夏良英 馮 杰

（1.深圳市龍華高級(jí)中學(xué)教育集團(tuán)高中部，廣東 深圳 518109；2.上海師范大學(xué)天華學(xué)院，上海 201815）

1 引言

“深度學(xué)習(xí)”，是指在教學(xué)中學(xué)生積極參與、全身心投入、獲得健康發(fā)展的、有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程.強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，親身經(jīng)歷知識(shí)發(fā)現(xiàn)、發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程，形成豐富的內(nèi)心體驗(yàn)；強(qiáng)調(diào)著眼于學(xué)科的基本思想和方法，向?qū)W生提供具有典型意義的例證和學(xué)習(xí)材料；強(qiáng)調(diào)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生全面把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系；強(qiáng)調(diào)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)木哂姓鎸?shí)情境的活動(dòng)，提供解決真實(shí)問(wèn)題的機(jī)會(huì)，促進(jìn)知識(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)化和綜合應(yīng)用；強(qiáng)調(diào)正確的價(jià)值立場(chǎng)與價(jià)值判斷，關(guān)注教學(xué)的價(jià)值取向，引導(dǎo)學(xué)生理解、反思所學(xué)習(xí)的內(nèi)容與過(guò)程，進(jìn)而形成積極的社會(huì)性情感、態(tài)度與責(zé)任感.

物理概念是從大量的物理現(xiàn)象和過(guò)程中抽象出來(lái)的，深刻地反映了事物的共同特征和本質(zhì)屬性，是對(duì)物理現(xiàn)象、物理過(guò)程抽象化和概括化的思維形式.反映了物理研究對(duì)象的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系，而這種本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系是物體固有的客觀存在.物理概念的起源與物理的感性經(jīng)驗(yàn)、實(shí)踐內(nèi)容和原有物理基礎(chǔ)有關(guān)，但是又不能從感性經(jīng)驗(yàn)邏輯中推導(dǎo)出來(lái).

2 物理概念教學(xué)的基本模式

概念教學(xué)應(yīng)著力把概念的形成過(guò)程和運(yùn)用過(guò)程盡可能完整、生動(dòng)地展現(xiàn)開(kāi)來(lái)，使學(xué)生能對(duì)所學(xué)概念正確理解，并靈活運(yùn)用.為此，總的可采用如圖1所示的物理概念教學(xué)模式.

圖1 物理概念教學(xué)模式

物理概念的引入過(guò)程是建立和掌握概念的前提，教師應(yīng)重視學(xué)生的內(nèi)心體驗(yàn)并主動(dòng)參與.通過(guò)創(chuàng)設(shè)與教材內(nèi)容相關(guān)的物理情境，把學(xué)生導(dǎo)入活動(dòng)情境，引導(dǎo)他們?cè)谇榫持胁蹲叫畔ⅰa(chǎn)生疑問(wèn).

物理概念建立從認(rèn)知活動(dòng)的角度來(lái)看，主要依賴(lài)于概念的引入過(guò)程是否符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，教師提供的典型物理事例是否能夠啟迪學(xué)生的物理觀念，教師是否有效地運(yùn)用邏輯的方法（分析、概括、抽象等 ）幫助學(xué)生積極地思維和主動(dòng)地構(gòu)建物理新概念.

物理概念的應(yīng)用，有助于學(xué)生深化理解和鞏固，以達(dá)到掌握物理概念的目的.當(dāng)學(xué)生初步形成一個(gè)物理概念之后，就應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用這個(gè)概念.教師應(yīng)當(dāng)從多角度提供概念的變式，讓學(xué)生判斷或創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境；要設(shè)計(jì)階梯式問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地逐步深化.

在物理概念教學(xué)過(guò)程中，教師必須準(zhǔn)確把握課程目標(biāo)（不僅僅是教學(xué)目標(biāo)），根據(jù)學(xué)生的年齡特征、理解能力和實(shí)際情況，實(shí)施物理概念的階段性教學(xué).

在總的教學(xué)模式下具體可以分為以下常用的概念教學(xué)模式.

