情境创设 建构【还原概念建构情境揭示科学思维过程】

【关键词】概念建构情境 科学思维 过程【中图分类号】G 【文献标识码】A【文章编号】0450-9889（2012）10B-0057-02数学家华罗庚对他的学生这样说：“学习数学，最好是到数学家的字纸篓里去找材料。”其实，学习物理又何尝不该如此。这些字纸篓里的草稿纸上记录着探索发现的艰辛历程，蕴藏有科学家卓越的智慧、深邃的思想、严密的思维。以观念建构为本的物理教学理论的核心是：物理学科的基础概念、基本规律和物理学科特有的认识论、方法论、思维论是物理学科的基本观念，教学活动应以帮助学生建构这些基本观念为目标而展开。因此，在物理概念的教学过程中，教师要创设与物理概念产生、建立和发展相似或者相同的情境，引导学生经历物理概念建构的过程，体验科学家的逻辑思维，汲取他们的智慧，不断提升学生的思维能力，培养学生的思维品质。简单地说，就是采用“还原概念建构情境”的教学策略来充分揭示概念建构的科学思维过程。现结合电场强度的教学实践予以说明。现行的人教版高中教材《物理》（选修3-1）是这样描述电场强度概念的建构的：“我们不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱，因为对于电荷量不同的试探电荷，即使在电场的同一点，所受的静电力也不相同。然而，人们会很自然地想到，如果把一个很小的电荷q1用做试探电荷，它在电场中的某个点受到的静电力是F1，另一个同样的电荷在同一点受到的静电力一定也是F1；现在把两个这样的电荷一同放在这里，它们总的电荷量是2q1，它们所受的合力很可能就是2F1。依此类推：三个这样的电荷放在这里，电荷量是3q1，受到的静电力可能是3F1……也就是说，试探电荷在电场中某点受到的力F很可能与试探电荷的电荷量q成正比，即F=Eq ，式中E是比例常数，与试探电荷q无关。实验表明，我们的推测是正确的：试探电荷在电场中某个点所受的力，的确与试探电荷的电荷量成正比。实验还表明，在电场中不同的点，F=Eq中的比例常数E一般说来是不一样的，它反映了电场在这点的性质，叫做电场强度。根据F=Eq，我们知道■。”课堂上，如果按照教材的描述进行教学，绝大部分学生会产生思维障碍，不能顺利地建构电场强度概念。学生“只知其然，而不知其所以然”，即只知道■是常数，而不知道为什么要将F与q相比。这是因为，教材对于建构电场强度概念的描述存在缺陷，没有指出为什么物理学家会想到用电场力F与试探电荷的电荷量q的比值来定义电场强度E。难道就是因为它们的比值是一个常数吗？显然不是，采用比值定义法定义电场强度E的根本原因是，比较各点电场的强弱必须采取相同的标准，而电场力F与试探电荷的电荷量q的比值满足了这一要求。因此，教学需要解决的关键问题是：如何引导学生领悟必须在相同的标准下用电场力的大小来做比较， 即领悟为什么要用■定义电场强度E。对此，教材中只是简单地说：“人们会很自然地想到……”实际上学生真的会很自然地想到吗？笔者从以观念建构为本的教学理论出发，将电场强度概念建构情境与速度概念建构情境相类比，巧妙地还原了电场强度概念的建构情境，在充分揭示概念建构的科学思维过程的同时，引导学生的思维活动，使学生主动参与概念的建构，有效避免了思维障碍的产生。教学的具体过程如下：教师：把同一试探电荷q放在场源电荷Q产生的电场中的不同点，电荷q受到的电场力F的大小一般是不同的，这说明了什么？学生：这说明了电场中不同点的电场强弱一般不同。教师：我们能否直接用电场力F的大小来表示电场的强弱呢？为什么？（让学生讨论后回答）学生：不能，因为不同的电荷q放在电场中的同一点所受到的电场力F的大小是不同的。教师：（给予学生肯定）其他同学还有补充吗？学生：还存在这样的情况：如果在距离场源电荷Q近的A点放一个电荷量较小的试探电荷q1，而在距离场源电荷Q远的B点放一个电荷量较大的试探电荷q2，会有可能出现q2受到的电场力大于q1受到的电场力，进而得出距离场源电荷Q远的B点电场较强的错误结果。教师：既然这样，我们就需要建构一个新的物理量来方便地描述电场的强弱。同学们，我们先来完成这样一道思考题：刘翔110米跨栏跑的最好成绩为12？郾88秒，杨扬500米短道速滑的最好成绩为44？郾19秒，他们俩谁更快？学生：（恍然大悟）可以用电场力F与试探电荷的电荷量q的比值来比较电场中不同点的电场强弱。教师：为什么？学生：就像速度这个比值那样，速度表示单位时间内通过的距离。这里的比值表示单位电荷所受到的电场力。比较比值，就相当于比较同一试探电荷q在场源电荷Q产生的电场中不同点受到的电场力的大小。因此，该比值能够描述电场中某一点的电场强弱。教师：以点电荷Q形成的电场为例（如图1），分别在与点电荷Q距离为r的A点和与点电荷Q距离为2r的B点放置不同电荷量的正试探电荷，若电荷量为q0的试探电荷在A点所受电场力大小为F0，请同学们根据库仑定律求出电荷量不同的其他试探电荷所受的电场力并填入表1中，并根据填表结果分析比值的特点。表1 试探电荷在电场中不同位置受到的电场力的大小学生：（填表后发现）电场中同一点，电场力F与试探电荷的电荷量q的比值相同，是一个常数；电场中不同的点，电场力F与试探电荷的电荷量q的比值一般不同。教师：比值的这一特点说明了什么？学生：这个比值是一个与试探电荷q无关的量，它由场源电荷Q与电场中的位置决定，即只与电场本身的属性有关。这个比值的大小，反映了电场中不同位置的场的强弱，能够表征电场的力的性质。教师：所以，物理学家就把试探电荷在电场中某点受到的电场力F与电荷量q的比值，定义为该点的电场强度E，写成公式是■。物理知识的建构具有个体性和情境性。个体学生只有在一定的情境中经历物理知识建构的过程，才可能真正地理解并掌握知识。没有经历物理知识建构的过程，学生就不可能真正理解物理学的气象恢宏，不可能真正感受到物理学的科学美，更不可能开启物理思维的大门。（责编 王学军）

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