初探高中物理中關(guān)于“場”概念的教學(xué)策略

章林 張勇

摘 要：“場”是物理學(xué)中非常重要的概念之一，也是學(xué)生認(rèn)知難度較大的概念之一。然而，在傳統(tǒng)的高中物理教學(xué)中，由于教材設(shè)計的局限性和概念本身的抽象性，很多學(xué)生覺得這方面的內(nèi)容晦澀難懂。教師在教授這方面的概念時也常常照本宣科，不能帶領(lǐng)學(xué)生深入地學(xué)習(xí)和理解此概念，使學(xué)生失去了一個科學(xué)思維升華的機會。因此，筆者就自身平時對這方面的一些研究和教學(xué)的經(jīng)歷以及感觸來談?wù)勗诟咧形锢碇?“場”概念的教學(xué)意義及一些具體的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：高中物理；“場”概念；教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）9-0008-3

1 “場”概念學(xué)習(xí)的重要性

從物理學(xué)史來看，“場”這個概念應(yīng)該是自牛頓經(jīng)典力學(xué)以來最重大的發(fā)明之一，更是人類對自然世界認(rèn)知方式的一種升華。需要很強的科學(xué)想象力才能理解。2000多年前，人類就發(fā)現(xiàn)磁石以及帶電體之間就有一種相互作用力。由于當(dāng)時人們對自然現(xiàn)象認(rèn)識的局限性，在很長一段時間內(nèi)都用“瞬間超距離”的觀點來解釋這種電磁作用力的產(chǎn)生。這種認(rèn)識一直延續(xù)到十八世紀(jì)，直到法拉第在研究通電導(dǎo)線與磁體之間相互作用時，敏銳地發(fā)覺這種作用應(yīng)該可以通過一種媒介而達成近距作用。在進行大量的實驗和極富創(chuàng)造力的思考之后，法拉第在1831年秋季的一次關(guān)于電磁感應(yīng)的學(xué)術(shù)報告中首創(chuàng)性地提出“磁力線”這個名詞。并用鐵屑將磁體周圍的磁場形象地顯示了出來。隨著電磁研究的深入，法拉第又于1832年春季提出帶電體之間有“電力線”的存在。這些卓越的成就使法拉第對電磁之間相互作用需要介質(zhì)的看法堅信不疑。在1845年的夏季，他首次使用了“磁場”概念，又于1847年單獨提出了“場”這個概念，且指出電磁作用是需要時間的，徹底摒棄了牛頓時代的“瞬間超距離”觀點。這個超前的觀點受到當(dāng)時大多物理學(xué)家的排斥，后來麥克斯韋在法拉第理論的基礎(chǔ)上加以高超的數(shù)學(xué)技巧，于1865年發(fā)表了《電磁場的動力學(xué)理論》一文，預(yù)言了電磁波的存在。經(jīng)過1899年俄國物理學(xué)家列別捷夫?qū)﹄姶爬碚撝蓄A(yù)言的光壓的驗證，以及后來狹義相對論的創(chuàng)立，才使得人們徹底接受了場和實物一樣是一種客觀存在的物質(zhì)。愛因斯坦對此曾說過這樣一句話“在一個現(xiàn)代的物理學(xué)家看來，‘場就像他坐的椅子一樣實在”。

然而，筆者在日常的教學(xué)和教研活動中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生對“場”這個物理概念的理解不是很在意，大多只是停留在相關(guān)表達式的記憶和應(yīng)用上，也感覺不到這個概念的重要性和存在的意義。經(jīng)過相關(guān)的調(diào)查和反思，筆者覺得可能有以下幾個方面的原因造成了這種局面。

2 高中生對“場”概念學(xué)習(xí)困難的幾個原因

2.1 教學(xué)中對歷史過程描述的忽視

記得有位教育名家說過“要想更好地掌握知識，那就最好知道知識創(chuàng)造的歷史過程”，這方面的物理學(xué)史在人教版高中物理選修3-1教科書中其實有著很好的體現(xiàn)。就《電場強度》這節(jié)而言，課文從開始就用了大半面的篇幅描述電場這個概念的由來，又在課后的“科學(xué)漫步”欄目中較為詳細(xì)地敘述了法拉第和“場”概念的物理學(xué)史。但是，就筆者親身觀察而言，大多數(shù)的物理教師對這塊物理學(xué)史并沒有給予足夠的重視，常常一筆帶過后就直接進入電場強度的教學(xué)。學(xué)生感受不到場概念的得來是一個十分漫長且波折的過程，從三維目標(biāo)的“情感、態(tài)度與價值觀”來講是一個遺憾，對學(xué)生掌握“場”概念沒有起到促進作用。

2.2 教學(xué)中很少將“電場”“磁場”“重力場”等概念融會貫通

例如，從人教版高中物理選修3-1教材的內(nèi)容來看，依次學(xué)習(xí)了靜電場和磁場，并且對電場強度和磁場強度的定義作了詳細(xì)的解釋。其實，這兩種場強的定義都采用了比值定義法，并且在忽略場源的情況下，通過對電場中（磁場中）點電荷（電流元）受力比值大小來比較出不同位置的場的強弱關(guān)系，但從教材編排來看電場與磁場相隔了18節(jié)內(nèi)容。如果在教學(xué)中不加以刻意的點撥，學(xué)生很難獨立地將這兩部分類似內(nèi)容聯(lián)系起來，并辯證地看待，更不要提聯(lián)系必修二中相關(guān)的重力場概念了。

