前概念视角下高中物理教学设计

吴朝霞

前概念给物理概念教学带来一定的影响，中学物理前概念的研究己经成为国内外物理教育研究的重要课题。电磁场概念的抽象性、和其它物理内容的兼容性使得它既是教学的重点又是教学的难点。本文就《电场强度》中部分概念的教学进行了一次前概念转化的教学研究尝试。

1 前概念对物理教学带来的阻力

学生在接受正确的物理概念以前的相当长的时间里，头脑里并非一片空白，而是己经积累了形形色色的生活经验、常识和直觉知识。它们的本源不是用确切定义的物理术语和概念，而是以强烈的情感色彩去构造世界的图象，对知识形成了模糊的物理图象，即前概念。这种学生已有的一些错误的、不妥的、不完整的物理前概念对建立、接收、理解和运用物理科学概念的影响，就是物理概念难教难学的重要原因之一。

目前我国物理教育研究者们对于中学生的物理前概念也展开了充分的研究。己有的研究主要集中在对力学方面的概念理解。而电磁场概念的抽象性、和其它物理内容的兼容性使得它既是教学的重点又是教学的难点。学习电磁场是学生感到最头疼的一个过程，也是分化最严重的内容之一。

2 多种方法运用，突破教学障碍

2.1 通过类比，让学生进行自我推理和思维探究

【问题研究】探究电荷与电荷之间是否存在物质？

【学情分析】初中学习磁场在先，高中学习电场在后，如果对磁场的定性理解清楚了，研究磁场的方法掌握了——这是学习和研究电场的重要工具，如果对磁场产生错误想法，就会对研究电场形成“绊脚石”。 “同名磁极互相推斥，异名磁极互相吸引。”这一说法不利于学生用“磁场”的观点分析通电螺线管内小磁针的转向问题。同理，“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。”这一说法也不利于学生用“电场”的观点分析静电感应问题。

【探究设计】

问题：任何力的作用都离不开物质，脚踢球，什么物体作用在球上？

分析：脚直接作用在球上。

问题：狗拉雪橇，狗对雪橇的拉力通过什么物体作用？

分析：绳子。

问题：地球对地表附近物质的作用力是通过什么物质作用的？

分析：重力場（物质）。

问题：地球与月亮间的万有引力是通过什么物质作用的？

分析：引力场（物质）。

问题：磁体与磁体之间的磁力是通过什么物质作用的？

分析：磁场（物质）。

问题：两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这是什么物质？

分析：电场（物质）。

2.2 创设有关问题的情境，重视知识结构的更新，让学生在知识内化过程中发挥自主作用。

【问题研究】电场看不见摸不着，如何研究、认识看不见摸不着的物质？

【学情分析】 教材在后面引入电场强度时只讲电场强度是检验电荷在电场中某点受到的电场力与电量的比值，是一个常量，这个常量与检验电荷无关，只与电场本身的属性有关，所以定义这个比值叫做该点的电场强度，而不讲为什么要用电场力与电量进行比较的原因。这种情况就使得学生在学习中对于电场强度概念的定义始终处于一种“知其然而不知其所以然”的境地，从而在一定程度上影响了学习的效果。

【探究设计】

由上可知，无论物质处于什么形态，人们都可以通过一定的手段去感知它的存在，只是感知方式不同而已。

具体探究磁场的作用：

电场也如此！

根据电场对放入其中的电荷有力的作用来研究、认识电场。

问题：电场有什么性质呢？

实验：在桌面上放一个有绝缘支座的带电体A ，在A 附近分别悬挂一个不带电的球和一个带电的球，观察现象。

现象：不带电的球没有发生偏离，带电的小球偏离了竖直位置;说明电场的性质是对放入电场中的电荷有力的作用。

分析：电荷A 对电荷B 的作用，实际上是A 产生的电场1 对电荷B 的作用;反过来，B 对A 实际上是B 产生的电场2 对电荷A 的作用。

【教材改进】对教材第12页图1.3-2进行改进，有利于学生理解电场的叠加性。

如右图所示，模拟点电荷周围电场的情况。越远离场源电荷，颜色由浓变淡，表示场强由强变弱，并且电场存在于场源电荷周围整个空间。避免学生后续学习电场线时误认为线条之间无电场。

2.3 应用思维实验法，通过分析比较，进行抽象概括。

【问题研究】怎样描述电场的强弱？

【学情分析】从库仑定律所表征的电场力到电场强度是电场的力的本质属性，该属性由形成电场的电荷、分布情况及空间位置所决定，与电场中有无检验电荷无关。这一思维的跨越构成教与学的矛盾，即教学难点。而这一难点的突破，必须通过分析、比较、归纳、抽象的逻辑方法，也即通过科学思维来驾驭认识过程，教学中要留给学生思考、想象和领悟的时间。

【探究设计】

（1）将同一试探电荷分别放在A 、B 两点，如图5所示，发现什么特点、规律？分析下表。

可知： A 点距Q较近，试探电荷所受电场力较大， A 点的电场应较强; B 点距Q较远，试探电荷所受电场力较小， B点的电场应较弱。

问题：这里，场源电荷产生的电场的强弱与试探电荷所受电场力的大小相对应，能不能用试探电荷所受的电场力的大小来描述电场的强弱呢？

（2）在同一点A 放入不同电量的试探电荷，发现什么特点、规律？分析下表。

分析：上表表明不同的电荷在电场的同一点所受的电场力不同，但电场中同一点电场的强弱是唯一的，故试探电荷所受的电场力不能用来描述电场的强弱。但是容易发现，比值与试探电荷无关，只与场源电荷Q和场中某一点的位置r 有关，当Q、r 一定的时候，F/q的比值是一个恒量。

（3）在另一点B 放入不同电量的试探电荷，发现什么特点规律？分析下表

分析：对比（2）、（3），场中不同点，当r 不同的时候，F/q不同，离场源电荷越近r 越小，比值越大，电场越强，反之，r 越大，比值越小，电场越弱。可见，F/q比值的大小与电场的强弱一一对应，而且只与场源电荷Q和场中点的位置r 有关，与引入的试探电荷无关，它反映电场力的性质，因此，此F/q比值可以用来描述电场的强弱。

3 结语

对于本节教学内容的组织，教师的主导作用在于启发运用旧有知识和逻辑方法来探索、认识未知世界，既激发学生的求知欲，又分散了教学难点。

教学过程是在求异比较中展开，在求同比较中归纳，引导学生环环紧扣，逐步抽象，既遵循循序渐进的认识规律，又激发学生思维的跳跃，同时受到科学思维方法的训练。概念教学要紧扣形成概念的科学抽象的教学环节，引导学生实现认识过程的飞跃。通过对建立场强的思维过程引导（重过程）：创设情境（感知材料、形成表象）→思维加工（分析比较、抽象概括）→巩固深化（变式迁移、完善结构） ，使学生对电场的概念有正确而全面的认识。

（作者单位：南京市宁海中学）