基于建構(gòu)主義教學(xué)理念下電場教學(xué)難點(diǎn)的突破

鄒祥云

高中物理教學(xué)中，電場這一部分概念抽象，物理量多，公式多，學(xué)生容易混淆概念，亂套公式，不僅是學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，也是教師的教學(xué)難點(diǎn).為了能夠更有效地突破這個難點(diǎn)，下面通過分析電場教學(xué)中普遍存在的現(xiàn)象和問題，介紹基于建構(gòu)主義教學(xué)理念下采用拋錨式教學(xué)模式突破“電場強(qiáng)度”和“電勢”這兩部分的教學(xué)難點(diǎn)的教學(xué)過程，并指出這種處理方法的優(yōu)勢.

一、學(xué)生關(guān)于“電場”和“電勢”的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

場是電磁學(xué)的核心概念之一.電場是一種物質(zhì)，電場強(qiáng)度也常常簡稱為電場或場強(qiáng)，而電場、電場強(qiáng)度和電勢則是電磁學(xué)中重要的基礎(chǔ)概念，是高中物理的教學(xué)重點(diǎn)，又是教學(xué)難點(diǎn).由于學(xué)生缺乏感性認(rèn)識，普遍覺得這些概念比較抽象，并存在許多錯誤認(rèn)識，給物理教學(xué)帶來了很大困難.因此，尋求和探索有效的教學(xué)策略以改進(jìn)電場概念的教學(xué)顯得非常重要.學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困難主要表現(xiàn)在以下兩個方面.

1.學(xué)生在學(xué)習(xí)電場時因?yàn)椴]有深入理解這些物理量的本質(zhì)，導(dǎo)致很多概念只是被動接受，例如，學(xué)生很容易進(jìn)入一個常見的概念混淆誤區(qū)：在利用比值定義式計(jì)算電場強(qiáng)度時發(fā)現(xiàn)明明與電場力有關(guān)，但是卻在概念選擇題時被動記住電場強(qiáng)度與電場力無關(guān)；電勢和電勢能都是關(guān)于電荷在電場中的能量的物理量，而電勢卻和電荷的能量無關(guān)，學(xué)生往往只能靠刷題被動接受這一概念.

2.電場這一部分的物理量和物理概念很多，學(xué)生對各個物理量的聯(lián)系和區(qū)別非常模糊，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)電場強(qiáng)度和電勢是分別在兩節(jié)中分開學(xué)習(xí)的，因此學(xué)生往往很容易把這兩部分概念獨(dú)立開來，以至于諸如“沿電場線的方向電勢逐漸降低”、“看電勢能變化看電場力做功，看電勢高低則看電場線的箭頭方向”等這一類結(jié)論學(xué)生始終都是生硬地記憶，一旦在實(shí)際問題運(yùn)用起來的時候就開始模糊不清了.

在日常教學(xué)中，處理這部分內(nèi)容也成為了一個教學(xué)難點(diǎn)，最常見的處理方法有兩種：一種是在提出電場物質(zhì)性及其定義式時盡量簡化問題，依照教材來解讀，課堂教學(xué)重點(diǎn)在公式的運(yùn)用，在學(xué)生不斷的強(qiáng)化練習(xí)和后續(xù)的磁場學(xué)習(xí)過程中強(qiáng)化這些概念的理解；另一種則是采用類比法幫助學(xué)生理解抽象的概念.

二、教學(xué)處理方法

1.設(shè)定真實(shí)性任務(wù)——“假如你是法拉第，你如何向世人介紹電場”.

電場的物質(zhì)性是個難點(diǎn)，它是看不見摸不著的物質(zhì)，因?yàn)閳鲈措姾傻拇嬖趯ζ渲械碾姾捎辛Φ淖饔茫瑸榱四軌蜃寣W(xué)生更理解電場強(qiáng)度這一物理量的本質(zhì)，在課堂上采用的教學(xué)方法是借助“重現(xiàn)科學(xué)家的研究過程”來建構(gòu)物理量.教學(xué)片斷如下：

教師問：“對于這樣一種看不見摸不著又客觀存在的物質(zhì)，如果同學(xué)們是法拉第，該如何向世人證明有這樣一種物質(zhì)的存在？”

課堂氣氛很快就激活了，學(xué)生開始參與思考討論，但并沒能夠很快得出結(jié)論，此時教師可以通過打比方等方式啟發(fā)學(xué)生思考，其實(shí)這一部分讓學(xué)生想到要引入一個試探電荷并不難，但通過這樣一個過程讓學(xué)生知道有一個物理量就像一個工具一樣來表征或者說描述抽象的電場卻很重要.當(dāng)學(xué)生找到了試探電荷可以用來向世人證明的時候，此時馬上進(jìn)入第二個問題.

教師繼續(xù)問：“既然找到了試探電荷，那如何利用試探電荷進(jìn)行表征？”

此時大多數(shù)學(xué)生會很快地回答說試探電荷所受到的靜電力，在這個環(huán)節(jié)會讓學(xué)生進(jìn)行討論.

