林建華 任昭開 王英

摘? ?要：靜電場難學，其原因有三個：一是學生缺乏對電場的感性認識;二是電場中大量使用抽象的比值法定義物理量;三是學生初學電場知識時難以厘清各物理量間的關(guān)系。解決方法有三個：一是增強教學的直觀性，激發(fā)學生學習熱情;二是將電場和風力場、重力場類比，促進學生思維遷移，加速學生領(lǐng)悟電場中的難點概念;三是適時梳理知識，厘清各個物理量間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：特征量;比值定義法;電場與風力場;類比

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）6-0056-3

1? ? 為什么多數(shù)學生對《靜電場》一章的學習感到非常困難

學生常說電場知識空洞無物，抽象難懂，非常難學。其到底難在何處？為何難學？我們有必要做深入具體的剖析。

1. 學生缺乏對電場的感性認識是造成電場難學的重要原因。電場和磁場雖同屬于物質(zhì)的第四態(tài)，都看不見摸不著。但學生通過學習初中物理，對磁現(xiàn)象已有所了解，知道小磁針的作用，知道磁體及其相互作用規(guī)律，有磁感線概念?？墒牵瑢W生在高中學習電場前，很少感知過電場的存在，其知道的與電場有關(guān)的知識幾乎為零;這會導(dǎo)致學生學習電場知識時處在一種無感、無知、無需求、無動力的狀態(tài)。

2.學生一時難以理解用抽象的比值定義法來定義的新物理量的意義?；仡櫝踔形锢斫虒W，我們會發(fā)現(xiàn)速度和密度雖同為用比值定義法定義的物理量，但學習難度大不相同。與速度有關(guān)的物理現(xiàn)象，學生在日常生活中接觸較多，感性認識很豐富，故用比值法定義速度概念時，學生很容易理解路程與時間之比的物理意義。而學生在學習密度概念前，很少關(guān)注過與密度有關(guān)的物理現(xiàn)象，缺乏對密度的感性認識，學習用比值法定義的密度概念時，非常難以理解質(zhì)量與體積之比的物理意義;學生必須結(jié)合具體實例，并經(jīng)過一段時間的感悟，方能真正領(lǐng)會密度概念的物理意義。同理，學生在缺乏對電場的感性認識時，就學習用比值定義法定義的電場強度、電勢、電勢差、電容等概念，同樣會感到困難重重，難以理解其物理意義。

另外，在尚未真正領(lǐng)會一個新學的物理概念的情況下，就要用這個概念去表述另一個新概念，這時學習難度也會大大增加。比如，初中學生剛學完質(zhì)量概念，還沒有理解質(zhì)量這一概念時，就被要求用質(zhì)量來描述密度這一新物理量，學生當然難以理解質(zhì)量與體積之比的物理意義。同理，學生在對電場力、電場力做功、電勢能、電勢能的變化等概念僅有初步了解的情況下，就被要求馬上用這些物理量描述電場強度、電勢、電勢差，這些用比值定義法來定義的描述電場特性的物理量，學生當然一時難以理解其物理意義。

3.學生一時難以厘清電場中眾多物理量之間的關(guān)系。如：描述電場特性的物理量（E、φ、UAB）

與非特性物理量（F、W、EP、ΔEp）之間的關(guān)系;定義式和決定式的關(guān)系[1]，如E= 與E=k 的關(guān)系;特征量與特征量之間的關(guān)系，如E與UAB的關(guān)系;電場的形象描繪與抽象化（數(shù)學化）描繪間的關(guān)系，如電場線、等勢面與電場強度、電勢、電勢差之間的關(guān)系。對學生而言，這些關(guān)系確實是新而多，且多而亂。

2? ? 突破教學難點的幾點嘗試

1.創(chuàng)設(shè)情境，感知電場。法拉第當年為了讓人們理解磁場、電場確實存在，其富有想象力地引入了并非真實存在的磁感線、電場線概念;并通過模擬實驗的演示，讓人們感知到磁場、電場的真實存在，最終讓人們接受了電場、磁場這些新概念。初中老師給學生演示的“條形磁體周圍鐵屑分布圖案”實驗，對學生感知磁場的真實存在起到了關(guān)鍵作用，是任何語言描述都難以替代的。高中教材中設(shè)計的模擬電場線的演示實驗，做好了就能夠有效地在學生腦海中再造想象，物化電場;又如教材中“探究影響電荷間相互作用力的因素”的演示實驗，看似平淡無奇，但本實驗卻不僅能夠揭示電荷間的相互作用規(guī)律，還能幫助學生感知電場的真實存在，并為學生后續(xù)學習電場力和能的性質(zhì)提供了直觀的感性素材，對學生理解電場力和能的性質(zhì)大有裨益。

利用多媒體展示也能有效地提升教學效果。由于客觀條件限制，個別演示實驗的效果不太理想，有些與電場相關(guān)的科普知識，可能不便用演示的方法展示給學生，這時我們可以用視頻、動畫、甚至微課展示給學生，教學效果非常好。比如，可用多媒體展示“人體帶電，幾種典型電場的電場線的立體分布，靜電復(fù)印機原理，重離子加速器治療癌癥”等與電場相關(guān)的知識。

