凸顯方法教育的物理單元復(fù)習(xí)策略探討——以“電場”復(fù)習(xí)為例

(江蘇省江陰市青陽中學(xué)，江蘇 無錫 214401)

方法教育是物理教學(xué)的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在常規(guī)教學(xué)中，物理方法教育經(jīng)常采用隱性滲透的策略，這不利于學(xué)生透徹理解、遷移運用方法。單元復(fù)習(xí)對學(xué)生理解、鞏固、升華知識有重要作用，復(fù)習(xí)教學(xué)通常采用梳理知識、例題講解的方式進行。這樣的單元復(fù)習(xí)比較重視知識，沒有把方法教育顯性化，會導(dǎo)致學(xué)生不能系統(tǒng)、深刻地理解方法。在單元復(fù)習(xí)過程中，可以將方法教育凸顯出來，以方法為主線梳理本章核心知識，通過類比構(gòu)建、完善知識網(wǎng)絡(luò)，突破教學(xué)難點；以方法為核心配置例題、習(xí)題，總結(jié)、提煉方法，升華認知，使學(xué)生能夠深刻理解方法、領(lǐng)悟方法的內(nèi)涵，實現(xiàn)知識學(xué)習(xí)與方法領(lǐng)悟的雙贏，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1 物理方法教育的重要性

1．1 領(lǐng)悟方法，掌握知識內(nèi)涵

學(xué)生對科學(xué)方法的掌握情況決定了其學(xué)習(xí)的實效，只有悟透了方法，學(xué)生才算是學(xué)懂了知識，掌握了知識內(nèi)涵。科學(xué)方法承載于物理知識之中，物理教師除了要給學(xué)生講透知識，更要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境、搭建平臺，讓他們悟透方法。在教學(xué)中以學(xué)生為本，設(shè)計真實的教學(xué)情境，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的知識構(gòu)建過程，給學(xué)生充分的時間體驗、思考，對學(xué)生進行方法教育，學(xué)生對知識的理解會更透徹。

1．2 掌握方法，實現(xiàn)遷移運用

學(xué)習(xí)的目的是要能夠解決問題，能將學(xué)會的知識、方法遷移到新情境、新問題中。遷移能力體現(xiàn)了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的實效，能夠靈活運用知識的學(xué)生往往能夠獲得更積極的學(xué)習(xí)體驗。學(xué)生處理問題時，面臨的問題千變?nèi)f化，但是萬變不離其宗，即無論情境和設(shè)問如何變化，只要學(xué)生掌握方法就能夠靈活地遷移運用。

1．3 掌握方法，學(xué)習(xí)更有動力

掌握科學(xué)方法的學(xué)生，學(xué)習(xí)新知識更輕松，分析、解決問題更順利，且學(xué)生更傾向于將自己能夠?qū)W會物理、解決物理問題歸因為自身因素，這有利于學(xué)生樹立較強的物理學(xué)習(xí)自我效能感，學(xué)生在后續(xù)的物理學(xué)習(xí)中會更有動力和激情，形成物理學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。

1．4 掌握方法，達成創(chuàng)新創(chuàng)造

創(chuàng)新是一個人的重要思維品質(zhì)，也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要要素，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維是物理課程的重要使命。為了在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，需要給學(xué)生設(shè)置具體的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題。這一教學(xué)目標的達成，不僅有賴于學(xué)生對知識的掌握，更需要學(xué)生熟練掌握方法，方法是分析、解決問題的根本，是指引學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的燈塔。

2 整合單元復(fù)習(xí)與方法教育的策略

2．1 以方法為主線梳理核心概念

概念是學(xué)生學(xué)習(xí)和運用物理知識的基礎(chǔ)，只有透徹理解概念，并領(lǐng)悟概念建構(gòu)中蘊含的方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)才能順利進行，也才算是有效學(xué)習(xí)。在單元復(fù)習(xí)教學(xué)中，可以將方法作為主線，梳理本章的核心概念，在加強概念教學(xué)的同時顯化方法教育，在“電場”一章中可以將比值法、理想模型法、控制變量法等作為主線梳理概念。

