由两种教材的比较刍议电磁感应定律教学
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在中学物理教材中，电磁感应定律表述为：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，在国际单位制下，则电磁感应定律可以表示为E=ΔΦΔt.在大学基础物理教材中，电磁感应定律表述为：通过回路所包围面积的磁通量发生变化时回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比，若采用国际单位制，则此电磁感应定律可表述为E=-dΦdt，在约定的正负符号规则下，式中的负号反映了感应电动势的方向，它是楞次定律的数学表现.符号的规定方法，限于文章篇幅，在此不再赘述，读者如有兴趣可查阅文献.
两种表述相较，大学教材比中学教材更显严谨，突出了物理规律的数学精确表达，E=-dΦdt要比E=ΔΦΔt更能使规律得到一般性的体现，式中用负号反映了感应电动势的方向.在理解难易层次上，对于中学生而言，中学教材显然更为适切，尤其E=-dΦdt中与楞次定律相关的负号的方向含义不易被理解.同一个内容，两种教材呈现形式不同，编者主要考虑了学习对象在数学知识能力上的差异.第二种表述，要求具备微分知识以及物理原理利用数学诠释的思维习惯.
根据通过闭合回路所围面积的磁通量Φ=SB·dS可知，使磁通量变化的方式是多样的，但从本质上可归为两类：电路运动（磁场不变，电路回路面积改变） 和磁场变化（磁场改变，电路回路面积不变），各自由此产生的电动势被称为动生电动势和感生电动势.对于感应电动势的产生机制，宏观上将其理解为磁通量的变化率，它适用于或由电路运动或由磁场变化（或兼由两者）所引起的磁通量变化，但这种解释并不能对“电路运动”或“磁场变化”加以细致区分.有文献利用数学导数方法对“磁通量的变化率”理解为：ΔΦΔt=（Φ）′=（BS）′=B′S+BS′=ΔBΔtS+BΔSΔt，其中B′S=ΔBΔtS为感生电动势，BS′=BΔSΔt为动生电动势.对此，笔者认为该观点值得商榷.感生电动势是在导体回路不动，磁场发生变化而产生的电动势；动生电动势是磁场保持不变，导体回路或导体在磁场中运动而产生的电动势.在表达式B′S=ΔBΔtS和BS′ΔSΔt中实际上难以保证S或者B始终保持不变.物理现象既能从宏观上解释，还能从微观上进行考量，在普遍意义上诸多物理现象的微观机制往往更加奥妙.微观上，需要从非静电力做功的角度进行阐释，感生电动势与感生电场相关，而动生电动势是运动电荷受洛伦兹力的结果.在物理学的其他领域里还没有一个像法拉第电磁感应定律这样需要从两种完全独立的不同现象进行分析才能真正理解的.电动势可定义为导线中每单位电荷所受的沿切向力对整个电路环绕一匝的路程积分.中学物理教材在此方面主要给出了定性解释，而大学物理教材除定性分析外还进行了定量描述，感应电动势表示为E=∫k·d，Ek为等效的非静电力场的场强，动生电动势E=∫Lk·d=∫L（×）·d，k=×为非静电力场强.在中学物理教学过程中，教师在讲授该内容时，对动生电动势和感生电动势的微观机理往往阐释得较为粗浅，不够深入透彻，而把重点定位为法拉第电磁感应定律在具体电路中的应用计算.通过这样的课堂学习，学生学会了对动生电动势和感生电动势在各种不同情形下的问题计算，培养了较强的解题能力，但却缺失对电磁感应现象本质成因的思考，从而导致对此毫无印象，或留有印象但一知半解.这种倾向于应试目的的教学方式，削弱了物理学科本身在研究思想方法上的教育价值，学生的物理思维未得到有效历练，物理品格未得到实际提升.笔者认为，对两种电动势的微观解释的教学，在原有中学教材定性分析基础上，应当适当作一些深层次的拓展，帮助学生突破感生电场及洛伦兹力在动生电动势中的作用等难点与疑点知识，将微观物理过程和图象展现给学生，教学过程中渗透科学研究中宏观与微观两种不同角度的思考方法，注重学生科学研究素质的培养.不能因为知识的生涩难懂和学生在数学上存在的困难，而放弃物理研究思想方法的教育，应当让学生明白数学的困难仅是暂时的，在物理研究中数学主要也仅起到了工具的作用，与物理思想方法相比，显然后者更加重要.
在知识考查上，电磁感应与力学、电学、能量内容的结合是历来高考最为常见的考查方式和考点.此外，无论在物理竞赛中，还是在近年来越来越备受关注的名校自主招生考试中，电磁感应也始终未脱离命题者的视线.对于同时存在电路运动和磁场变化的复杂电磁感应问题，在求解感应电动势时往往故意将其看成在该时刻仅由磁场变化引起的感应电动势和仅由“切割运动”引起的感应电动势的代数和进行处理（同时考虑感应电动势的方向），或者利用一些特殊的方法进行求解，如等效法.这些方法都能巧妙地解决问题，但对方法本身的理解要求较高，不易被掌握.与其利用特殊，还不如回归一般.在教学中引入对电磁感应定律的一般性导数认识，对感应电动势的大小采取E=dΦdt的计算，对于其方向利用中学生熟知的楞次定律另作判断，不将反映方向的负号置于式中，这样便可以避免文中之前提及的负号方向费解的问题.学生在高二第二学期已经学习了导数知识，尽管所学内容的深度及广度还有所欠缺，但已经能够求解各种初等函数的导数，这为将导数方法引入到高中物理中提供了可能.在解决问题时，从磁通量的变化率角度出发的导数方法，以不变应万变，显然要比使用其他方法更加自然顺手，易于掌握.此外，不仅局限于该章节的内容，在其他模块的一些知识的教学过程中，也可以适时地引入导数，这既能拓宽学生解决问题的思路，也培养了数学物理思想，还能为今后不少学生进入大学进一步学习普通物理做好铺垫.
如何做好中学物理教学与大学物理教学的过渡衔接与有机结合，如何让学生的物理思维得到有效延伸和发展，如何让物理思想研究方法为学生所熟悉、掌握、运用乃至创新，以期培养出优秀的物理人才，这些都应当值得探索.物理教学过程中，不应将中学物理与大学物理割裂，反之应促使两者实现一脉相承.以上对于电磁感应定律的理解与教学建议处理，只是笔者的管窥之见，如有不妥之处，敬请同仁指正.