物理概念关联的建构

吕铭 孙志兵

摘 要：物理概念关联的建构有助于帮助学生理解物理学科核心概念。本文以磁感应强度与电场强度关联为例，给出了一条基本路径：1.从分析基本概念的主题划分；2.分析概念引入时的类比关联；3.概念定义式的数学关联。旨在培养学生物理概念关联建构的意识。

关键词：物理概念；物理概念关联；磁感应强度；电场强度

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）7-0012-2

在物理学科知识体系中，我们可以找到某种关联将不同层次的物理量联系起来。从物理学科主题内容来看，可以是同一层次下的共存关联，例如，力和运动这个内容就可以将力和加速度两个概念进行关联；也可以是不同层次下的关联，例如，静电场主题下的电场强度概念与磁感应强度概念的关联。从概念引入来看，可以是概念之间存在相似的因果关联，例如，从水压引入电压概念。从概念定义方法来看，可以是概念之间存在相似的数学关联，例如，密度、电阻、电场强度、磁感应强度等。从概念分析来看，可以是概念之间存在类比关联，例如，质量、电感、电容三者之间，质量反映运动惯性，电容反映电路惯性，电感反映磁路惯性。

其实，物理概念的关联既依赖于客观事实，也依赖于人的认识水平，这也说明了一线教师需要进一步研究这种关联的必要性。

一个物理概念与其他物理概念關联的角度越多，关联的方式越多，关联次数越多，学生对概念的认识就越容易从点状结构向面状结构甚至向体状结构转化，这种关联下的转化有助于学生对物理学科核心概念的理解。教师在思考各种可能的关联时，从认识教材的层面上说有利于教师对教材所展示的文本资源进行整合；从认识物理概念形成过程的层面上来说，有利于教师把握其思想脉络，认识其思维过程，帮助学生将这些思想和思维方法内化成思维习惯；在认识物理概念的内涵与广延的过程中，教师可以发现概念建立的区别与联系。接下来笔者就以电场强度与磁感应强度关联为例，说一下物理概念关联建构的路径。

1 分析两个基本概念的主题划分

如图1所示，是对静电场和静磁场相关概念的主题划分。

知道场是一种看不见摸不着的弥漫在空间的物质，场对放置在场中的物体有相对应的力的作用，那么电场与磁场也应该具备了这样的基本特征。在已经分析两个基本概念的主题划分的基础上抓住概念的基本特征进入下一个关联建构。

2 分析概念引入时的类比关联

2.1 定性分析到定量定律研究的桥梁

研究电场时，为了使抽象的电场特性从电现象中凸显出来，我们转变视角将电现象更直观地看成力现象。这种思维上的操作，把原本只能定性描述的问题朝着定量化的方向发展。从类比关联的角度而言，通过对力现象的定量描述也能凸显磁场特性。

2.2 定量描述电场和磁场特性的方式

在电场中我们放入一个被量化的受力对象：检验电荷q1，对应受力为F1 ；在电场中的同一位置放入检验电荷2q1，对应受力为2F1；在电场中的同一位置放入检验电荷3q1，对应受力为3F1.......这样我们就能够明确电场力的大小和方向，并发现了某种规律。

在磁场中，我们也应该去找一个能够被量化的受力对象——“检验磁荷”。可是，目前看来磁单极子并不存在，所以类比关联下能够找到的对应，实际情况下还需要事实去支撑。笔者认为，有一点要坚持的是需要继续寻找能够被量化的受力对象。寻找的依据应该是能够在磁场中受到磁场力作用的物体。磁场对磁体有作用力，磁场对通电导线有作用力。根据导线长度可以被量化，电流强度可以被量化，所以我们选择通电导线作为受力对象。

3 概念定义式的数学关联

通过上面的说明，引入电场强度E，是以库仑定律作为出发点的。从概念引入时的类比关联可知：被量化的电流元应该和检验电荷地位等价。所以，磁感应强度B的定义式也应该从电流元的相互作用作为基本的出发点。具体的推导过程可参见赵凯华和陈熙谋所著的《新概念物理教程电磁学》[1]，笔者在此不再论述。

总之，在物理教学中，教师需要有意识地通过上述路径来建立概念之间的关联，这样既能从不同层次认识概念的内涵，也能帮助学生逐步养成物理概念关联类比的意识，这对于我们教学效果的达成也应该是十分有益的。

参考文献：

[1]赵凯华，陈熙谋.新概念物理教程电磁学[M].北京：高等教育出版社，2002.

（栏目编辑 赵保钢）