(1) 比值法

比值法是描述物質(zhì)的屬性或特征、物體的運動特征、定義新的物理量的重要方法。在“電場”一章為了描述電場的特性，運用比值法定義了多個新物理量，以比值法為線索串聯(lián)這些物理量，梳理電場強度、電勢差、電勢、電容等核心概念的定義、定義式、物理意義，在復(fù)習(xí)知識的同時讓學(xué)生領(lǐng)悟比值法的內(nèi)涵。例如，為何要用比值法定義物理量？物質(zhì)與外界相互作用時會顯現(xiàn)其屬性，利用與物質(zhì)某種特征相關(guān)的多個可觀測物理量之間的比值，就可以定義描述外界因素之間的特定關(guān)系的新物理量。應(yīng)用比值法定義物理量需要什么條件？首先在客觀上需要表征物質(zhì)的某種屬性，其次間接反映物質(zhì)特征的物理量要可測，最后兩個物理量的比值為一個定值。

(2) 理想模型法

理想模型法是建立模型來揭示原型的形態(tài)、特征、本質(zhì)的科學(xué)研究方法。在“電場”一章的復(fù)習(xí)中，通過理想模型法可以梳理點電荷、試探電荷這兩個重要模型。通過復(fù)習(xí)學(xué)生不僅要掌握實際帶電體能夠被抽象成點電荷、試探電荷的條件，它們分別是“到其他帶電體距離遠大于自身尺寸”和“線度小、所帶電荷量小”，更需要學(xué)生清楚理想模型法是物理研究中經(jīng)常采用的一種把實際問題理想化、把復(fù)雜問題簡單化的科學(xué)研究方法，其核心是：突出事物的主要因素，忽略次要因素。

(3) 控制變量法

控制變量法是為了弄清楚引起事物變化的因素及規(guī)律，把其中的一個或多個因素加以人為控制、保持不變，再去研究其他變量之間的關(guān)系，分別研究之后再綜合得出結(jié)論的科學(xué)研究方法。在實驗探究、分析問題中都會采用控制變量法，在“電場”一章的單元復(fù)習(xí)中，通過控制變量法可以串聯(lián)探究庫侖定律和平行板電容器的電容兩個重要實驗，通過復(fù)習(xí)學(xué)生不僅能夠清楚這兩個實驗的操作步驟，而且能夠更深入理解控制變量法。

(4) 利用類比法突破學(xué)習(xí)難點

遷移能力的培養(yǎng)是物理教學(xué)的重要課題，其本質(zhì)是讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識點之間的聯(lián)系，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)知識的貫通和理解。學(xué)會遷移，學(xué)生找到新舊知識、新舊問題之間的聯(lián)系，就可以將新知識的學(xué)習(xí)、新問題的解決納入認知結(jié)構(gòu)，就可以轉(zhuǎn)“新”為“舊”、化陌生為熟悉，實現(xiàn)知識的遷移運用。培養(yǎng)遷移能力不僅能促進學(xué)生思維的發(fā)展，還能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。物理教學(xué)不僅要教會學(xué)生知識，更要教會學(xué)生知識遷移的方法。在培養(yǎng)學(xué)生遷移能力時，需要采用多種途徑，其中類比是一個重要的方法。

類比需要找到新舊知識、新舊問題之間的相似或相同特征，進而推出其他方面也可能相似或相同。“電場”一章的單元復(fù)習(xí)可以從如下4個方面進行類比遷移，構(gòu)建新知識，化解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。

① 類比萬有引力定律，認識庫侖定律。兩個定律的內(nèi)容、公式、條件、測定常量的實驗等高度相似，類比遷移對學(xué)生理解兩個定律都有好處，可以提升學(xué)習(xí)效率。

② 類比重力做功，理解電場力做功的特性。電場力做功與重力做功都與路徑無關(guān)，只與初、末位置有關(guān)；電場力做功與電勢能變化的關(guān)系和重力做功與重力勢能變化的關(guān)系相同，重力(或電場力)做了多少功就有多少重力勢能(或電勢能)變化，重力(或電場力)做正功，重力勢能(或電勢能)減少；重力(或電場力)做負功，重力勢能(或電勢能)增加。

