何麗亞+彭朝陽

摘 要：程序性知識是關(guān)于“做”的“程序”“步驟”方面的知識，是高中物理學(xué)習(xí)的重點知識，也是難點知識。為幫助教師提高程序性知識的教學(xué)能力，本文以探究安培力的方向為例，從三個方面來探討程序性知識的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：程序性知識；安培力的方向；教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）1-0036-3

陳述性知識是關(guān)于“什么”“為什么”“怎么樣”的知識，而程序性知識突出的是關(guān)于“做”的“程序”“步驟”方面的知識，只有掌握了有關(guān)的程序、步驟才能從事各種活動[1]。因此，在講授高中物理程序性知識時，教師必須從符合學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律出發(fā)來設(shè)計教學(xué)，通過實驗來創(chuàng)設(shè)問題情境，建立模型，從而尋找出各個物理量之間的規(guī)律，這樣學(xué)生才能清楚地明白程序性知識的步驟。由于受陳述性知識教學(xué)的影響，課堂中很多程序性知識被設(shè)計為陳述性知識，導(dǎo)致學(xué)生難以理解，很容易忘記。為幫助教師提高程序性知識的教學(xué)能力，本文結(jié)合人教版物理選修3-1中的“探究安培力的方向”為例來探討程序性知識的教學(xué)。教師通過展示實驗來引導(dǎo)學(xué)生思考程序性知識的程序、步驟。建立模型把抽象的“磁場方向、電流方向、安培力的方向三者之間的關(guān)系”變得直觀，實現(xiàn)學(xué)生的有意義記憶。

1 程序性知識的程序、步驟

掌握程序性知識的程序、步驟是掌握程序性知識的關(guān)鍵。在學(xué)習(xí)“探究安培力的方向”這一內(nèi)容時我們應(yīng)該掌握三個程序及步驟：科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念；借助模型，建立規(guī)律；應(yīng)用程序，解決問題。只有掌握好這三個程序，我們在探究安培力的方向時，才能做到條理清晰。

1.1 科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念

科學(xué)探究是獲得程序性知識的一種有效的方法。通過科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，給學(xué)生充分的時間去體驗、思考得出物理概念的過程，將靜態(tài)的陳述性知識轉(zhuǎn)化為動態(tài)的程序性知識[2]；通過科學(xué)探究，可以引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)事物的特征，建立概念[3]。所以，教師應(yīng)首先展示實驗（實驗設(shè)計圖如圖1所示）。教師介紹實驗儀器及注意事項（磁鐵必須用強磁鐵，否則磁性太弱，導(dǎo)體棒不會發(fā)生移動），連接好實驗儀器，合上開關(guān)之后讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。

教師提問：請同學(xué)們仔細觀察，看看導(dǎo)體棒的狀態(tài)發(fā)生了什么樣的變化。

學(xué)生回答：導(dǎo)體棒發(fā)生了移動，且向右移動。

教師提問：導(dǎo)體棒為什么會向右移動呢？

學(xué)生回答：因為它受到了力的作用。

教師解釋：導(dǎo)體棒移動，運動狀態(tài)發(fā)生了改變，證明導(dǎo)體棒受到了力的作用。此處，導(dǎo)體棒處于磁場中，我們就把導(dǎo)體棒在磁場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、作用點，這節(jié)課我們主要來研究安培力的方向。

教師提問：請大家猜一猜安培力的方向與什么因素有關(guān)呢？

學(xué)生回答：電流、磁場……

[實驗驗證]

教師通過實驗來驗證學(xué)生的回答是否正確。教師改變電流的方向，學(xué)生觀察到此時導(dǎo)體棒向左移動，教師引出控制變量法的思想；其次，控制電流方向不變，兩次改變磁場方向，觀察到導(dǎo)體棒發(fā)生了向左和向右移動。可見，剛才大家的猜想是正確的，通過實驗從而建立安培力的方向與電流方向、磁場方向有關(guān)的概念。采用控制變量法，首先，控制磁場方向不變，改變電流方向；其次，控制電流方向不變，改變磁場方向。一共有四種組合。教師把學(xué)生分為四組，每組學(xué)生探究一種組合方式，并將數(shù)據(jù)填入表1。

通過科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境來學(xué)習(xí)程序性知識不僅能讓學(xué)生輕松習(xí)得知識，還鍛煉了學(xué)生的思維。在演示實驗的過程中，新命題進入原有命題網(wǎng)絡(luò)，與原有的知識“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”形成聯(lián)系，將原有的知識進一步推進，建立一種新的程序性知識[4]。

