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1 引言
磁通量是电磁学部分的重要内容，它既是用来描述磁场的物理量，又是说明电磁感应现象的基本概念，其概念比较抽象，建立过程比较复杂，相关概念容易发生混淆，学生理解起来比较困难，是高中物理教学的一个重点和难点。本文通过简要回顾物理学发展中磁通量概念的建立过程，结合概念教学的要求对教科书中磁通量概念的编写进行分析，在此基础上按照“探究一建构式”设计磁通量概念的教学，希望能够对教学有所裨益，与同仁交流。
2 磁通量概念的历史回顾
回顾磁通量概念建立过程中的相关史实，从科学探究和理论创建的视角剖析这一过程，为磁通量概念的教学设计寻找物理情境的复现和科学探究的途径。
1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够产生磁场，揭示了电和磁之间存在着相互联系。受到这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题：既然电流能够产生磁场，反过来，利用磁场是不是能够产生出电流?英国科学家法拉第经过10年坚持不懈的努力，1831年终于取得重大突破。该年8月29日，法拉第在日记中记述了他的第一次成功的实验，但是还没有立刻领悟到这一现象的暂态性的本质，做了几十个类似的实验后，最终认识到感应现象的暂态性，归纳出产生感应电流的五种情况，并把这一现象定名为“电磁感应”。法拉第等人的发现吸引了一批数学物理学家投身于电磁现象的定量研究，高斯、韦伯和诺埃曼都做了重要工作。1845年，诺埃曼根据楞次定律的事实和安培的理论，引进矢势概念，并借助势的理论，导出了电磁感应定律的数学形式。1851年，法拉第按照自己提出的场的概念，在《论磁力线》一文中给出了电磁感应的完整表述：“无论导线是垂直还是倾斜地跨过力线，也无论它是沿某一方向或沿另一方向，它都把它所跨过的力线所表示的力汇总起来”，因而“形成电流的力量正比于切割的磁力线”。
这些材料表明了电磁感应的认识过程：法拉第通过对几十个实验的深入研究，指出感应电流与原电流的变化有关，然后韦伯、诺埃曼等人在其基础上做了定量化的研究，建立了电磁感应定律方程，法拉第再进一步用切割磁感线形象直观地描述了电磁感应定律。显然，法拉第起初并没有提及磁通量，定量化的电磁感应方程中才出现了磁通量。磁通量概念是怎样出现在电磁感应定律中的呢?是一开始就为电磁感应定律准备好了磁通量概念，还是因为电磁感应理论化的需要而建立起来的呢?这是科学探究构建理论常见的两种途径，从认知心理学的角度来看，前者侧重于概念的同化，后者侧重于概念的形成，对应着两种不同的学习过程，也就会有不同的教学设计。
3 磁通量概念的教材分析
以人民教育出版社三个版本的高中物理教科书中磁通量的编写为例，将磁通量和电磁感应结合起来，对该部分的编写作一个历史沿革研究，以期更好地研究高中物理磁通量概念的教学。各版本教科书关于磁通量和电磁感应的章节安排及主要内容如表1所示。
版本1在《磁场》一章中直接介绍了磁通量概念，为稍后的电磁感应定律做铺垫，至于怎样引入磁通量的，这里没有提及。磁通量公式的建立，是采用了乘积定义法还是比值定义法，有些模糊；并且在给出磁通量的公式时，只提到了磁感应强度与面积垂直的情况。
版本2采用形象的磁感线来介绍磁通量概念，并且明确了建立磁通量概念所使用的方法——乘积定义法，详细说明了磁感应强度与面积不垂直时的情况，概念建立后再用磁感线的分布来形象说明，并且对磁通量的正确理解颇有着墨。
版本3采用乘积定义法建立磁通量的概念，按照控制变量的思想来探究产生感应电流的条件，最后通过实验归纳出电磁感应定律。虽然这里仍然没有涉及到如何建立磁通量的问题，而且磁通量概念的介绍与探究产生感应电流的条件出现在教科书中不同的章节，看似位置隔得较远，但是在《探究电磁感应的产生条件》一节中通过实验发现产生感应电流的条件“与磁感应强度的变化有关”、“与闭合电路包围的面积也有关系”，再次引出了磁通量概念，这符合电磁感应定律由定性到定量的发展过程，符合科学探究的过程。
三个版本的教科书对磁通量的章节位置和具体内容安排有所不同，但在处理磁通量和电磁感应定律的关系上是异曲同工的：磁通量是电磁感应的重要内容，为了更好地理解电磁感应定律，需要先介绍磁通量概念，然后结合几个实验水到渠成地得出电磁感应定律及其公式。这种处理方式按照传授的方式进行教学，顺理成章。但从科学探究来看就不是很合适了，即在探究过程中电磁感应定律建立之前怎么就想到了需要先建立磁通量概念。根据概念教学的要求之一——讲清楚为什么要引入以及如何建立的，这样处理也值得商榷。
4 磁通量概念的教学思考
在科学探究中，如何引导学生建构磁通量概念呢?
