應用類比策略突破“靜電場”教學難點

曾 晗

(桐鄉市鳳鳴高級中學,浙江 嘉興 314500)

應用類比策略突破“靜電場”教學難點

曾 晗

(桐鄉市鳳鳴高級中學,浙江 嘉興 314500)

高中生的思維方式正處在從形象思維向抽象思維轉變的過渡時期,課堂教學中如何獲得具體的物理表象是助力學生認知構建的關鍵一環.針對“靜電場”中諸如“場源電荷”、“電勢能”、“電勢”等比較抽象的概念,指出人教版教材中部分內容編寫邏輯的不足,并從“依托學生‘生活體驗’”、“優化信息呈現方式”、“巧妙利用學生‘前概念’”三個角度提出了幾種更好的類比策略,助力學生高效地突破教學重難點.

類比法;物理表象;重難點突破;前概念

“形象思維”占據了高中生思維方式的主體部分,對于一些抽象的知識,如果不適當加以引導,學生在新概念和新規律的理解上會存在較大的困難.高中學生在學習完力學——相對具體的知識之后,對抽象的電磁學知識一般會出現很大的學習障礙,如果空洞、單調地重復教學,學生從內心很難真正接受,也會慢慢地對物理產生恐懼,失去興趣.如何在教學中降低認知難度,建立起統一的知識體系,使學生能輕松地學會知識并能順利加以遷移呢?“類比法”無疑是解決這個問題的最好辦法,類比能把研究某一對象獲得的知識遷移到其他對象中去.

人們在認識事物的過程中,往往會把新事物與舊事物進行比較,從中找到相似之處,把兩個事物聯系起來;找到其不同之處,區別他們的特點.所謂“類比法”,就是指通過對兩個不同的物理事件進行比較,找出他們的相似點或相同點,然后以此為依據,把其中某一物理事件的有關知識推移到另一物理事件中去,從而對另一物理事件的特點、規律進行更好地理解和把握.利用類比法可以使抽象、陌生的概念變得具體、熟悉,搭建思維支架,降低認知難度.

針對人教版普通高中物理選修3-1第1章“靜電場”中出現的諸如場源電荷、電勢能和電勢等比較抽象、學生在認知遷移上存在較大困難的概念,筆者結合自己的教學實踐,談一談“類比法”在突破此類抽象概念教學上的一些具體策略.

1 依托學生“生活體驗”,用“光源”類比“場源電荷”

“生活”是一個龐大“類比素材庫”,在物理教學中,教師要巧妙地將學生在生活中的感知作為類比源,以激發學生強烈的求知欲,更便于物理知識的學習和理解.把學生熟悉的生活情境引入課堂,可以增強學生的生活體驗,在體驗的過程中,學生動用了聽覺、視覺、觸覺、嗅覺、思考,學生者的身體、思維、感覺和行動都參與到了學習之中,從而為學習者知識的構建、能力的提升提供多條路徑.所以,依托學生的生活體驗,可以激發學生的學習動機和興趣,優化教學效果[1].

圖1

筆者在課堂教學中設計了如下環節:在引出“場強”、“場源電荷”和“試探電荷”概念之后,引導學生關注教室中通了電的日光燈管,如圖1所示:

至此為止,教師只要再稍加引導,就可“一語道破天機”,“場強”與“試探電荷”的關系,便一目了然了.

設計意圖:“物理源于生活,用于生活”,教師在教學中要善于利用學生熟悉的情境場景助力新認知的構建.由于“場強”概念的抽象性,教師如果僅僅在口頭文字上加以贅述,未免生澀乏味.所以,教師在教學中須因勢利導,充分利用身邊的教學資源,為學生的形象思維提供直觀的感性素材.當學生面對自己熟悉的現象與事實,并“身臨其境”的時候,他們會發現,原本貌似沒有關聯的新舊事物,經過自己的類比和思維加工,竟然可以由此及彼,相互遷移,達到“助攻”的效果.通過這樣的類比和引導,學生對“場強”概念的理解已在類似的生活體驗中逐漸根深蒂固了.

2 優化信息呈現方式,用“重力勢能”類比“電勢能”

心理學研究表明:信息呈現方式和學生自身的認知風格對學習時間有著顯著的影響.“認知負荷”是指人在學習或任務完成過程中進行信息加工所耗費的認知資源的重量[2]. “認知風格”是指個體組織和表征信息時表現出來的偏好性的、習慣性的方式[3].如果認知風格與信息呈現方式匹配,則認知負荷會低;如果個體信息加工方式與信息呈現方式不匹配,則認知負荷會高.在教學時,應采用多種多樣的形式,直觀形象、圖文并茂、生動有趣地呈現教學內容,以提高學生的學習興趣,滿足多樣化的學習需求.

教材中“電勢能”概念的提出是建立在與重力勢能的類比之上的,將“靜電力做功與電荷的運動路徑無關”與“重力做功與物體的運動軌跡無關”做類比,最終由“重力勢能”實現概念間的遷移,得到“電勢能”的概念.但教材在關于兩者類比信息的呈現上顯得比較零散,不能達到學生認知結構構建效果的最優化.筆者立足教材,在類比信息的呈現方式上加以改進,采取了表格的形式,并在關鍵詞下方加上下劃線,見表1.

