高中物理教材中实验的比较研究 ——以探究感应电流方向为例

高中物理教材中实验的比较研究 ——以探究感应电流方向为例

马银霞

贵州师范大学物理与电子科学学院 550025

摘 要：从实验思路、装置、表格对人教版、鲁科版、粤教版、沪科版教材中的“实验：探究感应电流方向的影响因素”进行对比分析。发现各版本实验思路大致分为两类，一类是先引导出探究变量“磁通量的变化”，一类则是先引导出探究变量“感应电流磁场方向”，但它们引导探究变量的方式缺乏启发性。对比分析发现，实验装置可以分为两类，它们都各有侧重点，各版本实验表格体现出的探究意识差异性也比较大。

关键词：物理教材、实验比较、感应电流方向

教材的比较研究是实施有效教学的途径之一[1]，教材的选择关系到物理教育的途径和方向。楞次定律是高中物理电磁感应主题中的重要内容，是教学中的重点和难点[2]，因此“实验：探究感应电流方向的影响因素”是学生真正掌握楞次定律的必做探究实验。本文将对人教版、鲁科版、沪科版、粤教版4版教材提供的该实验进行对比与思考。

一、各版本实验思路比较

1. 人教版、鲁科版、粤教版验思路分析

人教版与鲁科版实验思路是先引入“磁通量的变化”。它们利用必修三“产生感应电流的条件”中蕴含的知识引导学生首先探究磁通量的变化情况与感应电流方向的关系，发现无直接关系后，再引导学生寻找感应电流磁场、原磁场方向，磁通量变化之间的关系。

粤教版首先探究的是感应电流方向与原磁场方向的关系，然后它再引导学生探究“磁通量的变化”、“感应磁场方向”、“原磁场方向”它们三者之间的关系。鉴于它的实验设计思路与人教版、鲁科版出入不大，实验装置与人教版、鲁科版一样，因此将粤教版实验思路归纳为第一类。

尽管人教版、鲁科版、粤教版的实验设计思路一样，但对“磁通量变化”、“感应磁场方向”变量引导存在差异。

鲁科版没有对“磁通量的变化”、“感应磁场方向”成为探究变量进行引导，而是直接要求学生将它们记录在表格中。虽然使得探究过程井然有序，但实验步骤也已确定，实验表格完全呈现，但学生没有经历计划实验的过程，实验操作时也是“照葫芦画瓢”[3]。粤教版利用转换思维将变量从“磁极运动的方向”转换为“磁通量的变化”，这种转换变量的思维比较巧妙，但是思维也比较跳跃。

分析三版教材对探究变量引导差异过程中，我们发现，教材对探究变量缺乏启发性引导。它们将探究量从“磁通量变化”引导到“感应磁场方向”过程中存在思维跳跃，这种直接引导让探究沦为“假探究”，并没有培养学生的思维[4]。

2. 沪科版实验思路分析

沪科版的实验思路是先引入“感应磁场方向”，再引入“磁通量的变化”。它用磁铁直接靠近(远离)闭合的圆环，学生可以直接观察到圆环的远离(靠近)，比较直观地呈现了感应电流会产生感应磁场。相当于间接告诉学生要想探究感应电流方向与原磁场方向关系，要先探究感应磁场方向与原磁场方向关系。随后它再用思考讨论的方式引出“磁通量的变化”。形成了先“感应磁场方向”后“磁通量的变化”探究思路。与其他三版相比，沪科版对“感应磁场方向”的引导比较有启发性，但对“磁通量变化”的引导则是用一个选择性问题“……穿过铝环的磁通量是增大还是减少”，该问题缺乏开放性，思考性。

二、各版本实验装置比较

人教版、鲁科版、粤教版实验装置分析

这三版教材主要以螺线管、条形磁铁为实验仪器，这类实验装置有如下特点：

(1)易于学生联想到探究变量——“磁通量的变化”

