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不同版本物理教材“磁感應(yīng)強(qiáng)度”定義方式比較研究馬亞鵬（寧夏銀川市第九中學(xué) 銀川，寧夏 750011）物理概念是反映物理現(xiàn)象和物理過(guò)程本質(zhì)屬性的一種抽象，是在大量觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用邏輯思維方法，把一些事物共同的本質(zhì)特征加以概括而形成的。物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要組成部分，也是整個(gè)物理知識(shí)體系的支撐點(diǎn)，更是構(gòu)成物理規(guī)律、建立物理公式和完善物理理論的基礎(chǔ)和前提。因此，物理概念教學(xué)在中學(xué)物理教學(xué)中具有舉足輕重的地位，可以說(shuō)，“學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程，就是在不斷地建立物理概念的過(guò)程”1。而物理教材是學(xué)生獲得物理概念的主要方式之一，物理教材對(duì)物理概念的定義方式直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)。在“一標(biāo)多本”的課程設(shè)計(jì)理念下，由于不同的編者對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)理念理解的差異，對(duì)某些概念的定義方式對(duì)有所差異。不同版本的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)選修3-1模塊中對(duì)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”的定義就是一例。一、不同版本物理教材磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義盡管五個(gè)版本物理教材都采用“比值定義法”定義磁感應(yīng)強(qiáng)度，但是，不同版本教材在引入磁感應(yīng)強(qiáng)度概念時(shí)的所采用的方式不盡相同（見(jiàn)表1）。表 1 不同版本物理教材磁感應(yīng)強(qiáng)度定義比較版本人教版司南版滬科教版教科版粵教版定義垂直放入磁場(chǎng)中某點(diǎn)的電流元所受的磁場(chǎng)力F和電流元IL的比值稱之為磁場(chǎng)中該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度穿過(guò)垂直于磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度物理學(xué)中，把磁感線垂直穿過(guò)某單位面積上的磁通量叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力F與導(dǎo)線長(zhǎng)度L、導(dǎo)線中電流I的乘積IL的比值，叫做通電導(dǎo)線所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度物理學(xué)規(guī)定，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式“人教版”在介紹了“磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)”后，采用與描述電場(chǎng)相類比的方法，引入了電流元的概念，并且說(shuō)明孤立電流元不存在，接著用通電導(dǎo)線代替電流元來(lái)探究導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力與導(dǎo)線中電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度之間的關(guān)系，得出公式，并且認(rèn)為“B正是我們尋找的表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度”。值此說(shuō)明的是，表1中的文字表述是筆者根據(jù)課本文字描述所賦的定義?！八灸习妗痹谠敿?xì)介紹了磁體的磁場(chǎng)、地磁場(chǎng)、電流的磁場(chǎng)，以及磁感線等有關(guān)知識(shí)之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，得出“磁場(chǎng)不僅有方向性，而且有強(qiáng)弱。人們借鑒用電場(chǎng)強(qiáng)度表示電場(chǎng)強(qiáng)弱的方法，用磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱及方向”，進(jìn)而提出表1中的規(guī)定性定義。司南版教材在介紹完磁通量概念之后，又得到了，并說(shuō)明“這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過(guò)垂直磁感線的單位面積的磁通量?！薄皽平贪妗苯滩呐c“司南版”類似，只不過(guò)它是在定義了磁通量之后定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的。從字面上看，“教科版”和“粵教版”教材的定義只有“磁場(chǎng)力”和“安培力”一詞之差，事實(shí)上“教科版”教材是專門從定量描述磁場(chǎng)入手界定的，而“粵教版”則是在探究安培力大小過(guò)程中定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的。后者與“人教大綱版（必修加選修）”中的定義方式一致。二、物理學(xué)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義方式評(píng)述磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)的一個(gè)重要的物理量，物理學(xué)中對(duì)其得定義一般有以下幾種方式：1、同電場(chǎng)強(qiáng)度的定義方式類比，以運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)電荷做試探物來(lái)探究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受磁場(chǎng)力的大小跟電荷量q、運(yùn)動(dòng)速度v以及該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)系，還跟運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向間的夾角有關(guān)系，當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向垂直于磁場(chǎng)方向時(shí)所受的磁場(chǎng)力最大，且，由此得出磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式，即。