2.1 類(lèi)比法建立物理概念的教學(xué)模式

在物理教學(xué)中，常常用已知的物理現(xiàn)象和過(guò)程（包括物理學(xué)以外的現(xiàn)象和過(guò)程）與未知的物理現(xiàn)象和過(guò)程相比較，找出它們的共同點(diǎn)、相似點(diǎn)或相聯(lián)系的地方，以此為根據(jù)推測(cè)未知的物理現(xiàn)象和過(guò)程也可能具有已知的現(xiàn)象和過(guò)程的某些特性和規(guī)律.

類(lèi)比結(jié)構(gòu)可以歸納為兩類(lèi)：（1）特殊到特殊.例如，機(jī)械波具有干涉和衍射的特性，光也有干涉和衍射的特性，所以光具有波動(dòng)性等.（2）一般到一般.例如，電生磁、磁生電；電壓和水壓進(jìn)行類(lèi)比，靜電場(chǎng)與重力場(chǎng)類(lèi)比等.新課程物理概念教學(xué)運(yùn)用類(lèi)比方法能啟發(fā)和開(kāi)拓學(xué)生思維，提供建立物理概念的線索，有效縮短概括抽象的思維進(jìn)程，加快形成概念的思維成熟速度.

物理概念教學(xué)類(lèi)比模式的結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 類(lèi)比法模式

2.2 定量物理概念的比值定義法的教學(xué)模式

所謂比值定義法，就是在定義一個(gè)物理量的時(shí)候采取比值的形式.比值法定義的物理概念在物理學(xué)中占有相當(dāng)大的比例.應(yīng)用比值法定義物理量，往往需要一定的條件：一是客觀上需要，二是間接反映特征屬性的兩個(gè)物理量可測(cè)，三是兩個(gè)物理量的比值必須是一個(gè)定值.

比值定義法基本形式是：被定義量→確定兩個(gè)間接相關(guān)的物理量（屬性完全相同）→ 文字定義→比值演繹→獲得定義式→ 討論物理意義→應(yīng)用.比值演繹通常分成兩類(lèi).

第一類(lèi)是兩個(gè)量的絕對(duì)量的比值，其適用于物質(zhì)或物體屬性特征.這類(lèi)物理量的定義特征是：其屬性由本身所決定，其定義或測(cè)量需要借助于一個(gè)與其屬性完全相同的輔助量（絕對(duì)量）來(lái)完成，即需要選擇一個(gè)能反映某種性質(zhì)的檢驗(yàn)實(shí)體來(lái)研究.比如，定義電場(chǎng)強(qiáng)度E，需要選擇檢驗(yàn)電荷q，觀測(cè)其檢驗(yàn)電荷在場(chǎng)中的電場(chǎng)力F，采用比值.

第二類(lèi)是兩個(gè)量的相對(duì)量（增量或變化量）的比值，描述物體穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)特征.該類(lèi)物理量的定義特征是：其屬性由外部條件決定，需要兩個(gè)增量（相對(duì)量）的比值決定.例如，電流強(qiáng)度的定義和導(dǎo)體電容的定義；或描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征，例如，速度和加速度的定義等等.

物理概念比值定義法的模式結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 物理概念比值法模式的流程圖

2.3 科學(xué)探究的教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)舉例方法適用于具有確定量化定義的物理概念，實(shí)驗(yàn)探究的目的在于讓學(xué)生通過(guò)親身體驗(yàn)，更好地理解知識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，透過(guò)表象找到本質(zhì)的能力.其教學(xué)模式根據(jù)物理概念的特征，2017年版修改稿的課程標(biāo)準(zhǔn)提出了不同于2003年版實(shí)驗(yàn)稿七要素的科學(xué)探究模式.前者適用于實(shí)驗(yàn)情境探究物理概念，后者適用于理論邏輯（推理）探究物理概念.兩種科學(xué)探究的教學(xué)模式流程可以統(tǒng)一如圖4所示.

