论文部分内容阅读
摘 要：程序性知识是关于“做”的“程序”“步骤”方面的知识，是高中物理学习的重点知识，也是难点知识。为帮助教师提高程序性知识的教学能力，本文以探究安培力的方向为例，从三个方面来探讨程序性知识的教学。
关键词：程序性知识；安培力的方向；教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）1-0036-3
陈述性知识是关于“什么”“为什么”“怎么样”的知识，而程序性知识突出的是关于“做”的“程序”“步骤”方面的知识，只有掌握了有关的程序、步骤才能从事各种活动[1]。因此，在讲授高中物理程序性知识时，教师必须从符合学生的认知发展规律出发来设计教学，通过实验来创设问题情境，建立模型，从而寻找出各个物理量之间的规律，这样学生才能清楚地明白程序性知识的步骤。由于受陈述性知识教学的影响，课堂中很多程序性知识被设计为陈述性知识，导致学生难以理解，很容易忘记。为帮助教师提高程序性知识的教学能力，本文结合人教版物理选修3-1中的“探究安培力的方向”为例来探讨程序性知识的教学。教师通过展示实验来引导学生思考程序性知识的程序、步骤。建立模型把抽象的“磁场方向、电流方向、安培力的方向三者之间的关系”变得直观，实现学生的有意义记忆。
1 程序性知识的程序、步骤
掌握程序性知识的程序、步骤是掌握程序性知识的关键。在学习“探究安培力的方向”这一内容时我们应该掌握三个程序及步骤：科学探究，创设问题情境，建立概念；借助模型，建立规律；应用程序，解决问题。只有掌握好这三个程序，我们在探究安培力的方向时，才能做到条理清晰。
1.1 科学探究，创设问题情境，建立概念
科学探究是获得程序性知识的一种有效的方法。通过科学探究，创设问题情境，给学生充分的时间去体验、思考得出物理概念的过程，将静态的陈述性知识转化为动态的程序性知识[2]；通过科学探究，可以引导学生去发现事物的特征，建立概念[3]。所以，教师应首先展示实验（实验设计图如图1所示）。教师介绍实验仪器及注意事项（磁铁必须用强磁铁，否则磁性太弱，导体棒不会发生移动），连接好实验仪器，合上开关之后让学生观察实验现象。
教师提问：请同学们仔细观察，看看导体棒的状态发生了什么样的变化。
学生回答：导体棒发生了移动，且向右移动。
教师提问：导体棒为什么会向右移動呢？
学生回答：因为它受到了力的作用。
教师解释：导体棒移动，运动状态发生了改变，证明导体棒受到了力的作用。此处，导体棒处于磁场中，我们就把导体棒在磁场中受到的力叫做安培力。大家都知道力的三要素是：大小、方向、作用点，这节课我们主要来研究安培力的方向。
教师提问：请大家猜一猜安培力的方向与什么因素有关呢？
学生回答：电流、磁场……
[实验验证]
教师通过实验来验证学生的回答是否正确。教师改变电流的方向，学生观察到此时导体棒向左移动，教师引出控制变量法的思想；其次，控制电流方向不变，两次改变磁场方向，观察到导体棒发生了向左和向右移动。可见，刚才大家的猜想是正确的，通过实验从而建立安培力的方向与电流方向、磁场方向有关的概念。采用控制变量法，首先，控制磁场方向不变，改变电流方向；其次，控制电流方向不变，改变磁场方向。一共有四种组合。教师把学生分为四组，每组学生探究一种组合方式，并将数据填入表1。
通过科学探究，创设问题情境来学习程序性知识不仅能让学生轻松习得知识，还锻炼了学生的思维。在演示实验的过程中，新命题进入原有命题网络，与原有的知识“力是改变物体运动状态的原因”形成联系，将原有的知识进一步推进，建立一种新的程序性知识[4]。
1.2 借助模型，建立规律
由上述的实验已经得出安培力的方向与电流方向、磁场方向有关。那么，它们三者之间有什么样的关系呢？可以借助模型。物理学科很重要的一个特点就是模型化[5]。通过建立模型，可以把复杂、抽象的问题变得简单、直观；通过建立模型，复杂的空间关系可以清楚地呈现在学生面前，锻炼学生的空间思维能力，还可以帮助学生迁移知识。物理教学离不开物理模型教学，利用物理模型可以解释物理现象和实验定律，物理模型建立的过程是从客观存在的事物和现象出发经过抽象、简化的过程[6]。