2.3 學(xué)生的辯證哲學(xué)思想尚未成熟

高中階段的學(xué)生正處于辯證思維的萌芽階段，雖然一般能夠擺脫具體事物的限制，可以通過運用概念、提出假設(shè)、檢驗假設(shè)來進行抽象邏輯思維，但是從要想形成抽象思維和辯證思維協(xié)調(diào)發(fā)展、相互促進的新局面來看還是比較吃力的。這是一種在大量經(jīng)驗的基礎(chǔ)上思維認(rèn)識能力的升華，所以，如果教師在這個時候能夠引導(dǎo)學(xué)生順利完成“最近發(fā)展區(qū)”這一特殊階段，或者說促進學(xué)生對“場”概念的頓悟又將會是一件十分有意義的事。

3 “場”概念教學(xué)的意義及策略

綜上所述，筆者認(rèn)為，首先“場”概念的教學(xué)可以通過貫穿學(xué)生對“重力場”“電場”“磁場”的深度認(rèn)識，建構(gòu)好自身的物理知識框架，從而在未來的升學(xué)考試中取得好成績。其次，教學(xué)的意義是促進人的發(fā)展，其中就包括了提升學(xué)生的思維認(rèn)知能力及辯證唯物主義認(rèn)知能力。“場”概念是人類近代科學(xué)發(fā)展的結(jié)晶，如果學(xué)生在高中階段就可以初步認(rèn)識并接受這一概念，將有利于學(xué)生人生觀、世界觀的發(fā)展，對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、工作、生活是大有益處的。那么，如何才能讓學(xué)生有效地認(rèn)識和接受“場”概念的學(xué)習(xí)呢？筆者結(jié)合平時的教研與教學(xué)活動來談?wù)勔恍┚唧w的做法。

首先，“工欲善其事，必先利其器”，想教好學(xué)生“場”的概念，教師自身更應(yīng)該對此有著深刻而豐富的認(rèn)識，只有教師重視了這方面的教學(xué)，學(xué)生才能做出相應(yīng)的反應(yīng)。教師要做好相應(yīng)的備課工作，除課本已給內(nèi)容外，還應(yīng)收集大量的相關(guān)物理學(xué)史，作為上課時的背景資料來用。在這些實際資料的講授中潛移默化地建立起學(xué)生對場的認(rèn)識。

其次，結(jié)合一些學(xué)生已認(rèn)知的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生建立正確的認(rèn)識。比如，在講電場具有物質(zhì)屬性時，大多學(xué)生對物質(zhì)的認(rèn)識一直保留在經(jīng)驗中的“實體”概念中。認(rèn)為看不見摸不著就是不存在的。對此，教師可以進行以下的引導(dǎo)（具體形式可靈活安排）：

（1）確認(rèn)力是物體間的相互作用（學(xué)生在初中已經(jīng)十分熟悉且已接受）；

（2）電荷之間有相互作用，但不需要電荷直接接觸（闡明事實）；

（3）電荷之間既然有相互作用，就說明一定有物質(zhì)在相互作用，但這個物質(zhì)肯定不是電荷本身（1條和2條之間矛盾的初步解釋）；

（4）我們把電荷之間產(chǎn)生這種相互作用的物質(zhì)稱為電場（電場的意義）；

（5）再舉例如無線通訊和無線充電的電磁波，雖然我們無法直接感受，但的確可被收音機、手機等接收。教師還可以用電磁屏蔽的方法中斷電磁波的傳播，從而向?qū)W生展示場真實存在的物質(zhì)性。

由于電場、磁場、重力場等內(nèi)容在人教版物理教材編排時無關(guān)聯(lián)的因素，筆者覺得如果在實際授課中多統(tǒng)一一些相通的內(nèi)容，用學(xué)生熟知的知識進行類比也可大大促進學(xué)生對 “場”概念的認(rèn)識。例如，在學(xué)習(xí)完電場相關(guān)概念后，可以類比得出重力場與之相同的概念，在學(xué)習(xí)完磁場之后，再把這三個場放在一起對比復(fù)習(xí)。比如，筆者采用指導(dǎo)學(xué)生列表格的形式進行教學(xué)，如表1所示，頗受學(xué)生歡迎。

當(dāng)然，以上的這些教學(xué)策略只是筆者個人不成熟的嘗試。高中階段學(xué)生對“場”概念的認(rèn)識就像“一千個人眼中就有一千個哈姆雷特”一樣。教師的作用是盡可能多個角度地去幫助學(xué)生認(rèn)識到“場”這個概念的意義，至于學(xué)生對概念的合理建構(gòu)還是需要其個體來完成。

參考文獻：

[1]普通高中物理教科書必修2[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]普通高中物理教科書選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]羅伯特·斯萊文.教育心理學(xué)：理論與實踐[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[4]李兆友，王宏太，孫玉君，等. 物理學(xué)簡史[M].長春：吉林大學(xué)出版社， 1990.