第一，探究电磁感应现象在先，引入磁通量概念在后。相关史实表明，法拉第提出发生电磁感应现象在先，而后磁通量概念在电磁感应现象的定量化阶段才出现，体现了科学探究的诸多要素，反映了科学探究的本质，是科学探究过程的真实情况。教材编写这些内容时，考虑到内容的系统性和简捷性，把磁通量概念放在前——做好铺垫，把电磁感应定律放在后——水到渠成，显示了教学内容浑然一体的科学性和前呼后应的一致性。显然，这样的写法是根据传统教学来处理的，不能很好地体现出科学探究的本质和提高学生的探究能力，不适合探究式教学。
第二，物理概念的教学依科学思维方式展开，搞清楚概念的“来龙去脉”，不是孤零零地使学生知道或记住它们的文字表述或数学表达式。磁通量概念突兀在《磁场》一节中，对为什么要引入磁通量概念，运用了怎样的手段和方法来建立磁通量概念，引入磁通量概念有什么重要的作用等问题交代得不是很清楚，割裂了它和电磁感应定律的唇齿相依的关系，对学生理解磁通量概念是无益的。科学探究的核心是科学思维方式，即科学思想和科学方法，它们蕴含在科学探究当中，在科学探究过程的每个环节都发挥着重要的作用，是科学探究的灵魂，是获取物理知识的途径和手段，是理解物理知识的纲领和脉络，是应用物理知识的桥梁。磁通量概念的建立也不例外，探究电磁感应现象运用了控制变量法，得出电磁感应定律需要引入磁通量概念，建立磁通量概念运用了乘积定义法。如果按照这样的方式进行编写教材和实施教学，既能够使学生体验科学探究的真实韵味，提高他们的探究能力，也有利于他们理解和掌握磁通量概念。
第三，采用探究一建构教学模式把科学探究和知识建构结合起来。课堂教学中，实施自主探究来激发学生学习的主动性和积极性，不能以降低教学效率为代价，要把科学探究和知识建构结合起来。强调科学探究，不是不要建构知识，而是要把这二者有机地统一起来。从知识产生的本质来看，科学探究和知识的建构是一个统一体的两个侧面。课程标准中强调的科学探究是知识建构过程中外显性的可操作的侧面，同时应伴随着内隐性的思维活动过程，即学生认知结构的发展和建构。探究一建构式教学包含了知识产生过程中的两个侧面：科学探究和科学知识的建构。以学生为中心的探究一建构式教学的要素模型如图1所示。
依照这一模型，磁通量的引入应该在发现电磁感应现象的过程中，在完成了具有逻辑性和结构化的实验之后，学生意识到需要引入磁通量概念，然后再根据概念建立的过程，采用乘积定义法建立磁通量的概念。其教学设计大致如下：
(1)确定焦点问题：产生感应电流的条件是什么。
(2)围绕焦点问题设计探究活动：学生设计和进行实验；观察、记录数据，通过转换(列表、作图等)分析和处理数据，得出结论：改变回路面积或者改变磁场都有感应电流产生，进而产生建立一个物理量来描述这一变化的需要。
(3)引导学生在原有的知识基础上对探究的过程和结果进行价值判断，如探究过程的有效性、探究结果的可靠性等。
(4)引导学生明确所得出的概念：按照乘积定义法的思想建立磁通量概念；只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。
(5)引导学生与认知结构中已有的相关要素建立联系，如几种磁场、投影、切割磁感线等。
(6)引导学生利用这些结构要素之间的联系来建立理论，回答为什么的问题。如利用电磁感应来解释自感现象。
这样的教学处理，融合了科学探究和知识建构，让学生在探究中建构知识，将知识蕴含在探究之中，学习了物理知识、技能和方法，体验了科学探究的乐趣，领悟了科学的思想和精神，提高了物理教学效果，真正达到培养科学素养的效果。
磁通量是电磁学部分的重要内容，它既是用来描述磁场的物理量，又是说明电磁感应现象的基本概念，其概念比较抽象，建立过程比较复杂，相关概念容易发生混淆，学生理解起来比较困难，是高中物理教学的一个重点和难点。本文通过简要回顾物理学发展中磁通量概念的建立过程，结合概念教学的要求对教科书中磁通量概念的编写进行分析，在此基础上按照“探究一建构式”设计磁通量概念的教学，希望能够对教学有所裨益，与同仁交流。
2 磁通量概念的历史回顾
