汪信群

提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是物理教學(xué)的目的之一。研究發(fā)現(xiàn)，許多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，最主要得益于“從名師那里學(xué)到的一種發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的思想方法和工作方法”，而不是“從名師那里學(xué)到多少實(shí)際知識(shí)?！笨梢?jiàn)方法比知識(shí)更重要，而物理學(xué)是一門(mén)具有方法論的學(xué)科，對(duì)其它學(xué)科的學(xué)習(xí)及以后的工作有很大的指導(dǎo)意義。在教學(xué)中，應(yīng)注重物理過(guò)程，物理思想和物理方法教育，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)，感悟其中的方法，從而活化學(xué)生思維，提高他們的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)應(yīng)用，學(xué)會(huì)創(chuàng)新。下面就“電場(chǎng)”這一章滲透的幾種常見(jiàn)的特殊的科學(xué)思維方法做些探討。

一、科學(xué)抽象的物理模型法——理想化模型

理想化模型是忽略研究對(duì)象的次要因素后進(jìn)行簡(jiǎn)化而建立的，它是一種科學(xué)的抽象，是一種科學(xué)的研究方法，點(diǎn)電荷就是這樣的理想化模型。當(dāng)帶電體之間的距離遠(yuǎn)大于帶電體本身大小時(shí)，可忽略帶電體的形狀和大小，用一個(gè)具有相同電性、相同電量、相同質(zhì)量的點(diǎn)來(lái)代替帶電體，這就是點(diǎn)電荷。教學(xué)時(shí)要著重引導(dǎo)學(xué)生理解點(diǎn)電荷的概念，明白引入點(diǎn)電荷的意義，知道什么情況下帶電體可以看作點(diǎn)電荷。同樣勻強(qiáng)電場(chǎng)也是一種理想化模型，嚴(yán)格意義上勻強(qiáng)電場(chǎng)是不存在的，通常把帶有等量異種電荷的平行金屬板之間的電場(chǎng)看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)。

二、化難為易的“類(lèi)比法”

教學(xué)實(shí)踐證明，以學(xué)生較為熟悉的物理形象類(lèi)比那些抽象的物理概念，能喚醒學(xué)生大腦中的已有表象進(jìn)行形象思維，具有化抽象為形象，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，化枯燥為有趣的功能，這對(duì)于提高課堂教學(xué)效果，準(zhǔn)確掌握所學(xué)知識(shí)具有積極作用。

例如，試探電荷是帶電量很小的電荷，它的引入并不影響原電場(chǎng)，只是借助于試探電荷受到的電場(chǎng)力與其電荷量的比值來(lái)定義電場(chǎng)強(qiáng)度，因此，電場(chǎng)強(qiáng)度與試探電荷受到的電場(chǎng)力和電荷量無(wú)關(guān)。這一點(diǎn)學(xué)生理解時(shí)有困難，教學(xué)中可以把它類(lèi)比成：體溫計(jì)可以測(cè)量體溫，使用或不使用體溫計(jì)測(cè)量人體溫度并不會(huì)引起體溫變化。這樣的比喻，學(xué)生易于理解與接受。

電場(chǎng)的性質(zhì)與重力場(chǎng)非常相似：重物在重力場(chǎng)中要受重力作用，重物在重力場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)重力做功，重力做功與路徑無(wú)關(guān)，重力做功要引起重力勢(shì)能的變化；電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力作用，電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做功，電場(chǎng)力做功也與路徑無(wú)關(guān)，電場(chǎng)力做功要引起電勢(shì)能變化。根據(jù)二者共性，可以把電場(chǎng)力類(lèi)比為重力，把電場(chǎng)力做功類(lèi)比為重力做功，把電勢(shì)差類(lèi)比為高度差，把電勢(shì)類(lèi)比為高度，把電勢(shì)能類(lèi)比為重力勢(shì)能。同樣通過(guò)類(lèi)比可以得出：電場(chǎng)力對(duì)電荷做功，電荷電勢(shì)能減少；克服電場(chǎng)力做功，電荷電勢(shì)能增加，并且，電場(chǎng)力做多少功，電荷電勢(shì)能就相應(yīng)地變化多少。

再如，水容器是儲(chǔ)水容器，電容器是儲(chǔ)存電荷的容器，電容器的電容就好像水容器的橫截面積，電量就好像水量，電壓就好像水的高度差。借助于類(lèi)比，可以用電量與電壓比值來(lái)定義電容。使學(xué)生弄清電容與電量、電壓無(wú)關(guān)，由電容器本身的結(jié)構(gòu)和尺寸決定。

