杜嘉萍　朱廣天

摘? ?要：有效教學應建立在對學習機制理論理解的基礎之上，因此有必要對學習心理學進行研究。比值定義法是物理中定義物理量的常用方法，教學中應關注方法的顯性化教學和對公式背后物理含義的理解。文章以高中物理“電場強度”的概念教學為例，從學習心理學視角出發(fā)，探討比值定義法的教學實施，為課堂教學提供參考。

關鍵詞：比值定義法;學習心理學;電場強度

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）8-0056-4

學習心理學是研究人學習的內部機制的一門科學[1]，通過對學習目標分類、信息加工機制等的研究，為教學提供教學規(guī)律分析的基礎和依據，幫助教師科學地安排教學任務，作為一種與哲學經驗不同的教學取向，符合學習機制的教學更有效、科學[2]。比值定義法是一種建立概念的認知策略，指通過兩個物理量的比值來定義一個新的物理量。物理學中有眾多物理概念是使用比值定義法建立的，如密度、電場強度、電勢、加速度等。本文以高中物理“電場強度”的概念教學為例，從學習心理學視角出發(fā)，探討比值定義法的教學實施。

1? ? 比值定義法

比值定義法適用于對反映物質的本質、特征屬性的物理量的定義，它不隨定義所用的物理量的大小變化而改變。適用于滿足以下條件的環(huán)境下使用：（1）客觀上需要;（2）間接反映特征屬性的兩個物理量可測，且存在因果邏輯關系，因果關系受物質屬性作為前提條件的制約;（3）兩個物理量的比值是定值[3-4]。

確定使用比值定義法的步驟：（1）確定物質屬性是如何通過與外界發(fā)生作用體現(xiàn)的，該步驟使用轉換法認知策略進行;（2）確定存在因果關系的兩個物理量，保證兩個物理量的比值是定值，比值結果是產生因果關系的前提條件，即事物的本質屬性;（3）寫出比值式。

以電場強度的定義為例[3]，在靜電場中，電場表現(xiàn)出對放入電場中的電荷有靜電力的作用，它們的因果關系如圖1所示。

2? ? 學習過程分析

參考新課標對此提出的概念學習目標“了解電場強度，體會用物理量之比定義新物理量的方法?！本C上分析，認知性教學目標確定為：讓學生理解電場強度，能用自己的語言解釋電場強度的物理性質、建立過程。并讓學生經歷運用比值定義法確定電場強度概念的過程，體會比值定義法的運用。

分析學情，學生已知：電荷的周圍存在著由它產生的電場，場也是一種物質，即使它看不見、摸不著;且電場具有對放入場中的電荷有力的作用的性質，待求為電場強度的定義式。

學習中需解決的問題包括：將對電場的研究轉換為對試探電荷受到的靜電力的研究;對“直接用一試探電荷所受靜電力大小反映電場強度強弱”的可行性分析與否定;轉而用靜電力與試探電荷量的比值反映電場強度，得出電場強度的定義式;領會比值意味著什么。包括：為什么可以通過比值定義法定義新變量？新變量為什么不隨另外兩個物理量的變化而變化。

以“電場強度”為例，學習機制見表1。

其中，求同法、求同求異法是19世紀英國邏輯學家穆勒提出的探索因果聯(lián)系的歸納方法——穆勒五法[5]。

3? ? 基于學習心理學的“比值定義法”教學設計

3.1? ? 通過轉換法得出：“通過電場中電荷受到靜電力的大小來反映電場的強弱”

教師提出問題：“電場看不見、摸不著，應如何研究”，帶領學生回憶同樣采用轉換法間接證明音叉振動的實驗，讓學生經歷比值定義法的第一步：從事先得知的物質屬性會表現(xiàn)出的物理性質出發(fā)，將對物質屬性的研究轉換為對可觀測量的研究。

“將不容易觀察到的振動轉換為感受其對面部力的作用來研究。這樣做的原因是事先得知振動的性質：振動能對與它接觸的物體有力的作用?！?/p>

遷移到電場，學生回憶事先已學習了電場表現(xiàn)的性質：會對放入場中的電荷施加力的作用，得出結論“可以通過觀測電荷受到的靜電力的作用去研究電場”，因此也能得出“通過電場中電荷受到靜電力的大小來反映電場的強弱”。

3.2? ? 通過排中律否定：“直接用任一試探電荷所受靜電力反映電場強度”

排中律是一種對命題判斷的邏輯思考，指兩個互相矛盾的命題，不可能同時為假，必有一真。

教師引入場源電荷和試探電荷，并對試探電荷作進一步解釋：試探電荷只起類似于測量工具的作用，讓學生考慮用不同電荷量的試探電荷去測點電荷電場中某同一點A點受到的靜電力大小。給出簡單數(shù)值，引導學生進行庫侖定律計算。見表2。