圖4 實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式流程圖

3 實(shí)踐探索，指向深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)倡導(dǎo)親身實(shí)踐、動(dòng)手操作、主動(dòng)探究、深度思考、理性提升的思維型教學(xué).通過(guò)真實(shí)、完整、深刻的挑戰(zhàn)性活動(dòng)，學(xué)生獲得策略性、方法性的知識(shí)，達(dá)到發(fā)展思維能力的目的，從而形成相應(yīng)的素養(yǎng).磁感應(yīng)強(qiáng)度是學(xué)生在高中階段學(xué)習(xí)到的最后一個(gè)矢量概念，也是最抽象最難理解的一個(gè)矢量概念.對(duì)這個(gè)概念教學(xué)進(jìn)行嘗試探討，具有現(xiàn)實(shí)意義.以人教版“磁感應(yīng)強(qiáng)度”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探索高中物理概念教學(xué)的3種方式——類(lèi)比法、比值定義法、科學(xué)探究法.在探索物理概念的過(guò)程中，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，發(fā)展學(xué)生思維，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，使學(xué)生逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神.

本課時(shí)分為4個(gè)挑戰(zhàn)性任務(wù)，5個(gè)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)中關(guān)注系列活動(dòng)的關(guān)聯(lián)性、整體性、結(jié)構(gòu)化、邏輯性和結(jié)果導(dǎo)向，力圖向思維型教學(xué)靠近，包含創(chuàng)設(shè)情境、提出問(wèn)題、自主探究、合作交流、總結(jié)反思、應(yīng)用遷移中部分要素.

3.1 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引入新課

實(shí)驗(yàn)1：把小磁針?lè)旁诖艌?chǎng)中不同位置，它的指向會(huì)發(fā)生變化，說(shuō)明磁場(chǎng)具有方向.

小磁針靜止時(shí)N極所指的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向.

實(shí)驗(yàn)2：用體積較大的普通磁鐵吸鐵的坐凳，但沒(méi)有成功.用體積較小的釹鐵硼磁鐵吸相同的鐵凳，成功吸起來(lái).說(shuō)明磁場(chǎng)有強(qiáng)弱.

3.2 研究磁場(chǎng)強(qiáng)弱

任務(wù)1.由電場(chǎng)類(lèi)比研究磁場(chǎng).

問(wèn)題1：磁場(chǎng)看不見(jiàn)也摸不著，如何定量描述它的強(qiáng)弱？以前有沒(méi)有研究過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題？

如表1所示，在研究電場(chǎng)強(qiáng)弱的時(shí)候，我們引入了一個(gè)探測(cè)物，即試探電荷，研究它在電場(chǎng)中的受力情況.我們用電場(chǎng)力與試探電荷電荷量的比值，來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，比較相同電荷量的試探電荷所受靜電力的大小.

表1

問(wèn)題2：有哪些物體在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用？誰(shuí)比較適合作為探測(cè)物？

磁體和通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用.通電導(dǎo)線適合作為探測(cè)物.因?yàn)榇朋w很難定量分析，另外因?yàn)榇朋w既有N極，又有S極，如果看成質(zhì)點(diǎn)的話，磁體在磁場(chǎng)中受力為0，而通電導(dǎo)線更適合定量研究.

任務(wù)2.學(xué)生定性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.

問(wèn)題3：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力大小會(huì)受哪些因素影響？

猜想：電流強(qiáng)度、導(dǎo)線長(zhǎng)度、電流方向可能會(huì)影響通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力大小.

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄烤鶆虼艌?chǎng)中與磁場(chǎng)垂直的導(dǎo)線受力F和I、l的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法.

實(shí)驗(yàn)步驟如下.

子任務(wù)1.控制l不變、改變I，觀察F的變化.

如圖5，將一段通電導(dǎo)線水平懸掛在并排放置的蹄形磁鐵兩極之間，導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向垂直.保持通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度一定，改變導(dǎo)線中的電流大小，比較不同情況下導(dǎo)線擺動(dòng)幅度大小與導(dǎo)線中電流強(qiáng)度大小之間的關(guān)系.結(jié)論：I越大，F(xiàn)越大.

圖5

子任務(wù)2.控制I不變、改變l，觀察F的變化.

