前概念視角下高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)

吳朝霞

前概念給物理概念教學(xué)帶來(lái)一定的影響，中學(xué)物理前概念的研究己經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外物理教育研究的重要課題。電磁場(chǎng)概念的抽象性、和其它物理內(nèi)容的兼容性使得它既是教學(xué)的重點(diǎn)又是教學(xué)的難點(diǎn)。本文就《電場(chǎng)強(qiáng)度》中部分概念的教學(xué)進(jìn)行了一次前概念轉(zhuǎn)化的教學(xué)研究嘗試。

1 前概念對(duì)物理教學(xué)帶來(lái)的阻力

學(xué)生在接受正確的物理概念以前的相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，頭腦里并非一片空白，而是己經(jīng)積累了形形色色的生活經(jīng)驗(yàn)、常識(shí)和直覺(jué)知識(shí)。它們的本源不是用確切定義的物理術(shù)語(yǔ)和概念，而是以強(qiáng)烈的情感色彩去構(gòu)造世界的圖象，對(duì)知識(shí)形成了模糊的物理圖象，即前概念。這種學(xué)生已有的一些錯(cuò)誤的、不妥的、不完整的物理前概念對(duì)建立、接收、理解和運(yùn)用物理科學(xué)概念的影響，就是物理概念難教難學(xué)的重要原因之一。

目前我國(guó)物理教育研究者們對(duì)于中學(xué)生的物理前概念也展開(kāi)了充分的研究。己有的研究主要集中在對(duì)力學(xué)方面的概念理解。而電磁場(chǎng)概念的抽象性、和其它物理內(nèi)容的兼容性使得它既是教學(xué)的重點(diǎn)又是教學(xué)的難點(diǎn)。學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)是學(xué)生感到最頭疼的一個(gè)過(guò)程，也是分化最嚴(yán)重的內(nèi)容之一。

2 多種方法運(yùn)用，突破教學(xué)障礙

2.1 通過(guò)類比，讓學(xué)生進(jìn)行自我推理和思維探究

【問(wèn)題研究】探究電荷與電荷之間是否存在物質(zhì)？

【學(xué)情分析】初中學(xué)習(xí)磁場(chǎng)在先，高中學(xué)習(xí)電場(chǎng)在后，如果對(duì)磁場(chǎng)的定性理解清楚了，研究磁場(chǎng)的方法掌握了——這是學(xué)習(xí)和研究電場(chǎng)的重要工具，如果對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生錯(cuò)誤想法，就會(huì)對(duì)研究電場(chǎng)形成“絆腳石”。 “同名磁極互相推斥，異名磁極互相吸引?！边@一說(shuō)法不利于學(xué)生用“磁場(chǎng)”的觀點(diǎn)分析通電螺線管內(nèi)小磁針的轉(zhuǎn)向問(wèn)題。同理，“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引?！边@一說(shuō)法也不利于學(xué)生用“電場(chǎng)”的觀點(diǎn)分析靜電感應(yīng)問(wèn)題。

【探究設(shè)計(jì)】

問(wèn)題：任何力的作用都離不開(kāi)物質(zhì)，腳踢球，什么物體作用在球上？

分析：腳直接作用在球上。

問(wèn)題：狗拉雪橇，狗對(duì)雪橇的拉力通過(guò)什么物體作用？

分析：繩子。

問(wèn)題：地球?qū)Φ乇砀浇镔|(zhì)的作用力是通過(guò)什么物質(zhì)作用的？

分析：重力場(chǎng)（物質(zhì)）。

問(wèn)題：地球與月亮間的萬(wàn)有引力是通過(guò)什么物質(zhì)作用的？

分析：引力場(chǎng)（物質(zhì)）。

問(wèn)題：磁體與磁體之間的磁力是通過(guò)什么物質(zhì)作用的？

分析：磁場(chǎng)（物質(zhì)）。

問(wèn)題：兩電荷間相互作用時(shí)不直接接觸，它們之間的相互作用也是通過(guò)別的物質(zhì)作用的，這是什么物質(zhì)？

分析：電場(chǎng)（物質(zhì)）。

2.2 創(chuàng)設(shè)有關(guān)問(wèn)題的情境，重視知識(shí)結(jié)構(gòu)的更新，讓學(xué)生在知識(shí)內(nèi)化過(guò)程中發(fā)揮自主作用。

【問(wèn)題研究】電場(chǎng)看不見(jiàn)摸不著，如何研究、認(rèn)識(shí)看不見(jiàn)摸不著的物質(zhì)？

【學(xué)情分析】 教材在后面引入電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)只講電場(chǎng)強(qiáng)度是檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力與電量的比值，是一個(gè)常量，這個(gè)常量與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，只與電場(chǎng)本身的屬性有關(guān)，所以定義這個(gè)比值叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，而不講為什么要用電場(chǎng)力與電量進(jìn)行比較的原因。這種情況就使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度概念的定義始終處于一種“知其然而不知其所以然”的境地，從而在一定程度上影響了學(xué)習(xí)的效果。

【探究設(shè)計(jì)】

由上可知，無(wú)論物質(zhì)處于什么形態(tài)，人們都可以通過(guò)一定的手段去感知它的存在，只是感知方式不同而已。

具體探究磁場(chǎng)的作用：

電場(chǎng)也如此！

根據(jù)電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用來(lái)研究、認(rèn)識(shí)電場(chǎng)。