回顾磁通量概念建立过程中的相关史实，从科学探究和理论创建的视角剖析这一过程，为磁通量概念的教学设计寻找物理情境的复现和科学探究的途径。
1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够产生磁场，揭示了电和磁之间存在着相互联系。受到这一发现的启发，人们开始考虑这样一个问题：既然电流能够产生磁场，反过来，利用磁场是不是能够产生出电流?英国科学家法拉第经过10年坚持不懈的努力，1831年终于取得重大突破。该年8月29日，法拉第在日记中记述了他的第一次成功的实验，但是还没有立刻领悟到这一现象的暂态性的本质，做了几十个类似的实验后，最终认识到感应现象的暂态性，归纳出产生感应电流的五种情况，并把这一现象定名为“电磁感应”。法拉第等人的发现吸引了一批数学物理学家投身于电磁现象的定量研究，高斯、韦伯和诺埃曼都做了重要工作。1845年，诺埃曼根据楞次定律的事实和安培的理论，引进矢势概念，并借助势的理论，导出了电磁感应定律的数学形式。1851年，法拉第按照自己提出的场的概念，在《论磁力线》一文中给出了电磁感应的完整表述：“无论导线是垂直还是倾斜地跨过力线，也无论它是沿某一方向或沿另一方向，它都把它所跨过的力线所表示的力汇总起来”，因而“形成电流的力量正比于切割的磁力线”。
这些材料表明了电磁感应的认识过程：法拉第通过对几十个实验的深入研究，指出感应电流与原电流的变化有关，然后韦伯、诺埃曼等人在其基础上做了定量化的研究，建立了电磁感应定律方程，法拉第再进一步用切割磁感线形象直观地描述了电磁感应定律。显然，法拉第起初并没有提及磁通量，定量化的电磁感应方程中才出现了磁通量。磁通量概念是怎样出现在电磁感应定律中的呢?是一开始就为电磁感应定律准备好了磁通量概念，还是因为电磁感应理论化的需要而建立起来的呢?这是科学探究构建理论常见的两种途径，从认知心理学的角度来看，前者侧重于概念的同化，后者侧重于概念的形成，对应着两种不同的学习过程，也就会有不同的教学设计。
3 磁通量概念的教材分析
以人民教育出版社三个版本的高中物理教科书中磁通量的编写为例，将磁通量和电磁感应结合起来，对该部分的编写作一个历史沿革研究，以期更好地研究高中物理磁通量概念的教学。各版本教科书关于磁通量和电磁感应的章节安排及主要内容如表1所示。
版本1在《磁场》一章中直接介绍了磁通量概念，为稍后的电磁感应定律做铺垫，至于怎样引入磁通量的，这里没有提及。磁通量公式的建立，是采用了乘积定义法还是比值定义法，有些模糊；并且在给出磁通量的公式时，只提到了磁感应强度与面积垂直的情况。
版本2采用形象的磁感线来介绍磁通量概念，并且明确了建立磁通量概念所使用的方法——乘积定义法，详细说明了磁感应强度与面积不垂直时的情况，概念建立后再用磁感线的分布来形象说明，并且对磁通量的正确理解颇有着墨。
版本3采用乘积定义法建立磁通量的概念，按照控制变量的思想来探究产生感应电流的条件，最后通过实验归纳出电磁感应定律。虽然这里仍然没有涉及到如何建立磁通量的问题，而且磁通量概念的介绍与探究产生感应电流的条件出现在教科书中不同的章节，看似位置隔得较远，但是在《探究电磁感应的产生条件》一节中通过实验发现产生感应电流的条件“与磁感应强度的变化有关”、“与闭合电路包围的面积也有关系”，再次引出了磁通量概念，这符合电磁感应定律由定性到定量的发展过程，符合科学探究的过程。
三个版本的教科书对磁通量的章节位置和具体内容安排有所不同，但在处理磁通量和电磁感应定律的关系上是异曲同工的：磁通量是电磁感应的重要内容，为了更好地理解电磁感应定律，需要先介绍磁通量概念，然后结合几个实验水到渠成地得出电磁感应定律及其公式。这种处理方式按照传授的方式进行教学，顺理成章。但从科学探究来看就不是很合适了，即在探究过程中电磁感应定律建立之前怎么就想到了需要先建立磁通量概念。根据概念教学的要求之一——讲清楚为什么要引入以及如何建立的，这样处理也值得商榷。
4 磁通量概念的教学思考
在科学探究中，如何引导学生建构磁通量概念呢?
