張同洋 朱具德

摘 要：本文就“磁場對通電導(dǎo)線的作用力”教學(xué)片斷，從正反兩個方面，剖析物理課堂教學(xué)過程中教師行為對學(xué)生小組合作效度的影響，提出高效教學(xué)行為應(yīng)具備的原則。

關(guān)鍵詞：教師行為；合作效度；安培力

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）10-0065-4

物理新課程標(biāo)準(zhǔn)大力提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探索，要求教師轉(zhuǎn)變角色，要成為學(xué)生學(xué)習(xí)的促進者、合作者，學(xué)習(xí)評價的指導(dǎo)者，學(xué)習(xí)潛能的開發(fā)者[1]。本文以2015年江蘇省高中物理優(yōu)質(zhì)課評比大賽時一位教師上的“磁場對通電導(dǎo)線的作用力”為例，談?wù)劷處煹恼n堂教學(xué)行為對學(xué)生合作效度的影響。

1 教學(xué)片斷

師（演示）：實驗示意圖如圖1，合上開關(guān)，導(dǎo)線中就有如圖所示的電流，仔細觀察導(dǎo)體棒的狀態(tài)有何變化？

生：導(dǎo)體棒發(fā)生了偏移，向右偏移。

師：導(dǎo)體棒為何往右偏？

生：它受到了向右的力。

師：我們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力叫做安培力，請大家猜一猜這個安培力的方向與哪些因素有關(guān)？

生1：應(yīng)該與磁場強弱有關(guān)。

生2：還與電流有關(guān)。

師：很好！與這些因素到底有什么樣的關(guān)系？下面我們就圖1“電流方向與磁場方向垂直”這種特殊情況進一步研究。

師：這是一個量與兩個量之間的關(guān)系，怎么研究？

生：利用控制變量法。

師：好！比如控制磁場方向不變，改變電流的方向。按照這種控制，有幾種實驗組合呢？

生（討論）：控制磁場方向不變，改變電流方向有兩種情況；控制電流方向不變，改變磁場方向也有兩種。一共有四種組合。

師：（展示）這四種組合如圖2所示，請每一組同學(xué)利用桌上的儀器研究安培力的方向與磁場及電流方向之間的關(guān)系（將全班分為四區(qū)，第一區(qū)研究第一種組合①，第二、三、四區(qū)分別研究組合②、組合③、組合④）。

生（實驗探究，各區(qū)代表匯報實驗現(xiàn)象）：①中安培力向右，②中安培力向左，③中安培力向左，④中安培力向右。

師（展示四種情況中安培力的方向如圖3 所示）：觀察①②導(dǎo)體棒受到的安培力，說明了什么？

生：①和②兩種情況磁場的方向相同，電流方向相反，通電導(dǎo)體棒受到的安培力方向相反，這說明電流的方向會影響安培力的方向。

■

圖3 安培力方向

師：再看①和③中安培力，這又說明了什么？

生：在①和③中，電流的方向都是相同的，磁場的方向改變，安培力方向也改變，這又說明磁場的方向也會影響安培力的方向。

師：可見剛才大家的猜測是正確的！它們的方向到底有怎樣的關(guān)系？

生（觀察）：……

師：好像不太直觀，下面請大家拿出盒子里的橡皮泥及桌上三根貼有箭頭的小竹竿，依據(jù)你們組實驗的結(jié)果把它們的方向擺出來。說明：黑色竹竿代表磁場，尖端表示磁場方向；黃色竹竿代表電流方向；紅色竹竿代表安培力方向。（學(xué)生小組合作討論，不一會就擺好了。）

師：請每一區(qū)推薦一名代表把你們擺好的竹竿拿上講臺展示，依次排開（如圖4）。

師：四組擺出了四種情況，它們的相對位置是否一樣？

生：不一樣！

師：真的不一樣嗎？

生：……

師：請第一種情況的同學(xué)手里的竹竿不要動，其他三組的同學(xué)試一試，經(jīng)過轉(zhuǎn)動，能不能變得和第一種情況一樣？（各個區(qū)的同學(xué)可以上去幫忙。）

