1、1品鉴电磁感应教学中学生思维优化三法(江苏省海安县立发中学江苏 海安 226600) 高中物理教学的核心价值之一在于提高学生对于科学本质认识的同时发展思维能力，思维的各项品质能够得到全面优化，这是中外物理教育共同之处.爱因斯坦曾说：“学校教育的价值在于教会学生独立思考.”科学向着真理迈进的每一步背后都是富有效率的思维在起作用.如何优化学生的思维品质？高中物理教学中的若干教学内容都可以充分发挥作用.以高中物理最典型的教学内容之一 电磁感应部分的教学为例，在课堂教学中精选问题，进行精细的教学处理，完全可以使学生的思维在广阔性、逻辑性、批判性三个指标上产生显著的提升. 1 引领学生多角度处理对貌似简
2、单的“熟题” ，培养学生思维的广阔性 思维广阔性意味着能够全面思考问题，不仅能从整体把握问题结构，也不会轻易遗漏问题的细节.反之，则思维狭隘，只注意到问题的某一个方面或某一点，造成以有限知识、经验、技能处理问题，窥一斑而不知全貌.如何培养物理思维的广阔性？物理教学的实践与教育心理学的研究都说明了，要从培养良好的思维习惯入手.物理教师可以在课堂教学中选2择学生最易理解接受的材料，指导学生多角度思考.在电磁感应中，就有许多看似不显眼的素材即所谓“熟题” ，可以成为训练思维广阔性的教学处理的抓手.试看下面的电磁感应教学中的教学案例. 案例 1 在教学正弦式交流电产生的过程时，一般教材中是通过介绍线框
3、在磁场中围绕一根垂直于磁场的直线轴做匀速转动引起磁通量周期性变化引入正弦式交流电的产生，如图 1 所示矩形线圈 abcd 绕对称轴OO以角速度 匀速转动，在课堂教学中，教师指导学生按照课本介绍的思路最终可得：从线圈与磁场垂直的位置开始计时，线圈中形成的电流为：e=NBL1L2sint. 上述案例中实际上是由于切割速度矢量与 B 的夹角发生周期性变化导致产生正弦式交流电，学生很容易由此产生思维定势，在解决其它形式的正弦式交流电产生的情形时，思维不能变通，拘泥于原有的物理过程与参量关系.事实上，教师在介绍“线框在磁场中围绕一根垂直于磁场的直线轴做匀速转动引起磁通量周期性变化”应该进行多途径的变式，
4、将这种特殊情形中的变量关系的本质揭示出来后多角度外推，并与之同时进行思维训练： 变式一如图 2 所示的发电装置，磁极与铁芯间区域形成的磁场对应的圆心角 =4/9，磁场均沿着线圈的半径方向，N 匝矩形线圈 abcd 绕中心轴的角速度为 ，其中 ab=cd=l，bc=ad=2l；bc 和 ad 在运动中所经过的磁感应强度大小为 B 方向始终与两边运动方向垂直，外接电阻和线圈总电阻分别为 R 和 r，试求：线圈中感应电动势的大小和回路中电流的有效值. 3变式与案例 1 相比较，变式之处在于把案例 1 中的“OOB，abcd绕对称轴 OO以角速度 匀速转动”导致线框切割的速度 v 与 B 的夹角周期性
5、变化进行变化，变为“磁场均沿半径方向”导致的线框切割的速度 v 始终与 B 垂直，则 e=NBL1L2sint 中 t 实际上变为定值 /2，同时由案例 1 中“在连续磁场中切割”变为“在空间分布间断的磁场中切割” ，但变式改变的只是形式，形成的仍旧是交流电，只不过不是正弦式，有效值的计算当然不能照搬正弦式的套路，必须从交流电的有效值的定义去求解.从一个侧面启迪了学生要全面理解电磁感应中正弦式交流电产生的过程及其参量变化特征. 2 对“陌生新颖”的问题点拨学生理清过程特征及物理量的依存关系，培养学生思维的逻辑性 思维的逻辑性突出表现为能够对问题抓住本质特征，找准物理过程发生中各个物理参量之间的