教師補(bǔ)充問題：“既然試探電荷是科學(xué)家引進(jìn)的工具，顯然它只是一個工具，能不能影響原本的電場，能不能砸場呢？”

這一問題拋出，課堂氣氛進(jìn)入到了高潮，學(xué)生在回味“砸場”這個詞的同時也議論紛紛，通過學(xué)生討論，教師補(bǔ)充得出了規(guī)范了試探電荷條件，基于前面討論，問題就更加明確了，通過引入一個電量小尺寸小的試探電荷后，在電場中受到的庫侖力來表征場源電荷產(chǎn)生的無形的場.

教師進(jìn)一步追問： “科學(xué)家的工作完成了沒？試探電荷的電場力是否就足以向世人證明無形的電場呢？”

這部分內(nèi)容用了一個課時，雖然只是得出了電場強(qiáng)度這個物理量的比值定義式，但從源頭開始，抓住了科學(xué)研究的主線，讓學(xué)生主動地建構(gòu)一個物理量，不僅為下一節(jié)課電場強(qiáng)度的物理意義的講解和公式運(yùn)用做好了鋪墊，也培養(yǎng)了學(xué)生的探究型思維能力.

2.另一個表征電場的物理量——電勢.

在學(xué)習(xí)完電場后，馬上就緊接著是電勢差、電勢、電勢能的學(xué)習(xí)，在進(jìn)入這一部分學(xué)習(xí)的時候，我先進(jìn)行了一個總結(jié).教學(xué)片斷如下：

教師問：高中物理必修一和必修二已經(jīng)花了很長時間的研究物體的運(yùn)動，分析其受力和能量變化，那么請問到目前為止，面對一個運(yùn)動問題（舉例求一個物體勻加速直線運(yùn)動一段位移后的末速度），我們有幾種方法解答？

學(xué)生回答：牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式或者動能定理.

教師補(bǔ)充：到目前為止（此時學(xué)生并沒有接觸動量的概念），任何一個力學(xué)問題我們都有兩種方法去解決，即牛頓第二定律和功能關(guān)系，這其實(shí)也是運(yùn)動物體的兩個基本屬性（力學(xué)屬性和能量屬性）.

教師問：前面我們所講的電場強(qiáng)度其實(shí)表征的是電場的力學(xué)屬性，那這節(jié)課我們能否換另一個思路研究電場，尋求表征它的能量屬性的物理量呢？

教師補(bǔ)充，在引入電場強(qiáng)度這個物理量時，采用的方法是先引入了試探電荷，分析其受力，同樣地，在尋找表征能量屬性的物理量時，也可以借鑒類似的方法，引入試探電荷，分析其能量變化與做功的關(guān)系（對于基礎(chǔ)比較好的班級我采用的是學(xué)生自主探究，尋找這個物理量，而對于基礎(chǔ)薄弱的班級則還是由教師帶領(lǐng)學(xué)生一起尋找，不管怎樣，這一環(huán)節(jié)的目的是為了讓學(xué)生掌握這種概念建構(gòu)的研究方法）.建構(gòu)過程如下：

通過逐個解決上述問題，師生一起總結(jié)發(fā)現(xiàn)：在電場中的不同點(diǎn)，比值Epq不同；在電場中的同一點(diǎn)，比值Epq是恒定的，與q無關(guān)，因此就認(rèn)為在場源電荷一定的情況下，Epq能反映單位電荷受到的電勢能的性質(zhì)，并對這個物理量命名為電勢，字母為.

這部分內(nèi)容是在運(yùn)用類比法對比重力場中重力做功和電場中電場力做功后，得出電場力做功也和路徑無關(guān)這一特點(diǎn)，并提出了電勢能這個物理量之后講的，使學(xué)生從能量的角度去理解電勢這一概念，這樣更能既能深刻抓住電勢的物理本質(zhì)，也能強(qiáng)化學(xué)生對電場物質(zhì)屬性的理解.

三、教學(xué)后的思考

電場這部分內(nèi)容處在高中物理人教版選修3-1的第一章，從編排順序上是高中物理電學(xué)部分的開端，教師在備課的過程中要深入思考教材的編排意圖，電場作為一種很抽象卻又客觀存在的物質(zhì)，具有力學(xué)屬性和能量屬性，這一章所有的物理概念都是圍繞著這電場強(qiáng)度和電勢這兩個物理量的建構(gòu)展開的，而建構(gòu)過程和研究手段恰好在剛剛結(jié)束的高中物理必修一和必修二中已經(jīng)學(xué)習(xí)，要突破“電場”和“電勢”這兩個難點(diǎn)，學(xué)生必須掌握物理知識背后的物理研究方法和物理思想，這也是符合新課標(biāo)物理課堂所提出的要求，引導(dǎo)學(xué)生從原有的知識經(jīng)驗(yàn)中“生長”出新的知識經(jīng)驗(yàn).因此，教師不僅是知識的呈現(xiàn)者，更應(yīng)該重視學(xué)生自己對各種問題的理解，洞察他們這些想法的由來，并以此為依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生豐富或調(diào)整自己的理解.