教师演示：借助模型，请看老师手中的模型，分别由一个三向管和三根塑料管组成。三根塑料管分别代表安培力方向、电流方向和磁场方向。模型如图2所示。以模型一中的（a）为起点，（a）可以转动到（b），（b）可以转动到（c），（c）可以转动到（d）。转动到（d）的时候，我们发现，（a）和（d）是一样的。
学生体验：让学生自己尝试，以模型1中的任何一个模型为起点，然后转动，看是否能够转回到之前的样子。学生边讨论边转动，最后发现都能转到和之前的模型一样的位置。
教师提问：这说明了什么呢？
教师总结：这说明所有这四种情况下安培力的方向与磁场方向、电流方向的相对位置关系是一样的，只有一种相对位置关系，而且我们发现安培力的方向、磁场方向、电流方向三者之间两两垂直，如图3所示。既然都相同且只有一种相对位置关系，那么这种相对位置关系就是我们要寻找的安培力的方向与磁场方向、电流方向应遵循的规律。规律找到了，我们就可以利用它来判断安培力的方向了[7]。
教师提问：当我们要判断安培力的方向时，每次都要借助模型转来转去，这样方便吗？
学生回答：不方便。
教师：不方便怎么办呢？那么今天我们将要来学习一种可以代替模型的定则——左手定则。什么是左手定则？请大家看课本，我们会利用模型带领大家练习左手定则。请同学们伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在一个水平面内。磁场方向垂直于手心；四指方向指向电流方向；那么，大拇指所指方向就是安培力的方向。 借助模型来练习，可以加深学生对概念的理解。让学生再练习其余的模型，可以熟悉左手定则的程序，练习是促使陈述性知识向程序性知识转化的必要条件。但是要掌握练习的“度”，当学生达到预期的目的后，由此产生的胜任感、自信心能够增强学习的动力[1]。
1.3 应用程序，解决问题
程序性知识的学习分为三个阶段：陈述性知识阶段、转化阶段和自动化阶段[8]。当学生练习了左手定则的程序之后，为了让学生更加深刻地理解这一程序，应进一步练习习题，应用左手定则解决问题。以例1为例来进行操作。
例1 已知电流的方向和磁场方向如图4所示，请在图中画出安培力的方向。根据图4，由左手定则就可以判断出安培力的方向向左。当进入自动化阶段时，学生不再需要借助于模型，操作活动会更加简略，通过信息检索来提取程序，快速而高效地解决问题[1]。
2 小 结
通过创设问题情境，让学生体验、思考得出物理概念的这个过程可以加深学生对概念的理解；借助于模型来探索规律的这个过程，可以拓展学生的空间思维；改进变式练习，让更多的学生习得、鞏固物理程序性知识，实现学生学业成绩、核心素养提升和教师专业可持续发展的双赢[9]。在探究安培力的方向时，最为关键的程序、步骤就是“科学探究，创设问题情境，建立概念”，这一程序是学习“借助模型、建立规律”“应用程序、解决问题”这两个程序的基础。在学习“科学探究，创设问题情境，建立概念”这一程序时应该注意的是：实验中必须使用强磁铁，否则磁性太弱，导体棒移动的现象不明显，但同时由于强磁铁磁性较强，须注意安全；其次，在让学生进行分组实验时，必须控制好变量。
参考文献：
[1]岑国桢.教育心理学[M].北京：中国人民大学出版社，2006：161-186.
[2][4]胡慧青.物理程序性知识教学探索[J].中学物理，2016，34（3）：52-53.
[3]姜祖国.高中物理程序性知识教学初探[J].中学教学，2016，30（1）：50-51.
[5]陆国新.高三复习中物理模型教学法初探[J].物理教学探讨，2016，34（2）：68-71.
[6]尤东岳.高中物理模型教学及实例分析[J].中学物理，2016，34（1）：54-55.
[7]张同洋，朱具德.例析教师行为对小组合作效度的影响[J].物理教学探讨，2016，34（10）：65-68.
[8]韩仁生，苗军芙，李传银.教育心理学[M].济南：山东人民出版社，2013：105-112.
