應(yīng)用類比策略突破“靜電場”教學(xué)難點(diǎn)

曾 晗

(桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級中學(xué),浙江 嘉興 314500)

應(yīng)用類比策略突破“靜電場”教學(xué)難點(diǎn)

曾 晗

(桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級中學(xué),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(zhuǎn)變的過渡時(shí)期,課堂教學(xué)中如何獲得具體的物理表象是助力學(xué)生認(rèn)知構(gòu)建的關(guān)鍵一環(huán).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(nèi)容編寫邏輯的不足,并從“依托學(xué)生‘生活體驗(yàn)’”、“優(yōu)化信息呈現(xiàn)方式”、“巧妙利用學(xué)生‘前概念’”三個(gè)角度提出了幾種更好的類比策略,助力學(xué)生高效地突破教學(xué)重難點(diǎn).

類比法;物理表象;重難點(diǎn)突破;前概念

“形象思維”占據(jù)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(dāng)加以引導(dǎo),學(xué)生在新概念和新規(guī)律的理解上會存在較大的困難.高中學(xué)生在學(xué)習(xí)完力學(xué)——相對具體的知識之后,對抽象的電磁學(xué)知識一般會出現(xiàn)很大的學(xué)習(xí)障礙,如果空洞、單調(diào)地重復(fù)教學(xué),學(xué)生從內(nèi)心很難真正接受,也會慢慢地對物理產(chǎn)生恐懼,失去興趣.如何在教學(xué)中降低認(rèn)知難度,建立起統(tǒng)一的知識體系,使學(xué)生能輕松地學(xué)會知識并能順利加以遷移呢?“類比法”無疑是解決這個(gè)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(rèn)識事物的過程中,往往會把新事物與舊事物進(jìn)行比較,從中找到相似之處,把兩個(gè)事物聯(lián)系起來;找到其不同之處,區(qū)別他們的特點(diǎn).所謂“類比法”,就是指通過對兩個(gè)不同的物理事件進(jìn)行比較,找出他們的相似點(diǎn)或相同點(diǎn),然后以此為依據(jù),把其中某一物理事件的有關(guān)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(diǎn)、規(guī)律進(jìn)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(rèn)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(xiàn)的諸如場源電荷、電勢能和電勢等比較抽象、學(xué)生在認(rèn)知遷移上存在較大困難的概念,筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐,談一談“類比法”在突破此類抽象概念教學(xué)上的一些具體策略.

1 依托學(xué)生“生活體驗(yàn)”,用“光源”類比“場源電荷”

“生活”是一個(gè)龐大“類比素材庫”,在物理教學(xué)中,教師要巧妙地將學(xué)生在生活中的感知作為類比源,以激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲,更便于物理知識的學(xué)習(xí)和理解.把學(xué)生熟悉的生活情境引入課堂,可以增強(qiáng)學(xué)生的生活體驗(yàn),在體驗(yàn)的過程中,學(xué)生動(dòng)用了聽覺、視覺、觸覺、嗅覺、思考,學(xué)生者的身體、思維、感覺和行動(dòng)都參與到了學(xué)習(xí)之中,從而為學(xué)習(xí)者知識的構(gòu)建、能力的提升提供多條路徑.所以,依托學(xué)生的生活體驗(yàn),可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣,優(yōu)化教學(xué)效果[1].

圖1

筆者在課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)了如下環(huán)節(jié):在引出“場強(qiáng)”、“場源電荷”和“試探電荷”概念之后,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)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(dǎo),就可“一語道破天機(jī)”,“場強(qiáng)”與“試探電荷”的關(guān)系,便一目了然了.

設(shè)計(jì)意圖:“物理源于生活,用于生活”,教師在教學(xué)中要善于利用學(xué)生熟悉的情境場景助力新認(rèn)知的構(gòu)建.由于“場強(qiáng)”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(xué)中須因勢利導(dǎo),充分利用身邊的教學(xué)資源,為學(xué)生的形象思維提供直觀的感性素材.當(dāng)學(xué)生面對自己熟悉的現(xiàn)象與事實(shí),并“身臨其境”的時(shí)候,他們會發(fā)現(xiàn),原本貌似沒有關(guān)聯(lián)的新舊事物,經(jīng)過自己的類比和思維加工,竟然可以由此及彼,相互遷移,達(dá)到“助攻”的效果.通過這樣的類比和引導(dǎo),學(xué)生對“場強(qiáng)”概念的理解已在類似的生活體驗(yàn)中逐漸根深蒂固了.

2 優(yōu)化信息呈現(xiàn)方式,用“重力勢能”類比“電勢能”

心理學(xué)研究表明:信息呈現(xiàn)方式和學(xué)生自身的認(rèn)知風(fēng)格對學(xué)習(xí)時(shí)間有著顯著的影響.“認(rèn)知負(fù)荷”是指人在學(xué)習(xí)或任務(wù)完成過程中進(jìn)行信息加工所耗費(fèi)的認(rèn)知資源的重量[2]. “認(rèn)知風(fēng)格”是指個(gè)體組織和表征信息時(shí)表現(xiàn)出來的偏好性的、習(xí)慣性的方式[3].如果認(rèn)知風(fēng)格與信息呈現(xiàn)方式匹配,則認(rèn)知負(fù)荷會低;如果個(gè)體信息加工方式與信息呈現(xiàn)方式不匹配,則認(rèn)知負(fù)荷會高.在教學(xué)時(shí),應(yīng)采用多種多樣的形式,直觀形象、圖文并茂、生動(dòng)有趣地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,滿足多樣化的學(xué)習(xí)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(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)”與“重力做功與物體的運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)”做類比,最終由“重力勢能”實(shí)現(xiàn)概念間的遷移,得到“電勢能”的概念.但教材在關(guān)于兩者類比信息的呈現(xiàn)上顯得比較零散,不能達(dá)到學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)構(gòu)建效果的最優(yōu)化.筆者立足教材,在類比信息的呈現(xiàn)方式上加以改進(jìn),采取了表格的形式,并在關(guān)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(xù)表