第一，探究电磁感应现象在先，引入磁通量概念在后。相关史实表明，法拉第提出发生电磁感应现象在先，而后磁通量概念在电磁感应现象的定量化阶段才出现，体现了科学探究的诸多要素，反映了科学探究的本质，是科学探究过程的真实情况。教材编写这些内容时，考虑到内容的系统性和简捷性，把磁通量概念放在前——做好铺垫，把电磁感应定律放在后——水到渠成，显示了教学内容浑然一体的科学性和前呼后应的一致性。显然，这样的写法是根据传统教学来处理的，不能很好地体现出科学探究的本质和提高学生的探究能力，不适合探究式教学。
第二，物理概念的教学依科学思维方式展开，搞清楚概念的“来龙去脉”，不是孤零零地使学生知道或记住它们的文字表述或数学表达式。磁通量概念突兀在《磁场》一节中，对为什么要引入磁通量概念，运用了怎样的手段和方法来建立磁通量概念，引入磁通量概念有什么重要的作用等问题交代得不是很清楚，割裂了它和电磁感应定律的唇齿相依的关系，对学生理解磁通量概念是无益的。科学探究的核心是科学思维方式，即科学思想和科学方法，它们蕴含在科学探究当中，在科学探究过程的每个环节都发挥着重要的作用，是科学探究的灵魂，是获取物理知识的途径和手段，是理解物理知识的纲领和脉络，是应用物理知识的桥梁。磁通量概念的建立也不例外，探究电磁感应现象运用了控制变量法，得出电磁感应定律需要引入磁通量概念，建立磁通量概念运用了乘积定义法。如果按照这样的方式进行编写教材和实施教学，既能够使学生体验科学探究的真实韵味，提高他们的探究能力，也有利于他们理解和掌握磁通量概念。
第三，采用探究一建构教学模式把科学探究和知识建构结合起来。课堂教学中，实施自主探究来激发学生学习的主动性和积极性，不能以降低教学效率为代价，要把科学探究和知识建构结合起来。强调科学探究，不是不要建构知识，而是要把这二者有机地统一起来。从知识产生的本质来看，科学探究和知识的建构是一个统一体的两个侧面。课程标准中强调的科学探究是知识建构过程中外显性的可操作的侧面，同时应伴随着内隐性的思维活动过程，即学生认知结构的发展和建构。探究一建构式教学包含了知识产生过程中的两个侧面：科学探究和科学知识的建构。以学生为中心的探究一建构式教学的要素模型如图1所示。
依照这一模型，磁通量的引入应该在发现电磁感应现象的过程中，在完成了具有逻辑性和结构化的实验之后，学生意识到需要引入磁通量概念，然后再根据概念建立的过程，采用乘积定义法建立磁通量的概念。其教学设计大致如下：
(1)确定焦点问题：产生感应电流的条件是什么。
(2)围绕焦点问题设计探究活动：学生设计和进行实验；观察、记录数据，通过转换(列表、作图等)分析和处理数据，得出结论：改变回路面积或者改变磁场都有感应电流产生，进而产生建立一个物理量来描述这一变化的需要。
(3)引导学生在原有的知识基础上对探究的过程和结果进行价值判断，如探究过程的有效性、探究结果的可靠性等。
(4)引导学生明确所得出的概念：按照乘积定义法的思想建立磁通量概念；只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。
(5)引导学生与认知结构中已有的相关要素建立联系，如几种磁场、投影、切割磁感线等。
(6)引导学生利用这些结构要素之间的联系来建立理论，回答为什么的问题。如利用电磁感应来解释自感现象。
这样的教学处理，融合了科学探究和知识建构，让学生在探究中建构知识，将知识蕴含在探究之中，学习了物理知识、技能和方法，体验了科学探究的乐趣，领悟了科学的思想和精神，提高了物理教学效果，真正达到培养科学素养的效果。