電勢(shì)和電勢(shì)差的類比物理情境教學(xué)

裴巖巖

【內(nèi)容摘要】目前大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為物理概念十分理性，一定程度上影響后續(xù)學(xué)習(xí)和概念理解。為解決“電勢(shì)和電勢(shì)差的類比物理情境教學(xué)”個(gè)人進(jìn)行了以下探索：合理提出問題，引導(dǎo)學(xué)生啟發(fā)概念思維；合理假設(shè)與猜想，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入物理情境；正確推理和分析，合理得出物理概念；相互溝通與合作，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

【關(guān)鍵詞】電勢(shì) 電勢(shì)差 概念思維 物理情境

電勢(shì)和電勢(shì)差在高中物理教學(xué)的重要組成部分，教學(xué)內(nèi)容中涵蓋了電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能之間的關(guān)系，同時(shí)也包括電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)。在教學(xué)中，如果學(xué)生自身具備和物理概念有關(guān)的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)，則有利于學(xué)生較易地理解物理知識(shí)。本文通過運(yùn)用類比物理情境教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生通過探究、合作及合作的方式構(gòu)建物理模型，在創(chuàng)設(shè)的情境中將抽象的概念結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)體系，進(jìn)一步提高質(zhì)量。

一、合理提出問題，引導(dǎo)學(xué)生啟發(fā)概念思維

重力場(chǎng)和電場(chǎng)二者之間有許多地方十分相似，積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理世界中的物理規(guī)律進(jìn)行初步認(rèn)識(shí)，了解其和諧美和對(duì)稱美。教師還要引導(dǎo)學(xué)生放寬視野，將物理中的各個(gè)現(xiàn)象規(guī)律聯(lián)系起來有利于學(xué)生活躍思維。科學(xué)合理的設(shè)置問題能啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)抽象的電場(chǎng)，也能在電場(chǎng)中引出受力和能量的教學(xué)情境，也為猜想和假設(shè)電勢(shì)差、電勢(shì)能及電勢(shì)做好鋪墊。可設(shè)置以下問題：電場(chǎng)的基本性質(zhì)是什么；如電場(chǎng)會(huì)對(duì)電荷做功嗎；電場(chǎng)力對(duì)電荷做功會(huì)不會(huì)引起某種能的變化；學(xué)生有了重力場(chǎng)作為基礎(chǔ)并不會(huì)對(duì)電場(chǎng)太過陌生，也會(huì)產(chǎn)生不同的思考，發(fā)表自己不同的見解。

二、合理假設(shè)與猜想，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入物理情境

復(fù)習(xí)重力場(chǎng)相關(guān)知識(shí)目的在于讓學(xué)生進(jìn)入熟悉的物理情境，從而進(jìn)一步對(duì)物理現(xiàn)象展開猜想和探究，一方面活躍了教學(xué)氣氛，也能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。學(xué)生在解決相關(guān)電場(chǎng)問題時(shí)會(huì)運(yùn)用現(xiàn)有的知識(shí)體系，此時(shí)就會(huì)凸顯學(xué)生在認(rèn)知方面的不足，所以教師可在課堂教學(xué)中運(yùn)用類比思維鼓勵(lì)學(xué)生大膽假設(shè)，充分肯定學(xué)生發(fā)表的觀點(diǎn)，使學(xué)生的創(chuàng)造性和求知欲得到激發(fā)?？蓮囊韵路矫鎸?shí)施：先引導(dǎo)學(xué)生，教師在教學(xué)中可先比較電力場(chǎng)做功和重力場(chǎng)做功的相同之處以及不同之處。如果發(fā)生相同的教學(xué)情境可組織學(xué)生交流有關(guān)重力場(chǎng)和電場(chǎng)知識(shí)，學(xué)生在此時(shí)會(huì)針對(duì)物理現(xiàn)象產(chǎn)生猜想和假設(shè)，教師也可趁機(jī)發(fā)起提問，如重力勢(shì)能是由什么決定的能及它的特點(diǎn)；重力做功有什么特點(diǎn)；電場(chǎng)中的能有什么特點(diǎn)；在電場(chǎng)中電荷是否有能等。最后教師總結(jié)類比思維的推理較為主觀且不充分，確認(rèn)其猜想是否正確還需嚴(yán)格的理論推證。

三、正確推理和分析，合理得出物理概念

在前兩個(gè)階段探究的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)慢慢進(jìn)入探究物理概念的情境。教師此時(shí)將學(xué)生分為不同小組進(jìn)行情境討論，雙方指出優(yōu)點(diǎn)和彌補(bǔ)不足。教師在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中起到引導(dǎo)和啟發(fā)的作用，學(xué)生則是課堂中的主角。同時(shí)需要教師借用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)時(shí)機(jī)促使學(xué)生在推證中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，嘗試學(xué)習(xí)中的苦與樂。物理知識(shí)中不乏有抽象的概念課程，其中電勢(shì)就是一種，利用類比推理分析電場(chǎng)的特點(diǎn)，讓學(xué)生能靈活且多方位的應(yīng)用和理解有關(guān)電場(chǎng)的知識(shí)。

例：有關(guān)重力做功可運(yùn)用類比推理出其和路徑無關(guān)聯(lián)；教師要明確告知學(xué)生，解決物理問題時(shí)要從簡(jiǎn)單情境著手，因此在對(duì)重力做功進(jìn)行推理時(shí)可先從勻強(qiáng)電場(chǎng)分析。利用圖1確定物理情境后可讓學(xué)生自主展開推理。（1）電荷沿直線A運(yùn)動(dòng)到B，通過計(jì)算電功力做的功得到：WAB=FsABcosθ=qESAC

此時(shí)教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生之間相互討論分析，得出，電荷q會(huì)沿折線A、C、B不斷從A運(yùn)動(dòng)至B，靜電力會(huì)在線段AC上對(duì)q做功qESAC，在線段CB上電場(chǎng)力方向和運(yùn)動(dòng)方向呈垂直方向，其中電場(chǎng)力不做功。在整個(gè)過程中電場(chǎng)力做功：WAB=qESAC。學(xué)生通過推導(dǎo)可得知，電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，由此說明電荷運(yùn)動(dòng)路徑和電場(chǎng)力做功之間沒有聯(lián)系，教師可運(yùn)用類似的方法證明非勻強(qiáng)電場(chǎng)，會(huì)得到相同的結(jié)論。

四、相互溝通與合作，取長(zhǎng)補(bǔ)短

雖然類比方法能推理出新的物理概念，然而還需區(qū)別不同情境的各自特點(diǎn)，通常當(dāng)學(xué)生對(duì)這些物理概念學(xué)習(xí)之后，既要明確二者之間的不同，同時(shí)也要明確重力場(chǎng)和電場(chǎng)的相似之處。只有這樣才能保證在應(yīng)用過程中不出差錯(cuò)。對(duì)此就需要師生、生與生之間進(jìn)行深入交流和評(píng)價(jià)，找出雙方的不足，總結(jié)對(duì)方的優(yōu)點(diǎn)和亮點(diǎn)，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的愉悅。不同小組在探究的進(jìn)度和深度方面都不同，在一定時(shí)間范圍內(nèi)多數(shù)小組可完成探究，對(duì)此可派出相關(guān)小組成員講解探究結(jié)果，教師和其他小組成員學(xué)生可對(duì)該小組成果開展討論和交流。