白晶

摘 要：本文以“電動(dòng)勢”的教學(xué)為例，從概念的引入、概念的形成和概念的理解三個(gè)層面探討了物理概念教學(xué)中的思維加工策略。結(jié)合教學(xué)過程中的實(shí)例，分析了類比思維、辯證思維和批判性思維在物理概念教學(xué)中的作用。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)勢；概念教學(xué)；思維加工

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）6-0014-3

課程目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)都要通過學(xué)生經(jīng)歷特定的學(xué)習(xí)過程來達(dá)成。物理概念教學(xué)的目標(biāo)之一是形成正確的概念。學(xué)生需要在獲得足夠的感性材料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用各種思維方法，對感性材料進(jìn)行思維加工，進(jìn)而抽象概括出事物的本質(zhì)屬性，從而形成概念[1]。下面以“電動(dòng)勢”的教學(xué)為例，探討物理概念教學(xué)中的思維加工策略。

1 設(shè)置認(rèn)知沖突，激發(fā)思維活動(dòng)

轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤前概念有利于學(xué)生在原有知識儲備的基礎(chǔ)上形成科學(xué)認(rèn)識，這對提高概念教學(xué)的效率大有裨益[2]。學(xué)生在初中物理的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，容易形成“電源電壓恒定不變”的錯(cuò)誤前概念。電動(dòng)勢概念的教學(xué)可以嘗試從轉(zhuǎn)變這個(gè)前概念引入。

展示生活中熟悉的一些電池，干電池有1.5 V的標(biāo)志，紐扣電池有3 V的標(biāo)志，鋰電池有3.7 V的標(biāo)志……提出問題：電池上的1.5 V、3 V、3.7 V等標(biāo)志有什么含義？是電壓嗎？

實(shí)驗(yàn)1：按圖1所示連接電路，將一節(jié)標(biāo)有1.5 V的干電池與電壓表接入電路。閉合開關(guān)，觀察電壓表的讀數(shù)。

實(shí)驗(yàn)2：再接上一個(gè)小燈泡，按如圖2所示連接電路。閉合開關(guān)，觀察到電壓表的讀數(shù)變小。為了避免偶然性，還可以再并聯(lián)幾個(gè)小燈泡，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)的燈泡越多，電壓表的讀數(shù)越小。

由于前概念的存在，學(xué)生會(huì)對實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果感到驚訝，這是認(rèn)知沖突的表現(xiàn)，由此激發(fā)了本節(jié)課的思維活動(dòng)。在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中，“電動(dòng)勢”概念屬于二級主題“電路”。電動(dòng)勢是描述電源特性的物理量，而電路恰是電源表現(xiàn)這種特性的環(huán)境。電動(dòng)勢反映了電源的內(nèi)部本質(zhì)，而路端電壓是電源的這種內(nèi)在性質(zhì)在電路中的外在表現(xiàn)。由外在表現(xiàn)深入內(nèi)部本質(zhì)，符合科學(xué)概念產(chǎn)生和發(fā)展的規(guī)律，也符合學(xué)生的學(xué)習(xí)心理。這樣引入教學(xué)，為后面建立電動(dòng)勢概念，認(rèn)識電動(dòng)勢與電壓概念的區(qū)別，創(chuàng)設(shè)了良好的思維情境。

2 通過類比思維，建立新的概念

類比作為一種思維方式，不僅在科學(xué)研究中有重要作用，還是中學(xué)物理教學(xué)中廣泛采用的類比教學(xué)法的重要基礎(chǔ)。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論解釋了類比法使用的合理性[3]。對于電動(dòng)勢這類抽象的概念，可通過類比思維加工，降低理解的難度。認(rèn)識“非靜電力”是理解電動(dòng)勢概念內(nèi)涵的關(guān)鍵。

圖3中ACB為一段彎曲的滑軌，小球從滑軌的頂端A自由釋放，經(jīng)過滑軌下滑到達(dá)底端B。若要循環(huán)此過程，須通過“非重力”做功將小球從B搬回到A再釋放。將彎曲滑軌上的力學(xué)過程與閉合電路中的電學(xué)過程（圖4）進(jìn)行類比，引入“非靜電力”。通過非重力做功和非靜電力做功的類比，形成電動(dòng)勢的概念。

需要強(qiáng)調(diào)的是，使用類比的思維加工策略時(shí)，參與類比的事物或過程在物理本質(zhì)上應(yīng)當(dāng)具有一致性。圖3與圖4所示的物理過程的類比，從做功與能量轉(zhuǎn)化的本質(zhì)關(guān)系上講是一致的。通過類比的思維加工，分析電源的作用，引出“非靜電力”的概念。類比的關(guān)鍵是引導(dǎo)學(xué)生基于功和能的觀點(diǎn)，將非靜電力做功的本領(lǐng)與電源本身轉(zhuǎn)化能量（即提供電能）的能力聯(lián)系起來，最終建立起電動(dòng)勢的概念。