還有，在靜電學(xué)教學(xué)中，把靜電場(chǎng)與引力場(chǎng)類(lèi)比；庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律類(lèi)比；點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)類(lèi)比等等，起到利用力學(xué)基礎(chǔ)理解靜電學(xué)知識(shí)，使靜電學(xué)內(nèi)容變得淺顯、形象的作用，達(dá)到突破教學(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)效益目的的。

三、控制變量法

控制變量法是一個(gè)多因素影響某一物理量大小的問(wèn)題通過(guò)固定某一個(gè)因素，轉(zhuǎn)化為多個(gè)單因素分別影響該物理量大小的物理問(wèn)題的研究方法，它是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和習(xí)題中常見(jiàn)的方法。

例如，庫(kù)侖在研究電荷間相互作用時(shí)，應(yīng)用的就是控制變量法。他分別控制其中一個(gè)點(diǎn)電荷的電量或點(diǎn)電荷間距離不變，尋找點(diǎn)電荷間的作用規(guī)律，最后得出庫(kù)侖定律。

四、比值法

比值法就是應(yīng)用兩個(gè)物理量的比值來(lái)定量研究第三個(gè)物理量。它適用于物質(zhì)屬性或特征、物體運(yùn)動(dòng)特征的定義。由于它們?cè)谂c外界接觸作用時(shí)會(huì)顯示出一些性質(zhì)，這就給我們提供了利用外界因素表示其特征的間接方式，往往借助實(shí)驗(yàn)尋求一個(gè)只與物質(zhì)或物體的某種屬性特征有關(guān)的兩個(gè)或多個(gè)可以測(cè)量的物理量的比值，就能確定一個(gè)表征此種屬性特征的新的物理量。

如，電場(chǎng)強(qiáng)度E，電勢(shì)差U，電容C，它們的共同特征是：屬性由本身所決定。定義時(shí)要選擇—個(gè)能反應(yīng)某種性質(zhì)的檢驗(yàn)實(shí)體來(lái)研究。比如。定義電場(chǎng)強(qiáng)度E，需要選擇檢驗(yàn)電荷q，觀測(cè)其檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中所受的電場(chǎng)力F，采用比值F/q就可定義。

五、抽象問(wèn)題“形象化”——圖線(xiàn)法

電場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì)，但它可以與其它物質(zhì)發(fā)生相互作用。為了形象地表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，使抽象問(wèn)題“形象化”，從而引人電場(chǎng)線(xiàn)。電場(chǎng)線(xiàn)不是實(shí)際存在的線(xiàn)，而是采用的一種研究方法。同樣。為了描述電場(chǎng)中電勢(shì)高低情況，而引入等勢(shì)面。學(xué)習(xí)時(shí)要充分借助電場(chǎng)線(xiàn)或等勢(shì)面等工具，把原本抽象的電場(chǎng)性質(zhì)凸現(xiàn)出來(lái)，形成清晰的物理圖景。

六、等效替代法

“等效替代法”是指在保證效果YX的前提下，從A事實(shí)出發(fā)，用另外的B事實(shí)來(lái)代替，必要時(shí)再由B而C……直至實(shí)現(xiàn)所給問(wèn)題的條件，從而建立與之相對(duì)應(yīng)的聯(lián)系，得以用有關(guān)規(guī)律解之，它是物理學(xué)中常用的一種思維方法。

如，在“描繪電場(chǎng)中等勢(shì)線(xiàn)”的實(shí)驗(yàn)中，直接描繪靜電場(chǎng)的等勢(shì)線(xiàn)是相當(dāng)困難的。故為了研究靜電場(chǎng)性質(zhì)，克服直接描繪靜電場(chǎng)中等勢(shì)線(xiàn)所遇到的困難，利用恒定電流場(chǎng)與靜電場(chǎng)具有相似性，遵守相同的規(guī)律，通過(guò)等效替換思維，利用恒定電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)來(lái)做實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

七、假設(shè)反證法

假設(shè)反證法是指當(dāng)正面證明遇到困難時(shí)，先假設(shè)該命題的反命題成立，然后用物理知識(shí)進(jìn)行分析、推理及判斷，反而證明原先假設(shè)的反命題不成立，從而得出正確結(jié)論的一種思維方法。

如，證明“任何兩條電場(chǎng)線(xiàn)都不可能相交”、“任何兩個(gè)等勢(shì)面都不會(huì)相交”、“靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零”、“靜電平衡導(dǎo)體的電荷只分布在導(dǎo)體的外表面”、“電場(chǎng)線(xiàn)必須與等勢(shì)面垂直”等規(guī)律時(shí)，通常采用假設(shè)反證法。假設(shè)反證法往往可以起到“山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村”的作用。