③ 電場的疊加和力的合成都遵循平行四邊形定則，在電場的學(xué)習(xí)中需要遷移力的合成與分解的規(guī)則。

④ 類比平拋運動，理解帶電粒子在勻強電場中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。帶電粒子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)類似于拋體運動，可將其分解為沿電場方向的勻變速直線運動和垂直電場方向的勻速直線運動。

2．2 以方法為核心配置例題、習(xí)題

為了鞏固、提高、升華學(xué)生對知識和方法的理解，可采用以方法為核心配置例題、習(xí)題的策略，在問題解決中強化學(xué)生對知識的理解和方法的運用。在“電場”單元復(fù)習(xí)中，以分析問題的兩種基本方法(力與運動、功能關(guān)系)為核心設(shè)置問題，鞏固本章的重要知識：庫侖定律、電場強度、電場線、電勢差、電勢、等勢面、場強與電勢差的關(guān)系、帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)、電容、平行板電容器動態(tài)分析等，并在此過程中凸顯類比法、比值法、理想模型法、控制變量法、圖像法等科學(xué)方法。

圖1

例1：一帶電粒子在電場中僅受靜電力作用，做初速度為零的直線運動。取該直線為x軸，起始點O為坐標原點，其電勢能Ep與位移x的關(guān)系如圖1所示，下列圖像中合理的是( )。

A. 電場強度與位移關(guān)系

B. 粒子動能與位移關(guān)系

C. 粒子速度與位移關(guān)系

D. 粒子加速度與位移關(guān)系

本題涉及牛頓運動定律、功能關(guān)系，勢能隨位移變化的關(guān)系圖線表明：電場力做正功，根據(jù)能量守恒定律，隨著位移的增加，帶電粒子動能的增加越來越慢，電場力做功越來越慢，電場力越來越小，選項D正確。

例2：某一平行板電容器兩端電壓是U，間距為d，設(shè)其間為勻強電場，如圖2所示，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的小球，以速度v0射入電場，v0的方向與水平方向成45°角斜向上，要使小球做直線運動，則：

(1) 小球帶何種電荷？電荷量是多少？

(2) 在入射方向上的最大位移是多少？

本題需要以物體做直線運動的條件為突破口，這一條件的本質(zhì)是牛頓運動定律，先進行受力分析(圖3)，依據(jù)幾何關(guān)系可得電場力與重力的關(guān)系，則電荷量可求得。然后，根據(jù)牛頓第二定律及勻變速直線運動的公式即可求得最大位移。

例3：如圖4所示，一帶負電小球質(zhì)量m=1kg，用長度L=1m絕緣細線懸掛在水平向右的勻強電場中，靜止時懸線與豎直方向的夾角θ=37°。

圖4

(1) 求小球所受的電場力的大小F；

2．3 總結(jié)提煉方法，升華認知

問題解決后將方法總結(jié)、提煉出來，進行顯化，讓學(xué)生對方法有眼前一亮的頓悟，學(xué)生對分析問題的方法會有更深刻的理解，具體可以從微觀和宏觀兩個層面進行總結(jié)、提煉。

(1)在微觀層面是總結(jié)具體分析、解決某一類問題的方法。比如，求解帶電小球運動到最低點時的速度，可以從兩方面入手：第一，根據(jù)牛頓第二定律，沿半徑方向的合力提供向心力，前提是已知小球受力；第二，根據(jù)功能關(guān)系，利用動能定理列出方程，前提是知道各力所做的功。具體采用哪種方法，需根據(jù)題目條件而定。

(2)在宏觀層面可以在解決上述問題后從三個方面總結(jié)提煉：其一，將問題分為兩類，第一類是平衡問題，解決的依據(jù)是受力平衡，合力為零，可以采用正交分解或合成法；第二類是非平衡問題，解決的依據(jù)是牛頓運動定律、勻變速直線運動的規(guī)律、功能關(guān)系。其二，總結(jié)、凸顯分析問題的兩條主線，即力與運動和功能關(guān)系，當運動過程比較復(fù)雜、物體做非勻變速直線運動時，宜采用功能關(guān)系解決問題。其三，通過例題、習(xí)題的解析，讓學(xué)生認識到：在分析電學(xué)問題時，依舊會用到力學(xué)規(guī)律，看透本質(zhì)才能解決問題。