淺談運用比值定義法構建物理概念的教學過程

羅衛娜

【摘要】為了讓學生學好物理，教師應更加注重物理概念構建的過程和方法。而比值定義法在高中物理概念教學中的應用就是一場及時雨，因為其恰好能夠幫助學生理清物理概念構建的過程和方法，真正地讓學生理解和掌握物理概念，繼而達到學好物理目的。

【關鍵詞】構建;物理概念;比值定義法;試探點電荷;比例系數;物理屬性;電場強度

一、物理概念教學的意義

任何一門科學學科，都是以一些基本概念作為分析問題 、綜合處理問題和邏輯推導等思維的出發點，從而形成這門科學學科的內容、體系和結構。物理學也不例外，物理概念是形成物理規律和物理理論的基礎。所以在高中物理教學中，要想學生能夠系統地掌握物理知識，首先就要讓學生很好地理解和掌握物理概念。而學生普遍覺得高中物理難學，筆者認為最主要的原因就是對物理概念一知半解，而其中的部分原因就是很多教師只讓學生死記硬背概念定義、公式，做練習，而不注重物理概念構建的過程和方法。所以，為了讓學生學好物理，教師應更加注重物理概念構建的過程和方法。而比值定義法在高中物理概念教學中的應用就是一場及時雨，因為其恰好能夠幫助學生理清物理概念構建的過程和方法，真正地讓學生理解和掌握物理概念，繼而達到學好物理目的。

二、對“比值定義法”教學的理解

1.注重物理概念的來龍去脈

研究一個實際問題，并通過比值定義法構建物理概念來描述這個問題，進行研究，得出結論，交代概念的物理意義和使用它解決實際問題。

2.通過猜想和類比，進行邏輯推理等活動達到構建物理概念的目的

比值定義法是通過猜想和類比，從普通到特殊地進行邏輯推理、抽象思維等活動，達到構建物理概念的目的，并在一系列構建概念的活動中加深對物理概念的理解和認識。舉例說明，在重力場、電磁場的教學中，因為場都有看不見摸不著的共性，所以需要選擇一個試探物體放入場中來探究其特性，并最后用場對試探物體的作用力與試探物體有關物理量的比值來構建描述對應場性質的物理量。

3.不能把比值定義法公式純粹的數學形式化

在構建物理概念的時候，要向學生交代清楚其物理思想方法和邏輯思維過程、有關物理概念之間的相互依存和制約的關系、所表達的物理意義。切忌被數學符號形式化，而導致學生死記硬背和胡亂使用。

三、探究運用“比值定義法”構建電場強度概念的教學過程

自然界中兩個沒有直接接觸的帶電物體通過一種看不見也摸不著的無形媒介——電場實現相互作用。

基于學生在前面一節已經學習了庫侖定律，因此在討論如何描述電場強弱性質時，應該從試探點電荷在電場中受到的靜電力入手。根據實驗我們很容易就得出以下結論：同一個試探點電荷放在電場中的不同位置受到的電場力大小一般是不同的（如圖1所示），不同的試探點電荷即使在電場中同一個位置受到的電場力的大小也是不同的。因為電場力與試探點電荷有關，所以不能直接用試探點電荷所受的電場力來描述電場的自身強弱性質。

那么我們是時候要構建出一個可以描述電場強弱性質的新物理概念，且其必須與試探點電荷無關而僅由場源本身決定，在上述實驗現象中得出的結論表明，這一物理概念應該與其所處電場位置有關。于是我們開始進行大膽猜想與推理，使用控制變量法，首先在已知電場中選定一個位置，然后把一個電荷量為q1的試探點電荷放至該位置，它受到的電場力是F1，若把另一個電荷量2q1的試探點電荷放至該位置受到的電場力是多大呢？我們可以運用等效替代的方法來解決這一問題，放入一個電荷量為2q1的試探點電荷，就可以用兩個電荷量均為q1的試探點電荷一同放入該位置來替代，每一個試探點電荷受到的電場力都為F1，那么把它們作為一個整體所受到的合力可能就是2F1;不過這還有待于物理實驗的進一步論證，之后我們還可以繼續進行猜想與推理，在該處放入一個電荷量3q1的試探點電荷，同理受到的電場力就是3F1;以此類推……可以得出，試探點電荷在電場中同一個位置受到的電場力F與該試探點電荷的電荷量q總是成正比，即k=F/q，k就是學生在數學中所熟知的比例系數。

在這個的基礎上，再創設一個可以運用庫侖定律去解決描述電場強弱性質問題的特殊情景：假設真空中的某電場來源于獨立點電荷+Q（場源），在它周圍選定一個位置距場源+Q距離為r，將不同的試探點電荷q1、q2、q3……依次放至該位置，設各個試探點電荷所受的庫侖力分別是F1、F2、F3……則由庫侖定律可知F1=kQq1/r2、F2=kQq2/r2、F3=kQq3/r2……顯然，F1/q1=F2/q2=F3/q3……=kQ/r2 是個定值，顯而易見這一定值只與場源電荷和其所處位置有關。所以可以用它來描述該位置電場的性質，這與我們之前猜想并推導出k=F/q 的結論是一致的。

最后用實驗驗證了我們的猜想，在任何電場中的任一位置放置不同的試探點電荷，試探點電荷受到的電場力總與試探點電荷的電荷量成正比;并且在電場中的不同位置它們成正比的比例系數一般也不同。至此，構建描述電場性質的新物理概念的時機已經到了，定義出物理概念（電場強度）E=F/q 來描述電場強弱性質，它是一個物理屬性量，只與場源以及試探點電荷在電場中的所處的位置有關，與試探點電荷自身無關。至此，已經了解了電場強度這一概念的構建過程，就不會只單純地將E=F/q數學形式化了。

由此可以看出，教學不能只是講知識本身，更重要的還要講獲得這些知識的過程和方法，“授之以魚不如授之以漁”。而且教學的關鍵在于引導學生積極有效地思考，因此在運用比值定義法構建物理概念的教學時，必須要合乎比值定義法的邏輯思維活動順序，這樣才能保證教學過程條理分明，循序漸進，逐步深化，進而生成揭示事物屬性的物理概念就水到渠成了。

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