設(shè)計(jì)意圖:美國心理學(xué)家布魯納認(rèn)為,學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是一個(gè)人把同類事物聯(lián)系起來,并把它們組成賦予一定意義的結(jié)構(gòu),學(xué)習(xí)就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和再組織的過程[4].學(xué)生在學(xué)習(xí)“電勢能”之前,對“重力勢能”的某些特點(diǎn)已經(jīng)有了較為系統(tǒng)的了解.所以,在課堂講授的基礎(chǔ)上,再利用符合學(xué)生認(rèn)知風(fēng)格的表格形式將“重力勢能”和“電勢能”的某些相似性質(zhì)加以集中總結(jié)梳理,從而克服了知識點(diǎn)分布零散的缺點(diǎn),突顯了科學(xué)方法的教育,引導(dǎo)學(xué)生抓住課堂重點(diǎn),順利實(shí)現(xiàn)知識的“同化”,學(xué)生在潛移默化中將“電勢能”概念融入到了自己已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)當(dāng)中.

3 巧妙利用學(xué)生“前概念”,用“地勢”類比“電勢”

學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念時(shí)一定會受到前概念的影響,“前概念”是指學(xué)生在正式學(xué)習(xí)有關(guān)物理知識之前,頭腦中業(yè)已存在的原有認(rèn)識和該認(rèn)識賴以形成的思維方式[5],前概念在物理教學(xué)中會對學(xué)生正確理解科學(xué)概念產(chǎn)生積極或消極的影響,正確的物理前概念是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的良好基礎(chǔ)和鋪墊.盡管這種前概念不能等同于科學(xué)概念,但它的正遷移作用卻是科學(xué)概念學(xué)習(xí)的資源和新的增加點(diǎn),有利于學(xué)生順利掌握新知識的概念和知識結(jié)構(gòu)[6].另外,正確的前概念可以促進(jìn)概念間的同化,概念的同化是指利用學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的相關(guān)概念,以定義的形式直接向?qū)W生揭示概念的關(guān)鍵特征,進(jìn)而使學(xué)生獲得概念的一種方式,而學(xué)生在日常生活中已經(jīng)積累的經(jīng)驗(yàn)是概念同化的基礎(chǔ).

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

學(xué)生聽完之后紛紛點(diǎn)頭,思維的過渡順暢自然,學(xué)生從內(nèi)心承認(rèn)了引入“電勢”概念的必要性,這為概念的學(xué)習(xí)奠定了情感基礎(chǔ).

那如何引入“電勢”的定義式呢?筆者在教學(xué)時(shí)又進(jìn)行了一次類比.

圖2

圖3

設(shè)計(jì)意圖:中學(xué)生利用原有表象材料創(chuàng)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(jìn)行抽象、類比[7],這就需要教師在備課時(shí)制定出合理的引導(dǎo)方案,利用口頭、文字、圖像等材料,通過適當(dāng)點(diǎn)撥激發(fā)類比思維,使學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)知上的自主遷移.有了課前將“地勢”與“電勢”類比的開場白,學(xué)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(xué)生的興趣和信心也會因此得到培養(yǎng),這樣的教材處理方式遠(yuǎn)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(jié)合地理學(xué)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(dòng)時(shí)電場力不做功”的結(jié)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(jié)

“類比法”作為一種重要的科學(xué)方法,在教材中的很多地方都有所體現(xiàn).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(zhuǎn)”與“平拋運(yùn)動(dòng)”間的類比等.廣大一線教師在實(shí)際教學(xué)中要加強(qiáng)對教材的深度鉆研,立足學(xué)生的原認(rèn)知,積極挖掘新舊知識間的關(guān)聯(lián),使教學(xué)內(nèi)容以更加具體形象的方式呈現(xiàn)出來,既保證學(xué)生對抽象物理概念、規(guī)律、原理、方法的理解和運(yùn)用,又引導(dǎo)學(xué)生樹立“類比”意識、內(nèi)化科學(xué)方法,從而促進(jìn)新課程倡導(dǎo)的三維教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成.

1 何晉中.物理教學(xué)中增強(qiáng)生活體驗(yàn)的策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2014(6):18.

2 龔德英,劉電芝,張大均.元認(rèn)知監(jiān)控活動(dòng)對認(rèn)知負(fù)荷和多媒體學(xué)習(xí)的影響[J].心理科學(xué),2008,31(4):880-882.

3 Riding R J,Rayner S.認(rèn)知風(fēng)格與學(xué)習(xí)策略[M].龐國維,譯.上海:華東師范大學(xué)出版社,2003:40-45.

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

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

6 劉勝華.物理教學(xué)中轉(zhuǎn)變前概念、建構(gòu)科學(xué)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(xué)中要注意的幾個(gè)問題[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2013(3):29.

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