1.2 借助模型，建立規(guī)律

由上述的實驗已經(jīng)得出安培力的方向與電流方向、磁場方向有關(guān)。那么，它們?nèi)咧g有什么樣的關(guān)系呢？可以借助模型。物理學(xué)科很重要的一個特點就是模型化[5]。通過建立模型，可以把復(fù)雜、抽象的問題變得簡單、直觀；通過建立模型，復(fù)雜的空間關(guān)系可以清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，鍛煉學(xué)生的空間思維能力，還可以幫助學(xué)生遷移知識。物理教學(xué)離不開物理模型教學(xué)，利用物理模型可以解釋物理現(xiàn)象和實驗定律，物理模型建立的過程是從客觀存在的事物和現(xiàn)象出發(fā)經(jīng)過抽象、簡化的過程[6]。

教師演示：借助模型，請看老師手中的模型，分別由一個三向管和三根塑料管組成。三根塑料管分別代表安培力方向、電流方向和磁場方向。模型如圖2所示。以模型一中的（a）為起點，（a）可以轉(zhuǎn)動到（b），（b）可以轉(zhuǎn)動到（c），（c）可以轉(zhuǎn)動到（d）。轉(zhuǎn)動到（d）的時候，我們發(fā)現(xiàn)，（a）和（d）是一樣的。

學(xué)生體驗：讓學(xué)生自己嘗試，以模型1中的任何一個模型為起點，然后轉(zhuǎn)動，看是否能夠轉(zhuǎn)回到之前的樣子。學(xué)生邊討論邊轉(zhuǎn)動，最后發(fā)現(xiàn)都能轉(zhuǎn)到和之前的模型一樣的位置。

教師提問：這說明了什么呢？

教師總結(jié)：這說明所有這四種情況下安培力的方向與磁場方向、電流方向的相對位置關(guān)系是一樣的，只有一種相對位置關(guān)系，而且我們發(fā)現(xiàn)安培力的方向、磁場方向、電流方向三者之間兩兩垂直，如圖3所示。既然都相同且只有一種相對位置關(guān)系，那么這種相對位置關(guān)系就是我們要尋找的安培力的方向與磁場方向、電流方向應(yīng)遵循的規(guī)律。規(guī)律找到了，我們就可以利用它來判斷安培力的方向了[7]。

教師提問：當(dāng)我們要判斷安培力的方向時，每次都要借助模型轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去，這樣方便嗎？

學(xué)生回答：不方便。

教師：不方便怎么辦呢？那么今天我們將要來學(xué)習(xí)一種可以代替模型的定則——左手定則。什么是左手定則？請大家看課本，我們會利用模型帶領(lǐng)大家練習(xí)左手定則。請同學(xué)們伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在一個水平面內(nèi)。磁場方向垂直于手心；四指方向指向電流方向；那么，大拇指所指方向就是安培力的方向。endprint

借助模型來練習(xí)，可以加深學(xué)生對概念的理解。讓學(xué)生再練習(xí)其余的模型，可以熟悉左手定則的程序，練習(xí)是促使陳述性知識向程序性知識轉(zhuǎn)化的必要條件。但是要掌握練習(xí)的“度”，當(dāng)學(xué)生達到預(yù)期的目的后，由此產(chǎn)生的勝任感、自信心能夠增強學(xué)習(xí)的動力[1]。

1.3 應(yīng)用程序，解決問題

程序性知識的學(xué)習(xí)分為三個階段：陳述性知識階段、轉(zhuǎn)化階段和自動化階段[8]。當(dāng)學(xué)生練習(xí)了左手定則的程序之后，為了讓學(xué)生更加深刻地理解這一程序，應(yīng)進一步練習(xí)習(xí)題，應(yīng)用左手定則解決問題。以例1為例來進行操作。

例1 已知電流的方向和磁場方向如圖4所示，請在圖中畫出安培力的方向。根據(jù)圖4，由左手定則就可以判斷出安培力的方向向左。當(dāng)進入自動化階段時，學(xué)生不再需要借助于模型，操作活動會更加簡略，通過信息檢索來提取程序，快速而高效地解決問題[1]。

2 小 結(jié)

通過創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生體驗、思考得出物理概念的這個過程可以加深學(xué)生對概念的理解；借助于模型來探索規(guī)律的這個過程，可以拓展學(xué)生的空間思維；改進變式練習(xí)，讓更多的學(xué)生習(xí)得、鞏固物理程序性知識，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)業(yè)成績、核心素養(yǎng)提升和教師專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏[9]。在探究安培力的方向時，最為關(guān)鍵的程序、步驟就是“科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念”，這一程序是學(xué)習(xí)“借助模型、建立規(guī)律”“應(yīng)用程序、解決問題”這兩個程序的基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)“科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念”這一程序時應(yīng)該注意的是：實驗中必須使用強磁鐵，否則磁性太弱，導(dǎo)體棒移動的現(xiàn)象不明顯，但同時由于強磁鐵磁性較強，須注意安全；其次，在讓學(xué)生進行分組實驗時，必須控制好變量。

參考文獻：

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