淺談運(yùn)用比值定義法構(gòu)建物理概念的教學(xué)過(guò)程

羅衛(wèi)娜

【摘要】為了讓學(xué)生學(xué)好物理，教師應(yīng)更加注重物理概念構(gòu)建的過(guò)程和方法。而比值定義法在高中物理概念教學(xué)中的應(yīng)用就是一場(chǎng)及時(shí)雨，因?yàn)槠淝『媚軌驇椭鷮W(xué)生理清物理概念構(gòu)建的過(guò)程和方法，真正地讓學(xué)生理解和掌握物理概念，繼而達(dá)到學(xué)好物理目的。

【關(guān)鍵詞】構(gòu)建;物理概念;比值定義法;試探點(diǎn)電荷;比例系數(shù);物理屬性;電場(chǎng)強(qiáng)度

一、物理概念教學(xué)的意義

任何一門科學(xué)學(xué)科，都是以一些基本概念作為分析問(wèn)題 、綜合處理問(wèn)題和邏輯推導(dǎo)等思維的出發(fā)點(diǎn)，從而形成這門科學(xué)學(xué)科的內(nèi)容、體系和結(jié)構(gòu)。物理學(xué)也不例外，物理概念是形成物理規(guī)律和物理理論的基礎(chǔ)。所以在高中物理教學(xué)中，要想學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握物理知識(shí)，首先就要讓學(xué)生很好地理解和掌握物理概念。而學(xué)生普遍覺(jué)得高中物理難學(xué)，筆者認(rèn)為最主要的原因就是對(duì)物理概念一知半解，而其中的部分原因就是很多教師只讓學(xué)生死記硬背概念定義、公式，做練習(xí)，而不注重物理概念構(gòu)建的過(guò)程和方法。所以，為了讓學(xué)生學(xué)好物理，教師應(yīng)更加注重物理概念構(gòu)建的過(guò)程和方法。而比值定義法在高中物理概念教學(xué)中的應(yīng)用就是一場(chǎng)及時(shí)雨，因?yàn)槠淝『媚軌驇椭鷮W(xué)生理清物理概念構(gòu)建的過(guò)程和方法，真正地讓學(xué)生理解和掌握物理概念，繼而達(dá)到學(xué)好物理目的。

二、對(duì)“比值定義法”教學(xué)的理解

1.注重物理概念的來(lái)龍去脈

研究一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，并通過(guò)比值定義法構(gòu)建物理概念來(lái)描述這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行研究，得出結(jié)論，交代概念的物理意義和使用它解決實(shí)際問(wèn)題。

2.通過(guò)猜想和類比，進(jìn)行邏輯推理等活動(dòng)達(dá)到構(gòu)建物理概念的目的

比值定義法是通過(guò)猜想和類比，從普通到特殊地進(jìn)行邏輯推理、抽象思維等活動(dòng)，達(dá)到構(gòu)建物理概念的目的，并在一系列構(gòu)建概念的活動(dòng)中加深對(duì)物理概念的理解和認(rèn)識(shí)。舉例說(shuō)明，在重力場(chǎng)、電磁場(chǎng)的教學(xué)中，因?yàn)閳?chǎng)都有看不見(jiàn)摸不著的共性，所以需要選擇一個(gè)試探物體放入場(chǎng)中來(lái)探究其特性，并最后用場(chǎng)對(duì)試探物體的作用力與試探物體有關(guān)物理量的比值來(lái)構(gòu)建描述對(duì)應(yīng)場(chǎng)性質(zhì)的物理量。

3.不能把比值定義法公式純粹的數(shù)學(xué)形式化

在構(gòu)建物理概念的時(shí)候，要向?qū)W生交代清楚其物理思想方法和邏輯思維過(guò)程、有關(guān)物理概念之間的相互依存和制約的關(guān)系、所表達(dá)的物理意義。切忌被數(shù)學(xué)符號(hào)形式化，而導(dǎo)致學(xué)生死記硬背和胡亂使用。

三、探究運(yùn)用“比值定義法”構(gòu)建電場(chǎng)強(qiáng)度概念的教學(xué)過(guò)程

自然界中兩個(gè)沒(méi)有直接接觸的帶電物體通過(guò)一種看不見(jiàn)也摸不著的無(wú)形媒介——電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)相互作用。

基于學(xué)生在前面一節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)了庫(kù)侖定律，因此在討論如何描述電場(chǎng)強(qiáng)弱性質(zhì)時(shí)，應(yīng)該從試探點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中受到的靜電力入手。根據(jù)實(shí)驗(yàn)我們很容易就得出以下結(jié)論：同一個(gè)試探點(diǎn)電荷放在電場(chǎng)中的不同位置受到的電場(chǎng)力大小一般是不同的（如圖1所示），不同的試探點(diǎn)電荷即使在電場(chǎng)中同一個(gè)位置受到的電場(chǎng)力的大小也是不同的。因?yàn)殡妶?chǎng)力與試探點(diǎn)電荷有關(guān)，所以不能直接用試探點(diǎn)電荷所受的電場(chǎng)力來(lái)描述電場(chǎng)的自身強(qiáng)弱性質(zhì)。