教師提出疑問：結論能不能說明電場的強弱與試探電荷的大小有關？

引導學生思考，并假設電場的強弱與試探電荷的大小有關，則會有：

命題一：電場的強弱與試探電荷的大小有關。

命題二：已知電場是客觀存在的，試探電荷只起類似于測量工具的作用。

根據排中律，兩命題矛盾，命題二是正確的，因此命題一錯誤，電場的強弱與試探電荷的大小無關。

3.3? ? 通過求同法得出：“可以通過用靜電力與試探電荷量的比值反映電場強度”

雖然可用電場中電荷受到靜電力的大小來反映電場的強弱，但在電場的同一點位置，使用不同試探電荷觀測，所受的靜電力也不相同。說明靜電力不具備客觀性，與試探電荷有關。那應該怎么描述電場的強弱呢？

教師應在此引導使用求同法的認知策略，求同法是指研究的現(xiàn)象中在不同場合出現(xiàn)某共同的結果，而在各場合中只有一個條件是共同的，那么這個共同條件與共同結果之間有因果聯(lián)系。

請同學們推測在A點放入電荷量為 4q1的電荷受到的靜電力大小，并證明后，便能從表3中發(fā)現(xiàn)規(guī)律：電荷量每增加一倍，靜電力也相應增加一倍。并且經過“同一點A點，改變不同試探電荷，電場強度應該不變”理論分析，運用求同法認知策略，在表3中找出一個條件變化、但結果總不變的量來對應描述電場強度。

根據求同法：

共同條件：都是處于A點位置，電場強度相同。

共同結果：F/q數(shù)值都一樣。

結論：電場強度與F/q有關，可以用F/q反映電場強度。

3.4? ? 通過求同求異法驗證：“可以用F/q大小反映電場強弱”

為驗證用F/q大小反映電場強弱的可行性，學生可計算比較，若在場中靠近場源的A點、相對場源較遠的B點放入試探電荷q1和q2，兩點F/q結果的特點。見表4。

求同求異法要求人們運用求同法思考的同時，考慮到差異條件，如果在某結果出現(xiàn)的一組場合A中，有唯一的共同條件，在另一結果出現(xiàn)的另一組場合B中，沒有這個條件，那么，這個差異的條件就是影響結果發(fā)生的原因。

根據求同求異法：結果顯示，同一試探電荷在A點F/q的數(shù)值較大，這是符合經驗的（離場源電荷近，電場強度大），A點的電場強度較大。結果同時顯示，不同試探電荷在同一點（A點或B點）F/q的數(shù)值相同，這也符合經驗（電場分布固定后，同一位置點的電場強度只有唯一一個值）。因此證實，可以通過F/q的數(shù)值來反映電場的強弱。

3.5? ? 比值定義法的方法顯性化教學

最后教師應揭示，學習過程中采用的是比值定義法，在帶領學生反思電場強度概念得出的過程中，介紹比值定義法的特點、使用步驟、適用條件。

E=■公式的含義，揭示了比值定義法的作用在于采用數(shù)學處理的方法統(tǒng)一“測量”標準，去比較大家都用1 C同一電荷量的試探電荷所受的靜電力大小來反映電場強度，消除用不同電荷量的試探電荷測量帶來的影響，類比“單價”的概念可加深學生對比值定義法的體會。

4? ? 教學啟示

學生在對知識進行信息加工處理的過程中，自然地會在頭腦中運用到如求同法、排中律等的認知策略，教師應根據學生的學習機制，科學組織教學內容。根據學習心理學，學生運用認知策略具有潛在性[5]，即用而不自知。教學中應注意將因果邏輯過程顯性化，讓學生能清晰整理頭腦中的思考。同樣的，比值定義法的教學不應該只停留至學生得出數(shù)學公式的層面，而忽視了方法的顯性化教學和公式背后物理含義的理解。

運用學習心理學能有效地指導教師遵循學生的學習機制，作出科學的教學任務分析，運用認知策略幫助學生理解學習內容，以電場強度的概念學習為例，學生最終達成知識和方法的學習目標。正所謂“以學定教，教學有法”，教師應關注學習心理學取向的教學研究，將教學建立在科學的理論基礎之上。

參考文獻：

[1]陳剛.論物理概念和規(guī)律意義學習的教學設計——學習心理學的視角[J].全球教育展望，2014，43（12）：58-71.

[2]皮連生，吳紅耘.兩種取向的教學論與有效教學研究[J].教育研究，2011，32（5）：25.

[3]李君健.比值定義法的物理思想及教學啟示[J].物理教學探討，2014，32（12）：45-46.

[4]閆斌.比值定義法在高中物理教學中的應用研究[J].中國校外教育，2019（22）：56-57.

[5]陳剛.物理學習與教學論[M].上海：華東師范大學出版社，2019：21-33，69-88.

（欄目編輯? ? 羅琬華）