辩证视角下对教材中“库仑定律”的解读及教学应用

2022-03-21刘喜生

物理教学探讨 2022年2期

关键词：库仑定律辩证思维观念

刘喜生

摘要：文章基于辩证视角，围绕“异同比较”这一核心，对人教版新旧教材“库仑定律”一节进行解读，并以一道习题为例，对教材中辩证思维的教学应用加以说明。

关键词：辩证思维;异同比较;观念;情境

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2022）2-0022-3

针对新旧教材，人们多从寻找不同的角度来加深对教学改革的认识。其实，一切发展创新都是建立在继承的基础上，所以对新旧教材中相同因素的研究同样不能忽视，而且这种研究也会给教学带来新的启发。

按新课程标准的要求，不提倡对知识的单纯记忆和机械练习，提倡以素养为核心，让学生学会在具体情境中发现问题、解决问题[1]。与此同时，为了引导教学观念的转变，新高考较之以前，也变得越来越灵活。这种思想观念上的变化是人的高层思维上的变化，而辩证思维就属于人的高层思维。辩证思维被明确写进了《中国高考评价体系》中的核心价值指标体系的内涵以及“关键能力”中的“思维认知能力群”里[2]。从哲学意义看，辩证思维的实质就是按照唯物辩证法的原则，在联系和发展中把握认识对象，在对立统一中认识事物。换种说法，就是要关注变与不变，重视对“同”与“不同”的分析。从学习本身看，辩证思维也主要集中在对异同的把握上。知识的迁移与应用就是一个将头脑中熟识的东西与新情境中的问题不断进行异同比较的过程。异，细察区别的存在，有助于精准分析问题;同，获知共性的存在，有助于升华个人见识。以往关于辩证思维与物理教学的研究中，多是將辩证思维展开为分析综合、归纳演绎、抽象具体等思维方法[3]，或是展开成虚实、正反、动静等一对对概念来看[4]，其实无论哪一种形式，都是围绕“异同比较”这一核心来操作的。所以，基于辩证视角，从“异同比较”入手来解读教材和把握教学很有必要。

1 对新旧教材中“库仑定律”的解读

新旧教材的“库仑定律”一节[5-6]，如果抛开“实验”“情境”“问题”等形式载体，而单从辩证思维的视角来看，教材中每一次认识的深入或问题的产生，都是从“异同比较”开始的。解读如下：

在引入部分都是这样叙述的：“带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置”，这是同一对象不同位置的比较;“在同一位置增大或减小小球所带的电荷量”，这是同一位置不同对象的比较。通过各种不同情境下的比较，搜集准备足够的信息作为后续研究中使用的证据材料，这也正是物理实验的核心价值所在。

之后，讲到关于电荷之间的作用力，又都有“电荷之间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式”“点电荷类似于力学中的质点”这样的叙述，这是在“不同”中寻找“相同”，引导学生关注新旧知识的关联，拓展旧知识，去获取新知识。

接着，涉及到静电力的计算时，针对“两个电荷量为1 C的点电荷在真空中相距1 m时，相互作用力是9.0×109 N”的结果，后面又都给出这样的比较：“差不多相当于一百万吨的物体所受的重力”，还指出“微观粒子间的万有引力远小于库仑力”。这是用熟悉的重力、引力来与静电力比较，以此加深对静电力的理解和感性体验。

再往后，为了深入研究，又都提出“如果存在两个以上点电荷”的话题，这是要把“两个”与“多

个”之间的“同与不同”进行比较，从简单向复杂过渡。

在最后，新旧教材又都指出：“库仑定律给出的虽然是点电荷之间的静电力，但是任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的”“如果知道带电体上的电荷分布……就可以求出带电体之间的静电力的大小和方向”，从思想方法上看这是微元思想的体现，从辩证思维角度看，这是对“系统”与“个体”之间“同与不同”的思考，由此探究“系统”与“个体”之间的关联，使学生看到研究真实情境的基本思维策略。

这种“异同比较”就是“辩证思维”的体现，在新旧教材中一直被延续下来，足见其重要性。它实际上在告诉学生发现问题和思考探究的方法。关注此点，学生不仅能学到知识，更重要的是自己学会怎样获取知识，无形之中就建立了科学思维。类似这样的基于“辩证思维”的设计，在教材其他章节中也有很多。这种辩证是提升学生高层次思考的最好途径，它不仅兼顾了“问题链教学法”[7]与“情境化教学法”[8]中关注的思考深度和广度问题，而且针对怎样主动思考给出了明确的指导。它能避免学生用教师的思考代替自己的思考，培养学生思考的主动性、理性化，同时避免机械化。

