首页 -> 2008年第10期
一道物理习题引发的探究
作者：薛美琼
人教版高中物理第二册204页的第5题：“A和B都是两个很轻的铝环，环A是闭合的，环B是断开的，用磁铁的任一极去接近A环，会产生什么现象?把磁铁从A环移开，会产生什么现象?磁铁移近或远离B环时，又会产生什么现象?”人教版物理第二册《教师教学用书》的参考答案：“用磁铁的任一极(女[1N极)接近A环时，通过A环中的磁通量增加，根据楞次定律A环中将产生感应电流，阻碍磁铁与A环接近，A环将远离磁铁；同理，当磁极远离A环时，A环中产生感应电流的方向将阻碍A环与磁铁远离，A环将程控磁铁。由于B环是断开的，无论磁极移近或远离B环，都不会在B环中形成电流，所以B环将不移动。”笔者利用强磁体亲自动手按习题要求去做，发现B环也移动，后来查阅了大量的相关资料，对关于B环也运动的说法是肯定的，因为B环中有涡流产生。根据《电磁感应》内容标准：“通过探究理解楞次定律，通过实验了解涡流现象。”以及高中物理课程目标：“培养学生具有一定的质疑能力，收集和处理能力，分析、解决问题能力和交流、合作能力。”笔者认为这道题是一个很好的探究素材，能很好地实现课程目标，所以在学习了楞次定律之后，针对这道题组织学生开展了一次以《探究开口铝环运动原因》为课题的探究教学活动。
二、教学案例
首先让学生发表自己对课本204页的第5题习题的看法，绝大部分学生的答案都如人教版物理第二册《教师教学用书》所给出的参考答案一样。这时再按题所示进行实验，让强磁铁快速地靠近B环，并且重复了好几次，学生惊奇地观察到B环也移动，自然而然地产生了质疑：
生1：这怎么可能呢?难道楞次定律有错?
生2：会不会是别的东西使B环动起来的?如果是别的东西，那又会是什么东西呢?
生3：开口的B环在变化的磁场中也能产生感应电流?
生4：如果开口的B环也能产生感应电流，那电流是怎么形成通路的呢?
生5：感应电流产生的条件中明明说得很清楚，必须是闭合的通路，难道书本也有错?
(评析：我们教学要的就是这种思维剧烈冲突的场面，要的就是学生不断地提出问题的质疑能力。学生对这个问题产生了怀疑，就会有极大的兴趣想知道为什么。数学家笛卡儿说得好：“怀疑就是方法。”在表扬学生的大胆质疑精神的同时，更要强调培养学生谨慎求证的意识。)
师：同学们能提出这么多的问题很好，但是我们现在应该如何去证实我们的想法呢?
(评析：“实践是检验真理的唯一标准”，自然会想到用实验去证实。这时给学生提供设计实验装置所需的仪器让学生进行探究。)
生：我们用磁体靠近B环时，也同样有磁感线穿过A环，也就是说A环处在变化的磁场中，会不会实际上是A环的移动而带动了B环，因为这个装置的转轴磨擦很小。
师：太棒了!有道理。但这只是猜测。该怎么办呢?
生：把A环取走。
生：把B环单独用细绳悬挂起来。
生：用一个同样质量的非金属环代替A环。
经讨论之后，分成两种实验装置进行，即把B环单独用细绳悬挂起来、用一个同样质量的非金属环代替A环。
实验结果：不管是磁体靠近还是远离B环，都发现B环移动。
这时又有学生提出：
生：可能是气流。因为B环很轻，在实验时，用手握着磁体快速靠近和远离的过程，手会带动空气冲击B环，所以B环移动。
此时学生继续在为自己原有的假设找证据。
师(提醒学生)：那我们接下来应该如何证明是否气流的影响导致B环的运动呢?
生：如果能在没有空气的环境中做实验就好了。
(评析：很明显这个方法在现实中很难做到，此时，教师要给予引导了。)
师：磁体运动，实际上相当于什么呢?
(评析：因为有前面电磁感应实验基础，学生很快想到了方法。)
生：磁体靠近和远离B环，实际就是通过B环的磁通量发生了变化。
生：利用通电螺线管的通断电就可以代替磁体运动的效果了。
实验证实：排除了气流的说法。这时有大部份学生开始意识到：磁通量发生变化时，开口的B环也产生某种电流。但还有小部份学生认为：电流是电荷的定向移动形成，就像水流一样，并且有电流必须电路是闭合的，而B环开口，电荷怎么能“跑”过去呢?为此，实验探究还不能结束。我鼓励学生把探究延续到课外，上网查找还没解决的疑问：开口的铝环在变化的磁场中产生的是什么电流?是如何产生的?与前面磁感应中的感应电流有什么异同之处?当再一次上课时，我问学生以上的问题时，学生已经在上网查找资料的过程中自主学习了涡流相关的知识。更可喜的是有几位学生还提出改进书本的实验装置：把横截面积较大的铝环换成用绝缘的细铜丝绕成的闭合环和开口环，这样，实验现象既符合楞次定律，又消除了涡流的影响，可有效地排除同学们的各种猜测，使这道题更具有科学性。
三、案例反思
1 在新课改中，教师的教学方式、教学理念都有了很大的改变：鼓励学生大胆质疑，不唯书，不唯师等，但往往忽视学生在质疑的同时一定要注意小心求证。这次探究活动让学生明白：质疑不仅是源于知识经验之中的一种反映，更是科学的一种规范，科学需要怀疑主义，更需要严谨的验证。
2 课堂上教师一定要创设对于学生能产生认知冲突的问题情景，给足学生时间和空间，让学生有自主支配的探究时间。结论对学生来说还是一个未知数，他们需要慢慢探索，教师只需要旁敲侧击的几句话，学生就会产生奇思妙想，会有精彩的生成，在质疑、猜想、探究和验证中理解物理知识和发展规律。给学生一片自由的天空，他们表现更出色，相信学生有能力自己学得更好，当然这其中不能少了教师必要的引导。
3 二物理教材这道习题答案是不全面的，可是却一直沿用了数十年，只因为这个实验现象一般情况下就如教材所言，但是教材所言的现象并非本质。我们在利用物理实验作为一种探究活动时，一定要突出或至少保持住其探究的本质特性，这样才能有效地落实科学探究教育目标。在重过程的同时也要重结果，因为学生不容易放弃自己原有的经验而轻易地接受新理论，直到他们能够形成一个可对出其意料的观察结果加以解释的新理论。所以结果与过程至少是同等重要的，我们不能从过去的只重结果这个极端走向只重过程的另一个极端。