學(xué)生邊討論邊轉(zhuǎn)動竹竿。

生（第二區(qū)）：一樣！因為黑色竹竿的位置和①中一樣，保持其位置不變，以它為軸使紅桿和黃桿在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，紅桿可先向里轉(zhuǎn)90 °，再向右轉(zhuǎn)90 °，結(jié)果和①相同。

生（第三區(qū)）：……一樣！

生（第四區(qū)）：……一樣！

下面學(xué)生：哇，太神奇了！居然都一樣！

師：這說明了什么？

生（躍躍欲試）： 這說明所有這四種情況下安培力的方向與磁場、電流的方向其相對位置關(guān)系都相同，只有一種情況，像圖1那樣。

師：既然都相同且只有一種，所以這一種“結(jié)構(gòu)”關(guān)系就是我們苦苦尋找的安培力的方向與磁場、電流的方向應(yīng)遵循的規(guī)律！規(guī)律終于找到了，利用它我們就可以判斷安培力的方向啦。如圖5通電導(dǎo)線受到的安培力方向如何？

生（手中拿著圖4①中插成的小竹竿邊旋轉(zhuǎn)邊回答）：電流方向是流出來的，磁場方向向右，黃棒不動，以黃棒為軸，將黑棒逆時針轉(zhuǎn)90 °，這時紅棒向上，說明安培力向上。

師：做得很好。如果以后每次我們分析類似問題時，都拿著竹竿插來插去，轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去，方便嗎？

生：不方便。

師：在此基礎(chǔ)上能否尋找更好的方法呢？

生：……

師：之前學(xué)習(xí)本章第二節(jié)我們是怎樣尋找電流周圍的磁場的？

生：用安培定則，也就是右手螺旋定則。

師：那么，今天大家能不能也用手把它們深藏的關(guān)系挖掘出來？

（學(xué)生小組討論）

生1：搖頭不會。

生2（舉手）：用右手，四指代表磁場方向，然后調(diào)整手掌，使四指向?qū)w棒運動的方向彎曲，那么露出的大拇指指的方向就是電流方向。

師（懷疑）：大拇指指向與電流方向一致嗎？再說四指伸直了就沒法彎曲了。

（教師接著喊第三位同學(xué)）

生3（不耐煩地）：課本上不是說了嗎。

師：你告訴大家課本上是怎么說的？

生3：左手定則——伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心穿入，并使四指指向電流方向，這時拇指所指的方向就是通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向[2]。

師：我們可以直接用課本上教的方法——左手定則。

……

2 教師行為對合作效度的影響剖析

感受一：巧設(shè)情景，潤物無聲，喚醒學(xué)生探索的源動力

首先，將安培力、磁場、電流的方向用竹竿在空間展示出來，真是“此時無聲勝有聲”，這不能不說是教師的一大創(chuàng)舉，它瞬間將學(xué)生逝去的思維又連續(xù)起來，無形與有形，抽象與具體，此情此景怎能不激發(fā)他們的想象力？

接著一句“它們的相對位置是否一樣呢？”此言一出，下面立刻群情激奮，有的說不一樣，有的說不一定，為了證明自己的猜想對不對，事實勝于雄辯，馬上行動，于是幾只手轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去。咦！和第一種一樣！也和第一種一樣！還和第一種一樣！啊，四種情況完全一樣，太神奇了！出乎所有學(xué)生所料，他們異常興奮，原來要找的規(guī)律就是這三根棒之間的關(guān)系！真像伽利略所說的那樣：物理規(guī)律往往是以最簡潔的形式表現(xiàn)出來。課堂氣氛跌宕起伏、空前熱烈，如此課堂效率怎能不高呢？由此可見教師的精妙點撥能夠喚起學(xué)生強烈的求知欲，這才是探究知識的源動力，又何需教師的千言萬語。

感受二：迷戀教材，錯失良機，可惜學(xué)生一片智慧火花

“幾種電流周圍的磁場由安培定則判斷”教師這樣提示很好，可是從心理學(xué)角度來看，這似乎也給學(xué)生某種暗示：能不能也用右手把安培力的方向與磁場方向、電流方向聯(lián)系在一起呢？所以，第二位同學(xué)通過全組討論說出了自己的猜想。其實這是學(xué)生智慧的火花，創(chuàng)造力的表現(xiàn)。不是嗎，如圖6，右手伸直，大拇指指向電流方向，四指指向磁場方向向右，然后將四指彎曲，與手掌垂直，則四指的指向即為受力方向。教師對此應(yīng)大力表揚并耐心引導(dǎo) 。預(yù)設(shè)過程如下：