表1 重力場與電場的特征類比

續表

設計意圖:美國心理學家布魯納認為,學習的實質是一個人把同類事物聯系起來,并把它們組成賦予一定意義的結構,學習就是認知結構的組織和再組織的過程[4].學生在學習“電勢能”之前,對“重力勢能”的某些特點已經有了較為系統的了解.所以,在課堂講授的基礎上,再利用符合學生認知風格的表格形式將“重力勢能”和“電勢能”的某些相似性質加以集中總結梳理,從而克服了知識點分布零散的缺點,突顯了科學方法的教育,引導學生抓住課堂重點,順利實現知識的“同化”,學生在潛移默化中將“電勢能”概念融入到了自己已有的認知結構當中.

3 巧妙利用學生“前概念”,用“地勢”類比“電勢”

學生在學習新概念時一定會受到前概念的影響,“前概念”是指學生在正式學習有關物理知識之前,頭腦中業已存在的原有認識和該認識賴以形成的思維方式[5],前概念在物理教學中會對學生正確理解科學概念產生積極或消極的影響,正確的物理前概念是學生學習物理的良好基礎和鋪墊.盡管這種前概念不能等同于科學概念,但它的正遷移作用卻是科學概念學習的資源和新的增加點,有利于學生順利掌握新知識的概念和知識結構[6].另外,正確的前概念可以促進概念間的同化,概念的同化是指利用學生認知結構中已有的相關概念,以定義的形式直接向學生揭示概念的關鍵特征,進而使學生獲得概念的一種方式,而學生在日常生活中已經積累的經驗是概念同化的基礎.

對于“電勢”的概念,教材上直接給出了比值定義式,筆者認為這種處理方式缺乏必要的思維固著點,在理解上學生依然會感到莫名其妙,學生雖然知道了電場中某點的電勢由位置決定,但對電勢真正的物理本質并沒有搞清楚,甚至對引入“電勢”概念的必要性產生困惑.學生對“電勢”的掌握較對“電勢能”的掌握之所以更加困難,是因為他們自己無法獨立找到與“電勢”類似的前概念.以下是在教學中筆者與學生間的一段對話:

學生聽完之后紛紛點頭,思維的過渡順暢自然,學生從內心承認了引入“電勢”概念的必要性,這為概念的學習奠定了情感基礎.

那如何引入“電勢”的定義式呢?筆者在教學時又進行了一次類比.

圖2

圖3

設計意圖:中學生利用原有表象材料創造新表象的能力較差,在物理問題的解決過程中仍然難以合理利用腦海中已有的表象進行抽象、類比[7],這就需要教師在備課時制定出合理的引導方案,利用口頭、文字、圖像等材料,通過適當點撥激發類比思維,使學生實現認知上的自主遷移.有了課前將“地勢”與“電勢”類比的開場白,學生在情感上接受了“電勢”概念提出的必要性,不管是從定性的角度,還是從定量的角度,概念的建立過程都會如行云流水搬順暢,學生的興趣和信心也會因此得到培養,這樣的教材處理方式遠比直接給出比值定義要高效得多.

建立了“電勢”概念之后,再結合地理學科中描述地勢高低的概念——“等高線”,“等勢面”的含義也就不言自明了,“電荷在等勢面上移動時電場力不做功”的結論也會變得易于接受．如圖4、圖5所示:

圖4 等高線分布圖

圖5 不同帶電體周圍的等勢面分布圖

4 總結

“類比法”作為一種重要的科學方法,在教材中的很多地方都有所體現.除了“電場”與“重力場”間的類比,還有“電荷守恒定律”與“能量守恒定律”間的類比、“電荷在電場中的偏轉”與“平拋運動”間的類比等.廣大一線教師在實際教學中要加強對教材的深度鉆研,立足學生的原認知,積極挖掘新舊知識間的關聯,使教學內容以更加具體形象的方式呈現出來,既保證學生對抽象物理概念、規律、原理、方法的理解和運用,又引導學生樹立“類比”意識、內化科學方法,從而促進新課程倡導的三維教學目標的達成.

1 何晉中.物理教學中增強生活體驗的策略[J].中學物理教學參考,2014(6):18.

2 龔德英,劉電芝,張大均.元認知監控活動對認知負荷和多媒體學習的影響[J].心理科學,2008,31(4):880-882.

3 Riding R J,Rayner S.認知風格與學習策略[M].龐國維,譯.上海:華東師范大學出版社,2003:40-45.

4 萬開瓊.略論中學生物理學習的思維障礙[J].物理教師,2013(5):22.

5 趙強,劉炳升.建構與前概念[J].物理教師,2001,22(7):3-4.

6 劉勝華.物理教學中轉變前概念、建構科學概念的策略[J].物理教師,2009,30(8):9-12.

7 周中森.高中物理教學中要注意的幾個問題[J].中學物理教學參考,2013(3):29.

2016-12-18)