科学探究安培力的教材二次开发——从验证到探究的转化

黄哲生

（晋江市第二中学，福建晋江362200）

科学探究安培力的教材二次开发
——从验证到探究的转化

黄哲生

（晋江市第二中学，福建晋江362200）

本文通过一堂科学探究课的同课异构案例，论述了教材的二次开发能有效地帮助人们摆脱科学探究课中通常的验证式思维的惯性，挖掘出科学探究课中丰富的科学探究思维，使课堂变得生动和丰富并充满科学光辉。从而阐明教材的二次开发及其研究探讨有着非常重要的意义和价值。

验证；探究；二次开发；学科思维

在高中物理教学中引导学生对物理规律的认知通常采用两种实验方法：一类是验证性实验，另一类是探究性实验。两者比较，探究性实验在知识的建构、过程与方法、情感态度价值观的教育上更有优势，因此在本次课改中，原先教材中占有非常大比重的验证性实验，正在渐渐淡出，而探究性实验越来越多地出现在教材中。但教材中提供的探究性实验教学内容仍然是验证性实验教学内容的低级进化，通常按提出问题、猜想与假设、进行实验验证、得出结论这几个环节进行，而探究过程中蕴含的丰富的探究思维的环节，如如何进行收集和处理数据、如何寻找规律、如何进行理论架构则有所忽略或淡化。教师若不做教材的二次开发研究进行教学，科学探究课往往上成实验验证课。那么，如何让科学探究课真正地引导学生进行探究，引导学生寻找规律、理论架构，并在其中贯穿科学精神、科学态度和科学方法论的教育，从而发挥出科学探究课的教育价值，的确是值得思考和探讨的重要课题。基于此，笔者认为在原教材的基础上进行二次开发的研究是极具有意义和价值的。现以鲁科版高中选修3-1第六章第一节探究磁场对电流的作用中的科学探究安培力一节的教学研究为例来进行阐述。

1、探究左手定则

第一次上课：

师：同学们可以猜想一下，安培力的方向可能跟什么因素有关呢？

请同学们做大胆的预测，然后我们再进行验证。有没有谁有想法？

（学生思考）

师：请这位同学说一下。

生：电流方向、磁感应强度方向。

（教师板书：）

安培力方向：电流方向磁感应强度方向

师：让我们通过实验来研究一下，看这位同学的预测是否正确。

（教师做实验）

师：同学们，通过实验，刚才这位同学的预测正确，安培力方向的确与电流方向和磁感应强度方向有关。这三个方向的关系，可以用左手定则来判断。来伸开你们的左手，让拇指与其余四个手指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，拇指所指的方向即为通电导线在磁场中的受力方向。

教研中的评价：

这样上课基本上是按教材内容开展的，没有任何创新，对左手定则的科学探究停留在较低层次，总体仍然是在验证左手定则，学生获得的学科思维培养较少。

二次开发后的上课：

师：力是矢量，不但具有大小还具有方向，首先让我们来研究安培力的方向，安培力的方向可能跟哪些因素有关呢？

（学生思考）

师：显然安培力是磁场对通电线圈有作用，那么影响安培力的方向可能有哪些因素？请同学们做大胆的预测，然后我们做验证，请同学们大胆说出你们的想法，安培力可能跟哪些因素有关？

生：电流方向、磁感应强度方向

师：接下来让我们做实验研究一下，验证这位同学的预测是否正确。结合同学们的预测，有多个物理量可以影响到导线受力方向，用什么方式研究呢？

生：控制变量法

师：对。首先我们控制磁场方向不变……

师一边演示实验，一边引导学生观察，一边用幻灯打出四幅图，并引导学生填导学案。

师：这四个实验，使我们确确实实看到了安培力方向与磁场方向、电流方向都有关系，那么它们之间的关系到底满足怎样的规律呢？

（学生思考）

师：接下来，我用仪器演示一下，我们用三种颜色不同的箭头（塑料棒）来表示，其中F用黄，I用红，B用蓝色的箭头。

师先按第一幅图搭建完成一个三维模型。

师：接下来由三位同学来完成剩下的三幅图的模型搭建。

（三个同学到台上搭建模型）

师：同学们，我们这四个模型看起来一样吗？

生：不一样。

师：你们转一转，看看能不能转到跟老师一样。

（三个同学开始转动手上的三维模型）

师：同学们看看，我们四个都一样了。

师：这就意味着它们三者的空间方向关系是确定的，刚才的不一样只不过是我们观察的角度不同。模型好用是好用，但不方便，我们能否在我们身上找到一个三垂直的关系呢？请比划一下。

（学生思考）

师：伟大的物理学家想到一个方法：左手定则，来伸开你们的左手……

教研中的评价：

二次开发后的课更能激发学生的积极思维，科学探究更加充分。这样的教学教师已不是在验证左手实则，而是在引导学生观察实验、描述现象、物理建摸、寻找复杂表象中事物的同一性，这是真正在探究左手定则，这样的课是真正意义的科学探究课。

2、探究F=I LB

第一次上课：

教师做实验，收集数据，并写在黑板上。

（注：传感器的应用使测量相当精确，从而发现F∝I和F∝L）

教师归纳并板书：

实验1：B、L控制不变，发现F∝I

实验2：B、I控制不变，发现F∝L

实验3：F随着B的增大而增大

教师补充说明：精确的实验表明F∝B

教师：所以F=k I LB。取k=1，所以F=I LB。

教研中的评价：

这样上课基本上是按教材内容开展的，没有进行教材的二次开发，对F=I LB是在验证，不是在探究。学科思维的教育贫乏。

二次开发后的课：

教师通过详细而精确的实验（借助传感器），叫一个学生配合收集实验数据，填写在黑板上，而后引导学生研究数据之间的关系，并引导学生求比值F/I L，寻找并发现规律。如下表。

L=0.2m

F（N）0.650.81.291.691.972.332.61 I（A）0.120.150.240.310.360.430.48 F/IL（N/A.m）27.0827.3326.8727.2527.2227.0927.19 L=0.1m F（N）0.330.470.660.820.991.211.32 I（A）0.120.170.240.300.360.440.48 F/IL（N/A.m）27.5027.6527.5027.3327.5027.5027.50

教师：可以发现，比值F/I L是一个定值。

教师：在同一磁场中，比值F/I L一定，不同的磁场中比值F/I L不同，可见这个比值是由磁场本身决定的，在电流I，导线长度L相同的情况下，电流所受的安培力越大，比值越大，表示磁场越强，因而这个比值可以表示空间某点磁场的强弱，叫磁感应强度。即定义磁感应强度B=F/I L。

由B=F/I L通过数学变换得：F=I LB。

教研中的评价：

二次开发后的课明显是在引导学生像科学家那样寻找规律、科学家那样进行理论架构，课堂充满了科学的光辉。高中物理涉及的原理或规律前人早已探究完毕，学生学习这些知识不仅仅是记住其结论，更重要的是学科思维的培养，只有深入地进行教材的二次开发，变验证性实验为探究性实验，才能挖掘到这些思维，把课上出浓烈的物理味，充分地对学生进行物理学科思维的培养。

教材的二次开发有效地帮助我们摆脱了传统教学中的验证式思维惯性，让物理课堂变得生动和丰富，散射出璀璨的科学光辉。教材的二次开发及其研究探讨有着非常重要的意义和价值。

［1］张宪魁.物理科学方法教育的研究与反思［J］.物理教师，2011（4）.

［2］廖伯琴.物理探究式教学设计与案例分析［M］.北京：高等教育出版社，2003.

（责任编辑：詹国荣）