引導(dǎo)學(xué)生討論怎樣描述非靜電力做功的本領(lǐng)：非靜電力搬運(yùn)電量為q的正電荷從負(fù)極到正極做功W。搬運(yùn)電量為2q的正電荷呢？搬運(yùn)電量為3q的正電荷呢？……在歸納出功和電量的比值是定值之后，再引導(dǎo)學(xué)生分別從功和能的角度分析該比值的物理意義：一方面表示電源非靜電力做功的本領(lǐng)，另一方面表示單位電量的電荷通過電源獲得的能量。

3 通過辯證思維，全面理解概念

電動(dòng)勢雖然是個(gè)抽象的物理概念，但又是一個(gè)可測量的物理量，這恰恰是電源的內(nèi)在特征和外在表現(xiàn)兩者之間矛盾的統(tǒng)一。電動(dòng)勢是電源本身的性質(zhì)，與電源所處的外部環(huán)境（是否接入電路或如何接入電路）沒有關(guān)系。而電源的這種特性只有在接入電路，發(fā)揮其功能時(shí)才能表現(xiàn)出來，由此產(chǎn)生了路端電壓和電源內(nèi)阻的概念。圍繞這對矛盾的辯證關(guān)系，可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究閉合電路中外電路電阻與路端電壓的變化關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)3：將圖2電路中的小燈泡換成滑動(dòng)變阻器，如圖5所示。閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，觀察到電壓表讀數(shù)隨之變化。

問題1：可以將電源兩端的“電壓”理解為電源的“電動(dòng)勢”嗎？為什么？

問題2：電源兩端的“電壓”和電源的“電動(dòng)勢”有可能在數(shù)值上相等嗎？

路端電壓的變化是由于外電路電阻與電源內(nèi)阻的比例關(guān)系發(fā)生變化而導(dǎo)致的，于是在“做”實(shí)驗(yàn)的過程中自然形成了電源內(nèi)阻的概念。更重要的是，引導(dǎo)學(xué)生思考此變化關(guān)系的本質(zhì)——電源提供給整個(gè)電路的電能的分配關(guān)系，從而站在電路的視角，認(rèn)識電動(dòng)勢的物理意義。通過辯證的思維加工，從不同的視角理解電動(dòng)勢的概念，可以更全面地把握概念的內(nèi)涵。

4 通過批判性思維，深化概念理解

批判性思維是指，為決定相信什么或做什么所進(jìn)行的合理的、反省的思考[4]。物理思維屬于科學(xué)的思維方式，本身就決定了其應(yīng)當(dāng)具有批判性。實(shí)驗(yàn)3的探究完成之后，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2的比較中產(chǎn)生的認(rèn)知沖突得到了化解，實(shí)現(xiàn)了由前概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。至此，本節(jié)課的任務(wù)似乎已經(jīng)完成，然而，學(xué)生對電動(dòng)勢和電壓這兩個(gè)概念的本質(zhì)區(qū)別還不一定真正理解。在問題1和問題2的基礎(chǔ)上，通過批判性思維的加工，可提出下面的問題：

問題3：不能把電源兩端的“電壓”理解為電源的“電動(dòng)勢”，僅僅是因?yàn)閮烧咴跀?shù)值上可能不相等嗎？

問題4：“電壓”與“電動(dòng)勢”雖然都可用“伏特”作為單位，但是，在本質(zhì)上有什么區(qū)別嗎？

問題5：實(shí)驗(yàn)1中電壓表的讀數(shù)真的和電源電動(dòng)勢在數(shù)值上相等嗎？換句話說，實(shí)驗(yàn)1真的可以測量電源的電動(dòng)勢嗎？

問題6：有辦法準(zhǔn)確測量電源電動(dòng)勢嗎？“準(zhǔn)確”意指排除電表內(nèi)阻的影響。

通過問題3和問題4，引發(fā)對于“電動(dòng)勢”與“電壓”本質(zhì)區(qū)別的思考。其關(guān)鍵是基于功和能的觀點(diǎn)，從做功的力與能量轉(zhuǎn)化的方向兩個(gè)方面，對電動(dòng)勢與電壓兩個(gè)概念進(jìn)行辨析，深化概念的理解。問題5和問題6通過反思實(shí)驗(yàn)過程，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步鉆研的興趣，使本節(jié)課中思維品質(zhì)的教育價(jià)值得到充分挖掘和體現(xiàn)。

以上分析了電動(dòng)勢概念教學(xué)中的思維加工策略：在解決認(rèn)知沖突的問題驅(qū)動(dòng)下，引入概念；通過類比的思維加工，形成概念；通過辯證和批判性的思維加工，深化對概念的理解。綜上，學(xué)生在形成新的物理概念的過程中，需要經(jīng)歷豐富的思維活動(dòng)，獲得充實(shí)的思維體驗(yàn)。這種體驗(yàn)應(yīng)當(dāng)是一種螺旋式、上升式的思維過程，并充分體現(xiàn)批判性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]唐鳳，唐利強(qiáng).類比教學(xué)的理論基礎(chǔ)及其對物理教學(xué)設(shè)計(jì)的啟示[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2014，（5）：21.

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（欄目編輯 趙保鋼）