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不同版本物理教材“磁感应强度”定义方式比较研究马亚鹏（宁夏银川市第九中学 银川，宁夏 750011）物理概念是反映物理现象和物理过程本质属性的一种抽象，是在大量观察实验的基础上，运用逻辑思维方法，把一些事物共同的本质特征加以概括而形成的。物理概念不仅是物理基础知识的重要组成部分，也是整个物理知识体系的支撑点，更是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基础和前提。因此，物理概念教学在中学物理教学中具有举足轻重的地位，可以说，“学生学习物理的过程，就是在不断地建立物理概念的过程”1。而物理教材是学生获得物理概念的主要方式之一，物理教材对物理概念的定义方式直接影响着学生的学习。在“一标多本”的课程设计理念下，由于不同的编者对课程标准理念理解的差异，对某些概念的定义方式对有所差异。不同版本的高中物理课程标准教科书选修3-1模块中对“磁感应强度”的定义就是一例。一、不同版本物理教材磁感应强度的定义尽管五个版本物理教材都采用“比值定义法”定义磁感应强度，但是，不同版本教材在引入磁感应强度概念时的所采用的方式不尽相同（见表1）。表 1 不同版本物理教材磁感应强度定义比较版本人教版司南版沪科教版教科版粤教版定义垂直放入磁场中某点的电流元所受的磁场力F和电流元IL的比值称之为磁场中该点的磁感应强度穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度物理学中，把磁感线垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的磁场力F与导线长度L、导线中电流I的乘积IL的比值，叫做通电导线所在位置的磁感应强度物理学规定，当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度定义式“人教版”在介绍了“磁现象和磁场”后，采用与描述电场相类比的方法，引入了电流元的概念，并且说明孤立电流元不存在，接着用通电导线代替电流元来探究导线在磁场中的受力与导线中电流和导线长度之间的关系，得出公式，并且认为“B正是我们寻找的表征磁场强弱的物理量磁感应强度”。值此说明的是，表1中的文字表述是笔者根据课本文字描述所赋的定义。“司南版”在详细介绍了磁体的磁场、地磁场、电流的磁场，以及磁感线等有关知识之后，根据实验，得出“磁场不仅有方向性，而且有强弱。人们借鉴用电场强度表示电场强弱的方法，用磁感应强度B来描述磁场的强弱及方向”，进而提出表1中的规定性定义。司南版教材在介绍完磁通量概念之后，又得到了，并说明“这表示磁感应强度等于穿过垂直磁感线的单位面积的磁通量。”“沪科教版”教材与“司南版”类似，只不过它是在定义了磁通量之后定义磁感应强度的。从字面上看，“教科版”和“粤教版”教材的定义只有“磁场力”和“安培力”一词之差，事实上“教科版”教材是专门从定量描述磁场入手界定的，而“粤教版”则是在探究安培力大小过程中定义磁感应强度的。后者与“人教大纲版（必修加选修）”中的定义方式一致。二、物理学中磁感应强度的定义方式评述磁感应强度是描述磁场的一个重要的物理量，物理学中对其得定义一般有以下几种方式：1、同电场强度的定义方式类比，以运动的点电荷做试探物来探究磁感应强度的大小。运动电荷在磁场中某点所受磁场力的大小跟电荷量q、运动速度v以及该点的磁感应强度B有关系，还跟运动方向和磁场方向间的夹角有关系，当电荷运动的方向垂直于磁场方向时所受的磁场力最大，且，由此得出磁感应强度的定义式，即。比如在徐道龙等编著的物理学词典中用“磁场中某点磁感应强度B的大小等于单位正电荷以单位速度通过该点时受到的最大作用力”2定义 。赵凯华和张维善先生著的新概念高中物理读本（第二册）也采用这种定义方式。这种定义通过磁场对运动电荷的作用力来引入磁感应强度的方法比较接近物理本质，在一般的大学物理教材中都采用这种定义方式。但是这种定义较为抽象，对中学生而言，要求较高。2、用通电导线受到的磁场力来定义。实验表明，如果一小段直导线的长度为L，电流为I，垂直放入磁场中，作用在导线上的安培力大小为，由此式可以定义磁感应强度，即。这是大多数中学物理教材的定义方式，这种定义方法确定的是一小段通电导线所在范围内磁感应强度的平均值，只有对匀强磁场，给出的才是各点的B；而对非匀强磁场，不能给出场中各点的B，因此，对学生建立磁感应强度的概念有不利之处。3、用试探电流元为研究载体，研究电流元在磁场中所受的磁场力来描述磁场的强弱。比如在赵凯华和陈熙谋先生著的电磁学中就通过考察电流元的受力定义磁感应强度的。这种定义也能够较为清楚地反映物理本质，但是对数学要求较高，不宜为中学生掌握。4、用通电矩形线圈受到的力矩来定义。面积为S的小矩形线圈，通以电流I，当线圈平面跟磁场平行时，线圈所受磁场力的力矩为，由此，可以得出B的定义式。由于线圈等效于一个小磁针，线圈在磁场中受到的作用力相当于小磁针受到的作用力，用线圈为试探物研究磁场与历史上对磁场的认识过程比较一致，但它所确定的也是B的平均值，不能反映磁场中各点的性质。5、用垂直穿过单位面积的磁通量来定义磁感应强度，即磁感应强度反映的是磁通密度，这在工程领域中应用比较广泛。但是，磁通量本身就是一个很难琢磨的物理量，用磁通量或磁感应线来定义B，第一不能很好地揭示磁场的性质，第二其物理意义较难理解，在逻辑上有循环定义之嫌。三、对中学教材磁感应强度定义方式的思考通过上面对不同版本教材磁感应强度定义的比较和物理学中磁感应强度定义方式的评述，可以得出，“人教版”新教材对磁感应强度的定义方式的处理还是比较到位的，对学生学习物理概念，培养其科学思维和科学素养均有较好地指导意义。首先，首次在中学教材中引入了电流元的概念，体现了理想化方法，突出了理想模型的建立。并且有利于与电场中试探电荷模型相类比，降低了学生学习的台阶，体现了“最近发展区”的教学理念。其次，教科书由“孤立电流元不存在”，指出了实际的实验中需要用较长的直导线在匀强磁场中代替电流元，再从结果中推知电流元的受力情况，进而提出磁感应强度的定义。这样做，在思想方法上较为合理，且降低了难度，使学生易于接受。再次，“人教版”教材注重教材的开放性和兼容性探索，也以不同的方式适时地介绍了其它的定义方式，比如在讲解完磁通量的概念之后，也得出了，并且介绍了在工程技术上常把磁感应强度叫做磁通密度。另外，在指导学生推导出洛伦兹力公式之后，教材在“旁批”中介绍了磁感应强度的另一种定义。美中不足的是，教材中那个“旁批”表述不慎严谨，有失科学性，详细论证参见文献3，这里不再赘述。通过上述比较也可以看出，不同教材的编写者对同一知识内容的处理方式会存在差异，这就要求教师在教学过程中，加强对教材的分析和研究，合理地处理教材中的内容，真正实现由“教教科书”向“用教科书教”的教材功能观的转变，提高有效教学的水平，落实新课程的理念，提高学生的科学素养。参考文献1 王较过.物理教学论M.西安:陕西师范大学出版社,2009:195.2 徐