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高中物理课堂教学中,对物理概念的讲解,是学生能否掌握完整的基础知识,能否培养正确的物理思维能力的关键。因此,物理课堂概念教学应当是物理教学的落脚点。
笔者就粤教版高中物理3-1教材《电势和电势差》一节教学过程中遇到的一则案例,来说明在高中物理课堂概念教学过程中应注意的一些问题。在课堂教学中,为了拓展电势能和电势的理解,我出了一道问答题:“在正电荷形成的电场中的某一点,正试探电荷所具有的电势能一定大于负试探电荷所具有的电势能。”引导学生分析如下:因为正电荷形成的电场中各点的电势都是正的,如图1所示,在B点放入正点电荷q时,具有的电势能EA=qφA,对正试探电荷,q>0,φA>0,故EA=qφA>0;对负试探电荷,q<0,φA>0,故EA=qφA<0;这就是所谓的“正正得正,正负得负”;同理,在负电荷形成的电荷中有“负负得正,负正得负”。
得到这样的结论,无疑可以帮助学生快速判断不同电性的电荷在电场中电势能的高低,然而如果简单的认为只要让学生记住这样的结论就可以达到这节课的教学要求,那就可能大错特错了。
为了让学生进一步理解电势电势能的概念,我接下来提出这样的问题:“为什么正电荷形成的电场中各点的电势都是正的?”我随即补充一句:“这里有个前提条件,规定无穷远处为参考点(即零电势点)”。等学生们点头表示明白之后,我又提出下面这个问题:“参考点的选择原则上是任意的,如果规定的电荷所在处为参考点(如图1中的B点),那么正电荷形成的电场中各点的电势都是负的,正试探电荷在该电场中的某一点(如图1中的A点)的电势能就是负的,负试探电荷所具有的电势能反而是正的,得出的结论刚好相反。”即如果不选择无穷远处为参考点时就将出现“正正得负,正负得正”的情况。显然这样的说法有道理,但同一问题不应该有两个不同的结论,这极大地引起了学生的探究积极性,问题出在哪里呢?为了解决这一问题,我们从最基本的出发,一步一步地来论证。
根据定义,在电场中把一个试探电荷 q从A点移至B点,它的电势能的减少 EAB加定义为在此过程中静电场力对它作的功EAB,即:EAB= WAB,而WAB=qUAB;如果选 B点为参考点,则在电场中试探电荷q在A点具有的电势能EA=qφ。即公式EA=qφ是正确的。在图1所示中,如果规定 B点为参考点,正试探电荷在A点具有的电势能EA<0,负试探电荷在A点具有电势能EA>0,即“正正得负,正负得正”是可以成立的。
表面上看,因为电势能的正负表示大小,负的电势能小于正的电势能好象成立。但由于电势能是电荷体系共有的,既包括产生电场的电荷,也包括试探电荷,“试探电荷放在电场中具有电势能”这只是一种简说;同时对于两个点电荷间的电势能,实际上是它们之间的相互作用能,是它们共有的,其数值是相对的。对相同的电荷体系,规定不同的参考点,电势能的数值是不同的;而对于不同的电荷体系,即使规定相同的参考点,电势能的数值也不一定是等价的,不一定有直接的可比性。
因此在图1中,如果我们选择C点为参考点,正、负试探电荷分别放于C点,电势能的数值均为零,但由于试探电荷不同,组成的电荷体系也不同,电势能的数值均为零并不能说明它们具有的电势能相等。正如在重力场中,不同质量的物体分别位于同一参考点上,它们具的重力势能均为零,但我们不能认为它们的重力势能相等。只有当选择无穷远处为参考点时,对于不同的试探电荷,由公式EA=qφ计算的电势能是等价的,可以直接进行比较,即本文开头的问题的结论是正确的,但由“正正得正,正负得负”来分析是有条件的。学生恍然大悟,并兴奋不已。
通过这一问题的探讨,对物理概念的教学,可以引发以下思考 :
1.探究活动应在物理课堂概念教学中得到注重
探究活动既是一种最有效的教学方式、学习方式,也是一种最有效的教学过程和学习过程。相比规律教学来说,概念教学的探究活动更应注重,因为规律教学的探究活动似乎已经形成一套程式,比较习以为常,而概念教学的探究活动容易被忽视,往往是教师按预设的程序来介绍,同时概念教学探究活动困难也更多一些。很多时候,学生解答概念题比解答综合题显得更困难一些,这跟我们教师忽视概念教学的探究活动不无关系。
2.物理课堂概念教学注重物理概念的建构过程
教师在今后的教学中更应注重物理概念的建构过程,注重概念的引入、形成、深化和巩固的各个环节,从学生的“最近发展区”出发,贴近学生的生活实际,提供丰富的感性材料,抽象出概念的本质属性,通过举例、类比、归纳、引伸等手段,讲清概念的内涵、外延及与有关概念的联系,搞清其来龙去脉、适用范围、前提条件等,还要通过一些具体问题进行不断的深化和巩固。这样才能对概念有深刻理解,才能真正掌握概念并加以灵活运用。