那么我們是時(shí)候要構(gòu)建出一個(gè)可以描述電場(chǎng)強(qiáng)弱性質(zhì)的新物理概念，且其必須與試探點(diǎn)電荷無(wú)關(guān)而僅由場(chǎng)源本身決定，在上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中得出的結(jié)論表明，這一物理概念應(yīng)該與其所處電場(chǎng)位置有關(guān)。于是我們開(kāi)始進(jìn)行大膽猜想與推理，使用控制變量法，首先在已知電場(chǎng)中選定一個(gè)位置，然后把一個(gè)電荷量為q1的試探點(diǎn)電荷放至該位置，它受到的電場(chǎng)力是F1，若把另一個(gè)電荷量2q1的試探點(diǎn)電荷放至該位置受到的電場(chǎng)力是多大呢？我們可以運(yùn)用等效替代的方法來(lái)解決這一問(wèn)題，放入一個(gè)電荷量為2q1的試探點(diǎn)電荷，就可以用兩個(gè)電荷量均為q1的試探點(diǎn)電荷一同放入該位置來(lái)替代，每一個(gè)試探點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力都為F1，那么把它們作為一個(gè)整體所受到的合力可能就是2F1;不過(guò)這還有待于物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步論證，之后我們還可以繼續(xù)進(jìn)行猜想與推理，在該處放入一個(gè)電荷量3q1的試探點(diǎn)電荷，同理受到的電場(chǎng)力就是3F1;以此類推……可以得出，試探點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中同一個(gè)位置受到的電場(chǎng)力F與該試探點(diǎn)電荷的電荷量q總是成正比，即k=F/q，k就是學(xué)生在數(shù)學(xué)中所熟知的比例系數(shù)。

在這個(gè)的基礎(chǔ)上，再創(chuàng)設(shè)一個(gè)可以運(yùn)用庫(kù)侖定律去解決描述電場(chǎng)強(qiáng)弱性質(zhì)問(wèn)題的特殊情景：假設(shè)真空中的某電場(chǎng)來(lái)源于獨(dú)立點(diǎn)電荷+Q（場(chǎng)源），在它周圍選定一個(gè)位置距場(chǎng)源+Q距離為r，將不同的試探點(diǎn)電荷q1、q2、q3……依次放至該位置，設(shè)各個(gè)試探點(diǎn)電荷所受的庫(kù)侖力分別是F1、F2、F3……則由庫(kù)侖定律可知F1=kQq1/r2、F2=kQq2/r2、F3=kQq3/r2……顯然，F(xiàn)1/q1=F2/q2=F3/q3……=kQ/r2 是個(gè)定值，顯而易見(jiàn)這一定值只與場(chǎng)源電荷和其所處位置有關(guān)。所以可以用它來(lái)描述該位置電場(chǎng)的性質(zhì)，這與我們之前猜想并推導(dǎo)出k=F/q 的結(jié)論是一致的。

最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了我們的猜想，在任何電場(chǎng)中的任一位置放置不同的試探點(diǎn)電荷，試探點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力總與試探點(diǎn)電荷的電荷量成正比;并且在電場(chǎng)中的不同位置它們成正比的比例系數(shù)一般也不同。至此，構(gòu)建描述電場(chǎng)性質(zhì)的新物理概念的時(shí)機(jī)已經(jīng)到了，定義出物理概念（電場(chǎng)強(qiáng)度）E=F/q 來(lái)描述電場(chǎng)強(qiáng)弱性質(zhì)，它是一個(gè)物理屬性量，只與場(chǎng)源以及試探點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中的所處的位置有關(guān)，與試探點(diǎn)電荷自身無(wú)關(guān)。至此，已經(jīng)了解了電場(chǎng)強(qiáng)度這一概念的構(gòu)建過(guò)程，就不會(huì)只單純地將E=F/q數(shù)學(xué)形式化了。

由此可以看出，教學(xué)不能只是講知識(shí)本身，更重要的還要講獲得這些知識(shí)的過(guò)程和方法，“授之以魚(yú)不如授之以漁”。而且教學(xué)的關(guān)鍵在于引導(dǎo)學(xué)生積極有效地思考，因此在運(yùn)用比值定義法構(gòu)建物理概念的教學(xué)時(shí)，必須要合乎比值定義法的邏輯思維活動(dòng)順序，這樣才能保證教學(xué)過(guò)程條理分明，循序漸進(jìn)，逐步深化，進(jìn)而生成揭示事物屬性的物理概念就水到渠成了。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷作模.例談高中物理比值定義法[J].中學(xué)物理：高中版，2013（4）：93.37.

[2]廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究開(kāi)發(fā)中心物理教材編寫(xiě)組.粵教版物理[M]廣東教育出版社.

[3]陶洪.著名特級(jí)教師教學(xué)思想錄·中學(xué)物理卷[M].南京：江蘇教育出版社， 2012.

[4]王俊.基于比值定義法的教學(xué)邏輯構(gòu)建物理概念——以高中物理電場(chǎng)強(qiáng)度為例[J].教育科學(xué)論壇， 2015（3）.