2.大膽類比，突破教學難點。只有當學生能將新學的知識與其大腦中已有的知識發(fā)生聯(lián)系時，學生方能真正地領(lǐng)悟新概念，教師可將電場和風力場類比：

一是可幫助學生理解電場的物質(zhì)性。電場和風力場都是無形的，這一點兩者是相似的;當起風時柳枝受風力而飛揚，說明風力場是一種物質(zhì)，其有力和能的特性。同理，電場也看不見摸不著，但在其中放入帶電的驗電羽時，驗電羽也會飛動起來，說明驗電羽上的電荷也受電場力的作用，可見電場也是一種物質(zhì)，同樣具有力和能的特性。

二是可幫助學生加速領(lǐng)會電場強度的物理意義。教師在“電場強度”一節(jié)教學中，可將一把臺扇立放在講臺上，臺扇開啟后（不搖頭）周圍將形成穩(wěn)定的風力場，且各處風力場的強度是一定的。現(xiàn)取紙帶（打點計時器用的紙帶）來進行實驗。實驗1：取長度相同的兩條紙帶同時放入臺扇前的A、B兩處，讓風幾乎垂直地吹向紙帶，可以看到兩紙帶飄動情況不同，說明兩者受風力大小不同，這時學生會認為受風力大的紙帶處風力場的場強大，誤以為僅僅用紙帶受的風力大小就可以表示風力場的強弱。實驗2：取長度不同的兩條紙帶先后依次放入臺扇前的A處，讓風幾乎垂直地吹向紙帶，兩次紙帶飄動情況不同，說明兩次紙帶受的風力大小還與紙帶有關(guān)（這里與紙帶的長度有關(guān)），不能僅僅用風力的大小來表示風力場的場強，應(yīng)該用相同標準下（如本實驗中可取單位長度的紙帶）紙帶受到的風力大小來表示風力場的強弱。同理，電荷周圍各點的電場強度也是一定的，我們可以將同一檢驗電荷依次分別放入電場中的A、B兩點，學生會認為檢驗電荷在電場中受電場力大的地方電場強度大，誤以為僅僅用檢驗電荷受的電場力的大小就可以表示電場強弱;但如果我們將兩個帶電量不同的檢驗電荷分別依次放入電場中的A點，就會發(fā)現(xiàn)電荷受的電場力還與檢驗電荷的電量有關(guān)，不能僅僅用電場力的大小來表示電場的強弱，應(yīng)該用相同的標準下（取單位電量）檢驗電荷受的電場力的大小來表示電場的強弱。這樣我們就能夠形象地揭示出檢驗電荷受的電場力與其電荷量之比的物理意義，讓學生真正領(lǐng)悟電場強度的概念。

另外，還可以將電場與重力場進行類比，這對學生學習電勢能、電勢、電勢差概念，也能收到事半功倍之效。這些方法各類資料中多有介紹，這里就不贅述了。

3.適時對知識進行梳理。力求主線清晰，重難點突出，分類合理（應(yīng)保持邏輯上的一致性）。

這里以“電場力和能的性質(zhì)”這兩個單元的知識梳理為例，談?wù)勛约旱囊稽c思考。

這兩單元知識可歸納為如下三點：

（1）一個定律：庫侖定律F=k

（2）兩種性質(zhì)：電場力和電場能的性質(zhì) （用物理量電場強度E、電勢φ、電勢差UAB表示）有[2]：

（3）三個關(guān)系：即電場的形象化描述與電場的抽象化（數(shù)學化）描述間的三個組合關(guān)系。

①形象化描述電場與形象化描述電場間的關(guān)系，即電場線與等勢面的關(guān)系。

如：沿電場線方向等勢面的電勢逐漸降低;電場線越密集的地方等差等勢面越密集。

②抽象化描述電場與抽象化描述電場間的關(guān)系。

如：電勢與電勢差的關(guān)系，勻強電場中E與U的關(guān)系U=Ed。

③形象化描述電場與抽象化描述電場之間的關(guān)系。這里可以對“線、面、E、φ、UAB” 這五個要素進行多重組合，找出“形象”與“抽象”間各要素間的多種關(guān)系。

如：E與“線”的關(guān)系，E與“面”的關(guān)系;UAB與“線”的關(guān)系， UAB與“面”的關(guān)系;φ與“線”的關(guān)系，φ與“面”的關(guān)系。

這里可以給學生留點思考空間，讓其按此思路自由發(fā)揮，自行歸納，重在培養(yǎng)學生整合知識的能力，不要過分追求歸納的完整性。

上述知識梳理的主線是：

電荷間的相互作用規(guī)律—發(fā)現(xiàn)電場—電場的性質(zhì)及描述。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010：11-12.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2010：12-24.

（欄目編輯? ? 羅琬華）