比如在徐道龍等編著的物理學(xué)詞典中用“磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小等于單位正電荷以單位速度通過(guò)該點(diǎn)時(shí)受到的最大作用力”2定義 。趙凱華和張維善先生著的新概念高中物理讀本（第二冊(cè)）也采用這種定義方式。這種定義通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力來(lái)引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法比較接近物理本質(zhì)，在一般的大學(xué)物理教材中都采用這種定義方式。但是這種定義較為抽象，對(duì)中學(xué)生而言，要求較高。2、用通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力來(lái)定義。實(shí)驗(yàn)表明，如果一小段直導(dǎo)線的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電流為I，垂直放入磁場(chǎng)中，作用在導(dǎo)線上的安培力大小為，由此式可以定義磁感應(yīng)強(qiáng)度，即。這是大多數(shù)中學(xué)物理教材的定義方式，這種定義方法確定的是一小段通電導(dǎo)線所在范圍內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的平均值，只有對(duì)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，給出的才是各點(diǎn)的B；而對(duì)非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，不能給出場(chǎng)中各點(diǎn)的B，因此，對(duì)學(xué)生建立磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念有不利之處。3、用試探電流元為研究載體，研究電流元在磁場(chǎng)中所受的磁場(chǎng)力來(lái)描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。比如在趙凱華和陳熙謀先生著的電磁學(xué)中就通過(guò)考察電流元的受力定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的。這種定義也能夠較為清楚地反映物理本質(zhì)，但是對(duì)數(shù)學(xué)要求較高，不宜為中學(xué)生掌握。4、用通電矩形線圈受到的力矩來(lái)定義。面積為S的小矩形線圈，通以電流I，當(dāng)線圈平面跟磁場(chǎng)平行時(shí)，線圈所受磁場(chǎng)力的力矩為，由此，可以得出B的定義式。由于線圈等效于一個(gè)小磁針，線圈在磁場(chǎng)中受到的作用力相當(dāng)于小磁針受到的作用力，用線圈為試探物研究磁場(chǎng)與歷史上對(duì)磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程比較一致，但它所確定的也是B的平均值，不能反映磁場(chǎng)中各點(diǎn)的性質(zhì)。5、用垂直穿過(guò)單位面積的磁通量來(lái)定義磁感應(yīng)強(qiáng)度，即磁感應(yīng)強(qiáng)度反映的是磁通密度，這在工程領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛。但是，磁通量本身就是一個(gè)很難琢磨的物理量，用磁通量或磁感應(yīng)線來(lái)定義B，第一不能很好地揭示磁場(chǎng)的性質(zhì)，第二其物理意義較難理解，在邏輯上有循環(huán)定義之嫌。三、對(duì)中學(xué)教材磁感應(yīng)強(qiáng)度定義方式的思考通過(guò)上面對(duì)不同版本教材磁感應(yīng)強(qiáng)度定義的比較和物理學(xué)中磁感應(yīng)強(qiáng)度定義方式的評(píng)述，可以得出，“人教版”新教材對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義方式的處理還是比較到位的，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念，培養(yǎng)其科學(xué)思維和科學(xué)素養(yǎng)均有較好地指導(dǎo)意義。首先，首次在中學(xué)教材中引入了電流元的概念，體現(xiàn)了理想化方法，突出了理想模型的建立。并且有利于與電場(chǎng)中試探電荷模型相類比，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的臺(tái)階，體現(xiàn)了“最近發(fā)展區(qū)”的教學(xué)理念。其次，教科書(shū)由“孤立電流元不存在”，指出了實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中需要用較長(zhǎng)的直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中代替電流元，再?gòu)慕Y(jié)果中推知電流元的受力情況，進(jìn)而提出磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義。這樣做，在思想方法上較為合理，且降低了難度，使學(xué)生易于接受。再次，“人教版”教材注重教材的開(kāi)放性和兼容性探索，也以不同的方式適時(shí)地介紹了其它的定義方式，比如在講解完磁通量的概念之后，也得出了，并且介紹了在工程技術(shù)上常把磁感應(yīng)強(qiáng)度叫做磁通密度。另外，在指導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出洛倫茲力公式之后，教材在“旁批”中介紹了磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一種定義。美中不足的是，教材中那個(gè)“旁批”表述不慎嚴(yán)謹(jǐn)，有失科學(xué)性，詳細(xì)論證參見(jiàn)文獻(xiàn)3，這里不再贅述。通過(guò)上述比較也可以看出，不同教材的編寫者對(duì)同一知識(shí)內(nèi)容的處理方式會(huì)存在差異，這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)教材的分析和研究，合理地處理教材中的內(nèi)容，真正實(shí)現(xiàn)由“教教科書(shū)”向“用教科書(shū)教”的教材功能觀的轉(zhuǎn)變，提高有效教學(xué)的水平，落實(shí)新課程的理念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。參考文獻(xiàn)1 王較過(guò).物理教學(xué)論M.西安:陜西師范大學(xué)出版社,2009:195.2 徐