八、“學(xué)習(xí)遷移法”

“學(xué)習(xí)遷移法”是學(xué)習(xí)心理學(xué)的一個(gè)專(zhuān)用名詞，它是指一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)影響，先前學(xué)習(xí)對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)的影響，叫做順向遷移；后續(xù)學(xué)習(xí)對(duì)先前學(xué)習(xí)影響，叫做逆向遷移。學(xué)習(xí)遷移的性質(zhì)又有正負(fù)之分，一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)起積極促進(jìn)作用稱(chēng)為正遷移；一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)起消極、干擾或抑制作用稱(chēng)為負(fù)遷移。把所學(xué)知識(shí)推廣到其它類(lèi)似的情境中去叫做水平遷移。

1利用“順向遷移”引導(dǎo)學(xué)生把每一節(jié)課所學(xué)的“知識(shí)點(diǎn)”形成某一單元的“知識(shí)鏈”

“電場(chǎng)”一章可用兩條知識(shí)鏈來(lái)研究。第一條知識(shí)鏈?zhǔn)菑碾姾墒芰Τ霭l(fā)，研究電場(chǎng)力的性質(zhì)，這里知識(shí)點(diǎn)有“電場(chǎng)力”、“電場(chǎng)強(qiáng)度”、“電場(chǎng)線(xiàn)”；第二條知識(shí)鏈?zhǔn)菑碾姾稍陔妶?chǎng)中具有電勢(shì)能出發(fā)，引進(jìn)了“電勢(shì)”、“等勢(shì)面”等概念。

在分別對(duì)學(xué)生進(jìn)行這兩條知識(shí)鏈的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，教師應(yīng)不失時(shí)機(jī)地指出每條知識(shí)鏈中各知識(shí)點(diǎn)之間的共同要素，以幫助學(xué)生進(jìn)行順向遷移。

2應(yīng)用“水平遷移”引導(dǎo)學(xué)生找出“知識(shí)鏈”間內(nèi)在聯(lián)系，并進(jìn)一步形成“知識(shí)網(wǎng)”

我們把每一節(jié)的物理內(nèi)容看作一個(gè)“點(diǎn)”，通過(guò)上面這樣教學(xué)，學(xué)生就可以把每節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容聯(lián)系成一條“鏈”(稱(chēng)為“知識(shí)鏈”)。如本章中從電場(chǎng)力一電場(chǎng)強(qiáng)度一電場(chǎng)線(xiàn)是一條知識(shí)鏈；從電勢(shì)能一電勢(shì)一等勢(shì)面是另一條知識(shí)鏈。在物理學(xué)習(xí)中，如果教師不但能引導(dǎo)學(xué)生找出知識(shí)鏈之間各對(duì)應(yīng)物理量的關(guān)系以進(jìn)行水平遷移，那么學(xué)生就能從某一單元的“知識(shí)鏈”編織成為整章內(nèi)容的“知識(shí)網(wǎng)”，形成全方位交叉的“知識(shí)網(wǎng)絡(luò)”。

九、變與不變的“辯證法”

對(duì)于平行板電容器，常見(jiàn)的有兩類(lèi)問(wèn)題：一類(lèi)是電容器始終與電源相連，即電容器兩極板間的電壓保持U不變，而電容與電量和電壓無(wú)關(guān)，由公式C=εS/4πkd決定，再根據(jù)電容的定義式C=O/U確定電量的變化，由E=U/d確定場(chǎng)強(qiáng)E的變化；另一類(lèi)是電容器上的電量D保持不變，同樣由公式C=εS/4πkd確定電容變化，再根據(jù)c=Q/U確電壓u的變化，而場(chǎng)強(qiáng)E=U/d=C=4πkd/εS保持不變。也就是說(shuō)，首先要分清是電壓U不變還是電量O不變，然后用C=εS/4πkd確定電容c的變化，最后用E=U/d確定E的變化。確定不變量，抓住自變量，判斷因變量，是解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。

總之，本章教學(xué)中還滲透其它多種思維方法，如微元法、補(bǔ)償法、極值法、圖象法、數(shù)形結(jié)合法、實(shí)驗(yàn)法等等?！敖淌菫榱瞬唤獭保探o學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，幫助學(xué)生不斷提高學(xué)習(xí)及解決問(wèn)題的能力是教師應(yīng)盡的職責(zé)，對(duì)于未來(lái)的建設(shè)者應(yīng)該“授之以漁”而不是“授之以魚(yú)”。