理过程没有问题，所以学生会想到采用现象对比的方法。于是，学生想到并联一个灯泡，从而设计出如图3的电路图。学生如愿观察到：闭合开关瞬间，灯泡A1确实比灯泡A2亮的晚一些。从而证明学生猜测正确。

（3）教师改进实验，激发思维冲突

教师在两条支路上分别串联电流传感器（如图4），以期达到更好的观察效果。学生观察到的电流变化情况如图5所示。不难发现在断电瞬间无线圈电路电流反向。

（4）合理猜想，验证断电自感

学生在上述实验现象的基础上，合理设计出如图6所示的实验方案以验证断电自感现象。

2 教学情境可视化的策略，突破空间变化性特点

磁学中由于磁场的不可视性，导致学生对电磁现象以及磁学的知识难以掌握。如果我们能够将看不见的磁场进行可视化的模拟，设计制作出一些可视化较好的模拟磁学实验，教学效果会更加显著。

2.1 巧用虚拟仿真实验，将磁场可视化

例如，《探究感应电流的产生》一节，一般教师都是以实验演示的方式和学生一起探究，或者多准备些器材，学生在教师的引导下实现自主探究。但实体实验的弊端在于：很多学生不能从空间概念的角度在脑海中呈现出磁通量的空间变化。这时若采用虚拟仿真实验，显示磁感应线的分布，则会达到较好的教学效果。虚拟实验截屏如图7所示。

2.2 巧用动画演示，将动态过程可视化

案例1 霍尔效应模型中，稳定时为何会形成恒定的电压，在达到稳定过程中电荷是如何累积的，学生往往一筹莫展。教师可以借助霍尔效应的动画，将微观动态的电荷累积过程呈现出来，帮助学生理解。

案例2 带电粒子在磁场中运动往往涉及很多寻找临界的问题。教师可以通过PPT或几何画板将寻找临界的动态过程展示出来，使动态思维可视化，并结合“缩放圆”“旋转圆”等技巧，帮助学生迅速找到临界状态。图8呈现的是利用缩放圆寻找相切的临界，图9是缩放圆的动态演示。

3 类比差异化策略，在比较中搭建新知桥梁

将事物进行比较可以从两个维度：一是找相同点，即类比；二是找不同点，即差异。在进行新知教学时，用前概念作类比可以较快地帮助学生探寻到掌握新知的突破口。而寻找新旧知识的差异，可以更有效地帮助学生深入理解新知。

（1）电场、磁场的类比策略

“类比”曾被形容成科学活动中“伟大的引路人”。历史进程中，科学家大量运用类比手段，结合创新思维，取得了无数卓越的成就。类比法是物理学习及研究中非常重要的思辨方法。例如，在讲解磁感应强度时可以从以下几方面将其与电场强度进行类比：物理意义、定义式、矢量性、大小决定因素、场力线等。类比可以快速、有效地帮助学生了解陌生的概念，对于基础不是很扎实的学生，类比教学确实是一种行之有效的方法。

（2）电场、磁场的差异化比较策略

要弄清新知识的内涵，仅靠类比是远远不够的。教师在教学过程中还要更加注重强调新旧知识之间的差异性，充分找寻新知识与旧知识的区别，拒绝盲目类比，生搬硬套。

①“縱场”与“横场”的差异。静电场是有源无旋场，属于纵场；磁场是无源有旋场，属于横场。静电场是有“源头”和“尾闾”的，而磁场则没有“源头”和“尾闾”，磁场的磁感线是闭合的曲线。

②“静场”和“动场”的差异。从产生方式上讲，静电场是静止的电荷产生的，属于静场；磁场是运动的电荷产生的，属于动场。同样都是电荷产生的场，电荷存在方式的不同会产生如此大的差异。学生若能够认识到这种差异，有助于日后理解磁学的变化性特点。

③空间场特征差异。在工程力学中是这样定义纵向力和横向力的：纵向力是与杆件平行的力；横向力是与杆件垂直的力。本文将这两个概念引入用以描述电场力和磁场力。电场力与该处电场方向平行，所以电场力属于纵向力；而磁场力方向与磁感应强度和运动电荷的速度所形成的平面垂直，所以磁场力属于横向力（考虑到电流本质属于运动的电荷，此处仅谈洛伦兹力）。学生以往的认知中，大部分力都是纵向力，而磁场部分，磁场力与磁场之间形成了一种较为复杂的空间关系，学生很难从过往的经验中走出来，从而产生较大的思维障碍。笔者认为，这种空间上的思维障碍正是学生在磁学部分所需克服的一大难点。

4 突破空間概念的综合策略，化整为零建立思维梯度

在学习磁场之前，物理学科对学生的能力要求相对比较单一。比如，匀变速直线运动涉及的主体是空间位置的变化，而这种空间位置的变化更多涉及一维或二维，对空间想象能力不必作过高要求；再比如，变加速直线运动（如恒定功率下机车启动的问题），涉及一些动态的推理过程，而这种动态过程的分析是基于静态分析的基础之上；又如静电场，属于静场纵向力问题，对空间思维能力的要求亦不是很高，且不涉及动态变化过程。

而磁学知识相较其他板块知识最大的特点是：它是集动态问题、数学问题、空间概念等问题于一身的结合体，是一项综合知识，且具有很强的逻辑性。所以，教师在教学时，不能一蹴而就，而是要循序渐进，采取各个击破的策略，将复杂问题拆解成单一维度的问题逐一分析，再将单一问题还原成综合问题。

比如，针对电磁感应这一难点，可以从以下几方面突破：首先，电磁感应涉及到较为复杂的空间概念——磁通量。在过往的学习中，学生没有任何关于类似通量描述的原型，所以没有办法进行类比，只能从空间思维上寻求突破。其次，电磁感应对应的是一个动态的变化，而这种变化是结合空间概念的，同样需要空间想象能力，并且这种变化从数学上看是一种变化率，需要对磁通量进行求导，所以电磁感应是一个空间上的数学问题。第三，判断感应电流的方向需要用到右手螺旋定则，并要深刻理解“阻碍”二字的内涵，所以在空间思维的基础上还要更加注重逻辑推理。要掌握电磁感应必须逐一弄清以上问题。

通过逐层细化分析，学生弄清楚了各个维度的问题，知道了电磁感应涉及的磁通量是一个空间概念，理解了电磁感应现象是在动态变化过程中发生的，并能够从数学角度去理解什么是变化的快慢，同时理性分析动态变化过程。当学生将上述问题一一攻克后，回过头来发现，电磁感应其实是一个空间上的动态数学问题。至此，学生将会对电磁感应有一个更全面、更深刻的认识。

5 结束语

磁学知识体系庞大而系统，其独特的知识特点决定了学生在学习时会比其他版块知识存在更大的难度。教师在教学中务必要摆脱枯燥的空讲，要多地根据磁学的知识特点制定相应的教学策略，以达到学生深度掌握的目的。

参考文献：

[1]邹祖莉.探究电磁学中的对称性[J].物理教学探讨， 2005，23（11）：31-32.

[2]钱芳芳.信息技术与高中电磁学实验教学整合的研究[D].长春：东北师范大学硕士学位论文，2011.