保證通電導(dǎo)線的電流大小不變，改變磁場(chǎng)中導(dǎo)線的長(zhǎng)度（通過(guò)接不同的接線柱來(lái)實(shí)現(xiàn)）比較不同情況下導(dǎo)線擺動(dòng)幅度大小與通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度之間的關(guān)系.結(jié)論：l越大，F(xiàn)越大.

任務(wù)3.學(xué)生用傳感器定量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究（圖6）.

圖6

問(wèn)題4：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力與電流強(qiáng)度大小、導(dǎo)線長(zhǎng)度可能是什么關(guān)系？

猜想：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，磁場(chǎng)中的受力與電流強(qiáng)度大小、導(dǎo)線長(zhǎng)度可能是正比關(guān)系.

子任務(wù)1.控制l不變、改變I，定量探究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力和電流強(qiáng)度的關(guān)系.

結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線電流強(qiáng)度變化時(shí)，它在磁場(chǎng)中所受安培力也隨之變化，但二者的比值是一個(gè)定值（圖7），即F∝I.

圖7

子任務(wù)2.控制I不變、改變l，定量探究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力和導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系.

結(jié)論：當(dāng)接入線路的通電導(dǎo)線長(zhǎng)度變化時(shí)，它在磁場(chǎng)中所受安培力也隨之變化，但二者的比值都是一個(gè)定值（圖8），即F∝l.

圖8

綜上所述，既然F∝I，F(xiàn)∝l，那么猜F∝Il，有F=kIl.

子任務(wù)3.同時(shí)改變l、I大小，定量探究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力和電流強(qiáng)度與導(dǎo)線長(zhǎng)度乘積的關(guān)系.

結(jié)論：當(dāng)同時(shí)改變接入線路的通電導(dǎo)線長(zhǎng)度及電流強(qiáng)度大小時(shí)，它在磁場(chǎng)中所受安培力也隨之變化，但通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力和電流強(qiáng)度與導(dǎo)線長(zhǎng)度乘積的比值都是一個(gè)定值（圖9），即F∝Il，有F=kIl.

圖9

問(wèn)題5：剛才我們一直在均勻的磁場(chǎng)中做實(shí)驗(yàn)，如果磁場(chǎng)不均勻呢？

利用微元法，考慮極短的一段通電導(dǎo)線受到力的作用.我們把長(zhǎng)度很短的通電導(dǎo)線中電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積稱(chēng)為電流元.電流元是一個(gè)理想模型.

3.3 比值定義磁感應(yīng)強(qiáng)度

（1）定義：在磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的磁力F與電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度l的乘積的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度.

（2）單位：特斯拉（Tesla），簡(jiǎn)稱(chēng)為“特”，符號(hào)為T(mén).

任務(wù)4.請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)剛才測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算一下我們實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)線所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小.然后再用磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器來(lái)驗(yàn)證一下這個(gè)數(shù)值.

4個(gè)任務(wù)、5個(gè)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，設(shè)置環(huán)環(huán)相扣，注重學(xué)生的活動(dòng)與體驗(yàn)，學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)完成探究過(guò)程得出結(jié)論，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體地位，最后利用得到的結(jié)論對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行解釋?zhuān)瓿芍R(shí)的遷移.整個(gè)過(guò)程符合深度學(xué)習(xí)的特征，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)落實(shí).

4 結(jié)論

物理概念教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的中心任務(wù)之一.物理概念是建立物理規(guī)律的基礎(chǔ).物理概念之間的相互聯(lián)系和數(shù)量依存關(guān)系構(gòu)成了物理規(guī)律.教育及學(xué)習(xí)范式的變革時(shí)代已悄然到來(lái)，應(yīng)把物理教師結(jié)合物理新課程的教學(xué)理念，“核心素養(yǎng)落在實(shí)處，讓學(xué)生學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生，體驗(yàn)真實(shí)生活的教育，”以學(xué)習(xí)進(jìn)階與學(xué)科大概念建構(gòu)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)思路，實(shí)施高中物理課程整合，開(kāi)展更為靈活與合理的內(nèi)容順序、教學(xué)方式、教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià).有意識(shí)運(yùn)用科學(xué)方法指導(dǎo)物理概念教與學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，具有重要的促進(jìn)意義.