問(wèn)題：電場(chǎng)有什么性質(zhì)呢？

實(shí)驗(yàn)：在桌面上放一個(gè)有絕緣支座的帶電體A ，在A 附近分別懸掛一個(gè)不帶電的球和一個(gè)帶電的球，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：不帶電的球沒(méi)有發(fā)生偏離，帶電的小球偏離了豎直位置;說(shuō)明電場(chǎng)的性質(zhì)是對(duì)放入電場(chǎng)中的電荷有力的作用。

分析：電荷A 對(duì)電荷B 的作用，實(shí)際上是A 產(chǎn)生的電場(chǎng)1 對(duì)電荷B 的作用;反過(guò)來(lái)，B 對(duì)A 實(shí)際上是B 產(chǎn)生的電場(chǎng)2 對(duì)電荷A 的作用。

【教材改進(jìn)】對(duì)教材第12頁(yè)圖1.3-2進(jìn)行改進(jìn)，有利于學(xué)生理解電場(chǎng)的疊加性。

如右圖所示，模擬點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)的情況。越遠(yuǎn)離場(chǎng)源電荷，顏色由濃變淡，表示場(chǎng)強(qiáng)由強(qiáng)變?nèi)酰⑶译妶?chǎng)存在于場(chǎng)源電荷周圍整個(gè)空間。避免學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)電場(chǎng)線時(shí)誤認(rèn)為線條之間無(wú)電場(chǎng)。

2.3 應(yīng)用思維實(shí)驗(yàn)法，通過(guò)分析比較，進(jìn)行抽象概括。

【問(wèn)題研究】怎樣描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱？

【學(xué)情分析】從庫(kù)侖定律所表征的電場(chǎng)力到電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)的力的本質(zhì)屬性，該屬性由形成電場(chǎng)的電荷、分布情況及空間位置所決定，與電場(chǎng)中有無(wú)檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。這一思維的跨越構(gòu)成教與學(xué)的矛盾，即教學(xué)難點(diǎn)。而這一難點(diǎn)的突破，必須通過(guò)分析、比較、歸納、抽象的邏輯方法，也即通過(guò)科學(xué)思維來(lái)駕馭認(rèn)識(shí)過(guò)程，教學(xué)中要留給學(xué)生思考、想象和領(lǐng)悟的時(shí)間。

【探究設(shè)計(jì)】

（1）將同一試探電荷分別放在A 、B 兩點(diǎn)，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)、規(guī)律？分析下表。

可知： A 點(diǎn)距Q較近，試探電荷所受電場(chǎng)力較大， A 點(diǎn)的電場(chǎng)應(yīng)較強(qiáng); B 點(diǎn)距Q較遠(yuǎn)，試探電荷所受電場(chǎng)力較小， B點(diǎn)的電場(chǎng)應(yīng)較弱。

問(wèn)題：這里，場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的強(qiáng)弱與試探電荷所受電場(chǎng)力的大小相對(duì)應(yīng)，能不能用試探電荷所受的電場(chǎng)力的大小來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？

（2）在同一點(diǎn)A 放入不同電量的試探電荷，發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)、規(guī)律？分析下表。

分析：上表表明不同的電荷在電場(chǎng)的同一點(diǎn)所受的電場(chǎng)力不同，但電場(chǎng)中同一點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱是唯一的，故試探電荷所受的電場(chǎng)力不能用來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱。但是容易發(fā)現(xiàn)，比值與試探電荷無(wú)關(guān)，只與場(chǎng)源電荷Q和場(chǎng)中某一點(diǎn)的位置r 有關(guān)，當(dāng)Q、r 一定的時(shí)候，F(xiàn)/q的比值是一個(gè)恒量。

（3）在另一點(diǎn)B 放入不同電量的試探電荷，發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)規(guī)律？分析下表

分析：對(duì)比（2）、（3），場(chǎng)中不同點(diǎn)，當(dāng)r 不同的時(shí)候，F(xiàn)/q不同，離場(chǎng)源電荷越近r 越小，比值越大，電場(chǎng)越強(qiáng)，反之，r 越大，比值越小，電場(chǎng)越弱?？梢?jiàn)，F(xiàn)/q比值的大小與電場(chǎng)的強(qiáng)弱一一對(duì)應(yīng)，而且只與場(chǎng)源電荷Q和場(chǎng)中點(diǎn)的位置r 有關(guān)，與引入的試探電荷無(wú)關(guān)，它反映電場(chǎng)力的性質(zhì)，因此，此F/q比值可以用來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的組織，教師的主導(dǎo)作用在于啟發(fā)運(yùn)用舊有知識(shí)和邏輯方法來(lái)探索、認(rèn)識(shí)未知世界，既激發(fā)學(xué)生的求知欲，又分散了教學(xué)難點(diǎn)。

教學(xué)過(guò)程是在求異比較中展開(kāi)，在求同比較中歸納，引導(dǎo)學(xué)生環(huán)環(huán)緊扣，逐步抽象，既遵循循序漸進(jìn)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，又激發(fā)學(xué)生思維的跳躍，同時(shí)受到科學(xué)思維方法的訓(xùn)練。概念教學(xué)要緊扣形成概念的科學(xué)抽象的教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)過(guò)程的飛躍。通過(guò)對(duì)建立場(chǎng)強(qiáng)的思維過(guò)程引導(dǎo)（重過(guò)程）：創(chuàng)設(shè)情境（感知材料、形成表象）→思維加工（分析比較、抽象概括）→鞏固深化（變式遷移、完善結(jié)構(gòu)） ，使學(xué)生對(duì)電場(chǎng)的概念有正確而全面的認(rèn)識(shí)。

（作者單位：南京市寧海中學(xué)）