[9]刘琦.核心素养理念下物理教学的思考[J].物理教学探讨，2016，34（6）：39-41.
关键词：程序性知识；安培力的方向；教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）1-0036-3
陈述性知识是关于“什么”“为什么”“怎么样”的知识，而程序性知识突出的是关于“做”的“程序”“步骤”方面的知识，只有掌握了有关的程序、步骤才能从事各种活动[1]。因此，在讲授高中物理程序性知识时，教师必须从符合学生的认知发展规律出发来设计教学，通过实验来创设问题情境，建立模型，从而寻找出各个物理量之间的规律，这样学生才能清楚地明白程序性知识的步骤。由于受陈述性知识教学的影响，课堂中很多程序性知识被设计为陈述性知识，导致学生难以理解，很容易忘记。为帮助教师提高程序性知识的教学能力，本文结合人教版物理选修3-1中的“探究安培力的方向”为例来探讨程序性知识的教学。教师通过展示实验来引导学生思考程序性知识的程序、步骤。建立模型把抽象的“磁场方向、电流方向、安培力的方向三者之间的关系”变得直观，实现学生的有意义记忆。
1 程序性知识的程序、步骤
掌握程序性知识的程序、步骤是掌握程序性知识的关键。在学习“探究安培力的方向”这一内容时我们应该掌握三个程序及步骤：科学探究，创设问题情境，建立概念；借助模型，建立规律；应用程序，解决问题。只有掌握好这三个程序，我们在探究安培力的方向时，才能做到条理清晰。
1.1 科学探究，创设问题情境，建立概念
科学探究是获得程序性知识的一种有效的方法。通过科学探究，创设问题情境，给学生充分的时间去体验、思考得出物理概念的过程，将静态的陈述性知识转化为动态的程序性知识[2]；通过科学探究，可以引导学生去发现事物的特征，建立概念[3]。所以，教师应首先展示实验（实验设计图如图1所示）。教师介绍实验仪器及注意事项（磁铁必须用强磁铁，否则磁性太弱，导体棒不会发生移动），连接好实验仪器，合上开关之后让学生观察实验现象。
教师提问：请同学们仔细观察，看看导体棒的状态发生了什么样的变化。
学生回答：导体棒发生了移动，且向右移动。
教师提问：导体棒为什么会向右移動呢？
学生回答：因为它受到了力的作用。
教师解释：导体棒移动，运动状态发生了改变，证明导体棒受到了力的作用。此处，导体棒处于磁场中，我们就把导体棒在磁场中受到的力叫做安培力。大家都知道力的三要素是：大小、方向、作用点，这节课我们主要来研究安培力的方向。
教师提问：请大家猜一猜安培力的方向与什么因素有关呢？
学生回答：电流、磁场……
[实验验证]
教师通过实验来验证学生的回答是否正确。教师改变电流的方向，学生观察到此时导体棒向左移动，教师引出控制变量法的思想；其次，控制电流方向不变，两次改变磁场方向，观察到导体棒发生了向左和向右移动。可见，刚才大家的猜想是正确的，通过实验从而建立安培力的方向与电流方向、磁场方向有关的概念。采用控制变量法，首先，控制磁场方向不变，改变电流方向；其次，控制电流方向不变，改变磁场方向。一共有四种组合。教师把学生分为四组，每组学生探究一种组合方式，并将数据填入表1。
通过科学探究，创设问题情境来学习程序性知识不仅能让学生轻松习得知识，还锻炼了学生的思维。在演示实验的过程中，新命题进入原有命题网络，与原有的知识“力是改变物体运动状态的原因”形成联系，将原有的知识进一步推进，建立一种新的程序性知识[4]。
1.2 借助模型，建立规律
由上述的实验已经得出安培力的方向与电流方向、磁场方向有关。那么，它们三者之间有什么样的关系呢？可以借助模型。物理学科很重要的一个特点就是模型化[5]。通过建立模型，可以把复杂、抽象的问题变得简单、直观；通过建立模型，复杂的空间关系可以清楚地呈现在学生面前，锻炼学生的空间思维能力，还可以帮助学生迁移知识。物理教学离不开物理模型教学，利用物理模型可以解释物理现象和实验定律，物理模型建立的过程是从客观存在的事物和现象出发经过抽象、简化的过程[6]。