師：這好像是借用右手螺旋定則，這種方法不錯，只是四指都彎曲時，容易使手掌也跟著轉(zhuǎn)動，不好標(biāo)示磁場方向，怎樣解決這個問題？

生1：四指中留一個食指與右掌在一個面上不彎曲。（圖7甲）

生2：都不彎，手心所對方向正好為磁場方向。（圖7乙）

師：都很好，都是很不錯的方法（投影圖7，引導(dǎo)大家用這兩種方法判斷）。其實，這種方法是大學(xué)物理要學(xué)習(xí)的矢量叉乘法則。大家能夠總結(jié)出來真是不簡單！由于我們探究的是安培力的方向，還想突出安培力，這樣一來，大拇指代表誰更合適？

生：代表安培力。

師：如此一改，那電流方向呢？

生：電流換用四指方向。

師：請大家按照這種方法用右手做一做。并歸納總結(jié)修改后的定律。（生動手模擬、討論）

（頓一頓）在物理學(xué)的發(fā)展歷程中，物理學(xué)家們當(dāng)時或許為了防止人們在使用中與已有的右手螺旋定則發(fā)生混淆，或許為了更為簡單直觀，于是將右手改為左手，左手和右手是對稱的，原來右手在磁場中放置時磁感線從掌背穿過，改為左手，其在磁場中怎么放？

生：讓磁感線從左手掌心穿過。

師：這就是左手定則。

可惜教師沒有明白學(xué)生的思想，于是該生悻悻然，滿臉委屈地坐下，真是遺憾。其實，只有立足于學(xué)生思維根源的、自然生成的知識才是真正的知識，才是有生命力的知識，這些知識才是發(fā)明創(chuàng)造的源泉。美國現(xiàn)行物理主流教材《原理與問題》對這部分內(nèi)容的編寫就是采用這位同學(xué)的方法?？梢娊處熢谠O(shè)計、實施科學(xué)探究方案時務(wù)必要重視過程與方法，充分考慮探究歷程中出現(xiàn)的問題，不必拘泥于教材，才能讓合作更有效，真正提高小組合作的效度，讓合作大放異彩。

3 結(jié)束語

由以上例析可知，教師課堂上的主導(dǎo)行為對指導(dǎo)小組合作、引發(fā)學(xué)生思維走向，起到了至關(guān)重要的作用，直接影響小組合作的效度。物理學(xué)中的一些定律的發(fā)現(xiàn)、定則的建立是一個漫長的過程，有時經(jīng)歷幾代人，絕非課堂上一、二十分鐘探究活動所能解決的，所以，課堂上的科學(xué)探究旨在重演探究過程。正像匈牙利數(shù)學(xué)家波利亞所說的那樣：“在教一個學(xué)科的分支（或一個理論、一個概念）時，我們應(yīng)該讓孩子重蹈人類思想發(fā)展中的那種最關(guān)鍵的步子，當(dāng)然我們不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無數(shù)個錯誤，而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子?！盵3] 因此，教師必要的情景創(chuàng)設(shè)、恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)或指導(dǎo)，不僅能讓學(xué)生重溫科學(xué)家探索之艱辛、成功之喜悅，積極投入到小組合作及互動中，提高課堂效率，而且更能讓學(xué)生在觀察和實驗之后開拓視野，萌發(fā)出一些科學(xué)的思想，為其終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。反之教師的草率行為學(xué)生會認為教師在敷衍、弄虛作假、浪費時間，長此以往會心生厭惡之感，何來效率而談。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2008：58—59.

[2]課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書：物理·選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2011：91—92.

[3]江丕權(quán).關(guān)于教與學(xué)——波利亞《數(shù)學(xué)的發(fā)現(xiàn)》與“探究式教學(xué)”[J].中國教育學(xué)刊，2003（10）：35—38.