装置与必修三中“探究感应电流产生条件”的实验装置十分相似。看见回路中没有电流，电流计指针却能偏转，就能利用必修三中熟悉的装置帮学生联想到回路中磁通量发生了变化。从而为感应电流方向从与磁极和运动方向的关系转化为与磁通量变化的关系架起桥梁[7]，学生猜想感应电流方向与磁通量变化有关就比较容易了。

(2)难以引出“感应磁场方向”

该装置不能直接观察到感应电流方向，要先观察电流计指针偏转，导致感应电流产生的磁场与原磁场方向的关系不明显[5]，从而导致在教学中难以引入“感应磁场方向”这个中介物理量。

三、实验表格比较

1. 人教版、鲁科版、粤教版表格分析

对人教版、鲁科版、粤教版的实验表格分析，发现：

(1)表格数目不同

粤教版有3个表格与只有1个表格的鲁科版相比，感觉略显复杂。但笔者认为这样的设计对大部分学生而言比较友好。虽然感应电流方向可用灵敏电流计来判断，但在具体操作中需要先弄清楚电流计指针的“偏转方向”与其“电流方向”的对应关系，增加了实验操作的步骤和难度，学生不容易记住“电流方向”和指针“偏转方向”的关系[6]，因此需要多安排一个表格记录它们的关系。

(2)表格中记录的物理量不同

鲁科版、粤教版的表格都要求记录“磁通量的变化”，人教版没有明确的将“磁通量的变化”记录在表格中。人教版将实验现象分成两类：“磁通量增大时的情况”和“磁通量减少时的情况”。对于“磁通量的变化”需不需要明确记在表格中，笔者认为物理教学不仅仅是教给学生物理知识，培养学生各方面能力也同样重要

[7]，因此需要将“磁通量的变化”记录在表格中便于培养学生自己分析归类，发现规律的能力。

2. 沪科版表格的分析

从沪科版表格中要求记录的物理量来看，它只要求学生记录铝环的运动，没要求记录“磁通量的变化”、“感应磁场方向”。结合教材实验装置分析，“感应磁场方向”与“原磁场方向”之间的关系可以根据实验现象，再利用“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”快速判断出来，因此未将这两个物理量的记录纳入表格中。结合实验编排分析，教材的分析论证栏目偏向于引导学生挖掘“磁铁靠近(远离)铝环时，铝环的远离(靠近)”规律背后的原因。沪科版用问题的形式引导得出结论，因此没有设计其他物理量的记录。

通过分析不同教材的实验表格，发现各版本实验编排的表格差异比较大，不仅仅表格张数不一样，要求记录的物理量也有所不同，背后体现的探究精神也不一样。

四、结束语

新课标要求培养学生的科学探究能力，但对人教版、粤教版、沪科版、鲁科版的实验思路进行分析发现，它们对探究变量的引导缺乏启发性。探究实验中启发学生猜想探究变量是十分有必要的，如果对探究变量启发不够，探究实验就会变成操作实验，失去探究意义。

参考文献

[1]吕舒欣,周萍.中美高中物理教材对比与分析——以“磁学”为例[J].物理教师,2017,38(04):67-70.

[2]王锕,玛丽娜·阿西木汗,郭玉英.基于核心素养学习进阶的“楞次定律”教学改进实证研究[J].物理教师,2017,38(12):16-20.

[3]叶东福.实验探究“动”点生成的探索——以鲁科版“感应电流的方向”教学为例[J].物理教师,2015,36(10):20-23.

[4]黄佳.“学习”进阶视域下凸显科学思维的探究性教学设计——以“楞次定律”为例[J].物理教学探讨,2020,38(10):32-36.

[5]郑瑶.“楞次定律”实验改进与教学设计[J].物理教学,2018,40(03):7-10.

[6]陈建良.“探究感应电流的方向实验三创新”[J].中学物理教学参考,2021,50(32):59-60.

[7]赵莹.高中生物理自主学习能力培养初探[J].物理教师,2007(08):1-2.

作者简介

马银霞，1996，女，汉，重庆市，研究生，贵州师范大学，学生，学科物理