2 辩证思维的教学应用

受此启发，可以从寻找“异同”出发，将“辩证思维”从四个方面操作：

（1）“同物异境”——同样的研究对象，变换情境，作对比分析;（2）“同境异维”——同样的情境，转换角度，换观念，作出不同的分析;（3）“异物同境”——将不同的研究对象置入同样的情境中，再对比分析;（4）“异途同归”——换方法思路，求解同样的问题。

以一道习题为例，说明如下：

例一匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，其边界如图1中虚线所示，为半圆，ac、bd与直径ab共线，ac间的距离等于半圆的半径。一束质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子，在纸面内从c点垂直于ac射入磁场，这些粒子具有各种速率。不计粒子之间的相互作用。在磁场中运动时间最长的粒子，其运动时间为（）

2.1 “同物异境”的辩证

针对相同的研究对象，经过“同物异境”的辩证，对比如图2，可知时间区别源于粒子在半圆磁场区域内的运动。t=T，由于粒子运动周期T是不变的，易得出“当θ角最大时，时间t最长”的结论。而圆心角θ又是同弧所对圆周角α的2倍，所以进一步得出结论：当入射点c与出射点连接所作出的轨迹圆中的弦ce与磁场边界相切时，即圆周角α最大时，圆心角θ最大，时间t最长。

此种辩证方法下，学生还能提出“能否在同样区域中，用电场替代磁场，实现同样动能的该种粒子从同样的位置离开”这样的问题。

2.2 “同境异维”的辩证

从高中物理“四大观念”——物质观念、相互作用观念、运动观念、能量观念出发，将每种物理观念视为思考方向中的一个维度，那么，不同的物理观念就会对应不同的思考维度。这可以帮学生建立“题往何处用”的意识。学生在用“观念”看“情境”时，能建立一个更广阔的“宏观视野”，增强发现问题、提出问题的能力，充分发挥“情境”的价值。比如上述例题中，针对同样的情境，经过“同境异维”的辩证，有的学生提出：从“功与能”这个维度看，能否分析出在磁场中运动时间最长的粒子其动能为多大？是否还需要补充其他什么条件？从“相互作用和运动”两个维度看，若粒子遇到阻力，运动轨迹将如何改变？

2.3 “异物同境”的辩证

高中物理常见的十类研究对象有球、块、板、斜面、绳、杆、弹簧、滑轮、粒子、通电导线。可以通过将不同研究对象放在同样情境中对比来加深对物理规律的认识。比如，单就粒子而言，有电子、质子、中子、α粒子等，使其在同样的磁场环境下运动，就可以进行“异物同境”的辩证。于是，针对上面例题，有的学生提出这样的问题：若是动能相同的氢核、氘核、氦核，有没有可能从同一点离开磁场？

2.4 “异途同归”的辩证

比如，有的学生想到用数学方法建立坐标系，寻找粒子轨迹方程和磁场边界方程，尝试用解方程组的方法找到所需要的出射点，并由此去主动研究“书写表达怎样设计”“函数图像如何画”等相关问题。

总之，用好教材设计中的辩证思维，给学生指出一种路径，使其能自己发现问题、提出问题、解决问题，其创造性、参与性、钻研性都获得极大的提高。学生自己的问题才是核心素养需要的真问题，避免像以前一样，给出问题的是别人，学生有置身事外的感觉。

3 小结

教材更新设计中蕴含着很多不变的、有价值的思维方法，通过认真解读可以启发生成新的教学策略，从而“由内至外”地帮助学生掌握一些科学思考和探究的方法技巧，帮助学生建立科学探究的高层策略意识，实现核心素养的提升。

参考文献：

[1]廖伯琴.普通高中物理课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：201.

[2]教育部考试中心.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019：16+25.

[3]邹莹，朱巧萍.物理科学思维培养中的辩证思维渗透[J].中学物理教学参考，2020，49（23）：4-6.

[4]王金聚，葛慧嫒.物理解题中的辩证思维[J].物理通报，2016（01）：51-54.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010：5-7.

[6]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第三册[M].北京：人民教育出版社，2019：6-9.