6、联系，发现问题中蕴藏的内在矛盾，进而深入思考从本质上解决问题，所获得的解决问题的方案往往“出乎意料” ，但是细细回味， “入乎情理” ；思维的逻辑性还表现在思考过程的层次分明，推理过程具有科学的内在美.笔者曾经遇到一道被部分教师称之为所谓“超纲题”的好题： 案例 2 如图 3 所示，水平面上相互平行的单位长度电阻 r=0.01 /m，间距 d=0.20 m 的金属导轨，AB 是一段电阻不计的导线，存在一磁场 B=kt(k=0.020 T/s，t 指时间)，在 t=0 时，一个电阻不计的金属杆从AB 端在外力作用下，以恒定的加速度向左滑动，试求：金属杆在 t=6.0 s 时所受安培力大小. 4本
7、题许多学生纠结于究竟是动生还是感生，在答题时一筹莫展；也有学生经过阅读思考后发现，动生电动势产生的同时也有感生电动势产生，但苦于平时完成物理习题时要么套用 BLv 或法拉第电磁感应定律求解.但是这道题中既然动生与感生同时发生，那就应该注意求解的是“t=6.0 s 时”这个特殊时刻金属杆所受的安培力，因此，必须运用控制变量法，第一步先求 t=6.0 s 时瞬时速度切割此瞬间磁场产生的电动势；第二步运用磁场磁感应强度 B 的变化率乘以此瞬间的面积求得此瞬间的磁通量变化率，进而得到瞬时感生电动势；最后综合前述求得的两类电动势，注意它们在电路上作用的效果是否相同或相反，求出总的电动势.这道题实际上考出
8、考试能否对于 E=BLv 的瞬时性有较深的理解；此外要求平时教学中，教师必须注意法拉第电磁感应定律除了求某段时间内的平均电动势，更要教会学生如何从磁场瞬时变化率角度理解并求出瞬时感应电动势. 3 指导学生对已学的物理理论与结论进行系统归纳并提出个人思考，培养学生思维的批判性 思维的批判性突出体现在在理解所接触的事物的基础上，能够缜密分析其知识结构，结合自己的思索与已经发现的事实，对自己和别人的结论作出实事求是的结论，特别是能够“步步有据”并能坚持自己的正确结论.而在高中物理教学中，教师应该注意指导学生对已学的物理理论与结论进行系统归纳，培养学生个人思考的良好习惯，并注意鼓励学生在理论或实验支持
9、下大胆提出个人的见解. 高中物理从高一的牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律到后5来的动量守恒定律都存在一个隐含的参照系的问题，教材有些地方明确指出这些规律是在一定的参照系下运用的，也有些地方处理模糊，教师应该让学生系统归纳一下；在求解动生电动势和感生电动势时明确指出E=BLv 中的 v 是金属导体相对于磁场的速度，而不是相对于地面的速度.在课堂教学中选用下面这道问题，可以很好体现这一特征： 案例 3 如图 4 所示为磁悬浮列车原理，直导轨间距 L=0.4 m，匀强磁场的大小 B1=B2=1 T，方向相反，当磁场 B1 和 B2 同时以 v=5 m/s 沿直导轨向右运动时，电阻为 R=2 金
10、属框 abcd 也会随之运动，试求：线框abcd 中电动势的大小. 在本题中求解 ad、bc 两边产生电动势时，必须注意它们只有速度小于磁场速度，也即存在相对于磁场的速度，方可获得感应电动势；其次，代入 E=BLv 中的 v 只能是相对于磁场的速度.只有在理想情况下，即没有阻力时，根据能量转化与守恒定律，没有损耗，也无需安培力牵引，线框由于具有惯性，最终会与磁场同步，速度相等. 总之， 以上三个方面相辅相成.由于思维品质相互关联，高中物理教师要适当精选问题，注意问题在训练思维能力方面的功能，持之以恒多方面激发学生思维品质的自我优化意识，最终一定能够收到应有的效果.这也是新课改背景下，高中物理课程标准对课堂教学所提要求的具体体现.?物理与数学?