教师演示：借助模型，请看老师手中的模型，分别由一个三向管和三根塑料管组成。三根塑料管分别代表安培力方向、电流方向和磁场方向。模型如图2所示。以模型一中的（a）为起点，（a）可以转动到（b），（b）可以转动到（c），（c）可以转动到（d）。转动到（d）的时候，我们发现，（a）和（d）是一样的。
学生体验：让学生自己尝试，以模型1中的任何一个模型为起点，然后转动，看是否能够转回到之前的样子。学生边讨论边转动，最后发现都能转到和之前的模型一样的位置。
教师提问：这说明了什么呢？
教师总结：这说明所有这四种情况下安培力的方向与磁场方向、电流方向的相对位置关系是一样的，只有一种相对位置关系，而且我们发现安培力的方向、磁场方向、电流方向三者之间两两垂直，如图3所示。既然都相同且只有一种相对位置关系，那么这种相对位置关系就是我们要寻找的安培力的方向与磁场方向、电流方向应遵循的规律。规律找到了，我们就可以利用它来判断安培力的方向了[7]。
教师提问：当我们要判断安培力的方向时，每次都要借助模型转来转去，这样方便吗？
学生回答：不方便。
教师：不方便怎么办呢？那么今天我们将要来学习一种可以代替模型的定则——左手定则。什么是左手定则？请大家看课本，我们会利用模型带领大家练习左手定则。请同学们伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在一个水平面内。磁场方向垂直于手心；四指方向指向电流方向；那么，大拇指所指方向就是安培力的方向。 借助模型来练习，可以加深学生对概念的理解。让学生再练习其余的模型，可以熟悉左手定则的程序，练习是促使陈述性知识向程序性知识转化的必要条件。但是要掌握练习的“度”，当学生达到预期的目的后，由此产生的胜任感、自信心能够增强学习的动力[1]。
1.3 应用程序，解决问题
程序性知识的学习分为三个阶段：陈述性知识阶段、转化阶段和自动化阶段[8]。当学生练习了左手定则的程序之后，为了让学生更加深刻地理解这一程序，应进一步练习习题，应用左手定则解决问题。以例1为例来进行操作。
例1 已知电流的方向和磁场方向如图4所示，请在图中画出安培力的方向。根据图4，由左手定则就可以判断出安培力的方向向左。当进入自动化阶段时，学生不再需要借助于模型，操作活动会更加简略，通过信息检索来提取程序，快速而高效地解决问题[1]。
2 小 结
通过创设问题情境，让学生体验、思考得出物理概念的这个过程可以加深学生对概念的理解；借助于模型来探索规律的这个过程，可以拓展学生的空间思维；改进变式练习，让更多的学生习得、鞏固物理程序性知识，实现学生学业成绩、核心素养提升和教师专业可持续发展的双赢[9]。在探究安培力的方向时，最为关键的程序、步骤就是“科学探究，创设问题情境，建立概念”，这一程序是学习“借助模型、建立规律”“应用程序、解决问题”这两个程序的基础。在学习“科学探究，创设问题情境，建立概念”这一程序时应该注意的是：实验中必须使用强磁铁，否则磁性太弱，导体棒移动的现象不明显，但同时由于强磁铁磁性较强，须注意安全；其次，在让学生进行分组实验时，必须控制好变量。
参考文献：
[1]岑国桢.教育心理学[M].北京：中国人民大学出版社，2006：161-186.
[2][4]胡慧青.物理程序性知识教学探索[J].中学物理，2016，34（3）：52-53.
[3]姜祖国.高中物理程序性知识教学初探[J].中学教学，2016，30（1）：50-51.
[5]陆国新.高三复习中物理模型教学法初探[J].物理教学探讨，2016，34（2）：68-71.
[6]尤东岳.高中物理模型教学及实例分析[J].中学物理，2016，34（1）：54-55.
[7]张同洋，朱具德.例析教师行为对小组合作效度的影响[J].物理教学探讨，2016，34（10）：65-68.
[8]韩仁生，苗军芙，李传银.教育心理学[M].济南：山东人民出版社，2013：105-112.
[9]刘琦.核心素养理念下物理教学的思考[J].物理教学探讨，2016，34（6）：39-41.