3.对物理结论的“顺口溜”应辩证的看待
我们许多老师喜欢把物理结论编成易记的口诀,如:对电路的定性分析问题编成“串反并同”,对伏安法测电阻时内外接分别适用于测大电阻或小电阻以及测量值与真实值关系编成“分压小,分流大”等 ,对于这些“记忆性法则”确实有它好的一面,尤其对应试能大大提高答题的准确率和解题速度,但我们认为这类“记忆性法则”还是尽量少用,特别是对物理概念不理解、分析过程和分析方法没掌握的情况下,单纯地去讲一些“记忆性法则”是毫无意义的,比如知道“串反并同”而不会进行电路的定性分析,即使做对题目,除了应试作用以外,对培养创新人才是毫无用处的。
(作者单位:广东省惠州市第四中学)
笔者就粤教版高中物理3-1教材《电势和电势差》一节教学过程中遇到的一则案例,来说明在高中物理课堂概念教学过程中应注意的一些问题。在课堂教学中,为了拓展电势能和电势的理解,我出了一道问答题:“在正电荷形成的电场中的某一点,正试探电荷所具有的电势能一定大于负试探电荷所具有的电势能。”引导学生分析如下:因为正电荷形成的电场中各点的电势都是正的,如图1所示,在B点放入正点电荷q时,具有的电势能EA=qφA,对正试探电荷,q>0,φA>0,故EA=qφA>0;对负试探电荷,q<0,φA>0,故EA=qφA<0;这就是所谓的“正正得正,正负得负”;同理,在负电荷形成的电荷中有“负负得正,负正得负”。
得到这样的结论,无疑可以帮助学生快速判断不同电性的电荷在电场中电势能的高低,然而如果简单的认为只要让学生记住这样的结论就可以达到这节课的教学要求,那就可能大错特错了。
为了让学生进一步理解电势电势能的概念,我接下来提出这样的问题:“为什么正电荷形成的电场中各点的电势都是正的?”我随即补充一句:“这里有个前提条件,规定无穷远处为参考点(即零电势点)”。等学生们点头表示明白之后,我又提出下面这个问题:“参考点的选择原则上是任意的,如果规定的电荷所在处为参考点(如图1中的B点),那么正电荷形成的电场中各点的电势都是负的,正试探电荷在该电场中的某一点(如图1中的A点)的电势能就是负的,负试探电荷所具有的电势能反而是正的,得出的结论刚好相反。”即如果不选择无穷远处为参考点时就将出现“正正得负,正负得正”的情况。显然这样的说法有道理,但同一问题不应该有两个不同的结论,这极大地引起了学生的探究积极性,问题出在哪里呢?为了解决这一问题,我们从最基本的出发,一步一步地来论证。
根据定义,在电场中把一个试探电荷 q从A点移至B点,它的电势能的减少 EAB加定义为在此过程中静电场力对它作的功EAB,即:EAB= WAB,而WAB=qUAB;如果选 B点为参考点,则在电场中试探电荷q在A点具有的电势能EA=qφ。即公式EA=qφ是正确的。在图1所示中,如果规定 B点为参考点,正试探电荷在A点具有的电势能EA<0,负试探电荷在A点具有电势能EA>0,即“正正得负,正负得正”是可以成立的。
表面上看,因为电势能的正负表示大小,负的电势能小于正的电势能好象成立。但由于电势能是电荷体系共有的,既包括产生电场的电荷,也包括试探电荷,“试探电荷放在电场中具有电势能”这只是一种简说;同时对于两个点电荷间的电势能,实际上是它们之间的相互作用能,是它们共有的,其数值是相对的。对相同的电荷体系,规定不同的参考点,电势能的数值是不同的;而对于不同的电荷体系,即使规定相同的参考点,电势能的数值也不一定是等价的,不一定有直接的可比性。
因此在图1中,如果我们选择C点为参考点,正、负试探电荷分别放于C点,电势能的数值均为零,但由于试探电荷不同,组成的电荷体系也不同,电势能的数值均为零并不能说明它们具有的电势能相等。正如在重力场中,不同质量的物体分别位于同一参考点上,它们具的重力势能均为零,但我们不能认为它们的重力势能相等。只有当选择无穷远处为参考点时,对于不同的试探电荷,由公式EA=qφ计算的电势能是等价的,可以直接进行比较,即本文开头的问题的结论是正确的,但由“正正得正,正负得负”来分析是有条件的。学生恍然大悟,并兴奋不已。
通过这一问题的探讨,对物理概念的教学,可以引发以下思考 :
1.探究活动应在物理课堂概念教学中得到注重
探究活动既是一种最有效的教学方式、学习方式,也是一种最有效的教学过程和学习过程。相比规律教学来说,概念教学的探究活动更应注重,因为规律教学的探究活动似乎已经形成一套程式,比较习以为常,而概念教学的探究活动容易被忽视,往往是教师按预设的程序来介绍,同时概念教学探究活动困难也更多一些。很多时候,学生解答概念题比解答综合题显得更困难一些,这跟我们教师忽视概念教学的探究活动不无关系。
2.物理课堂概念教学注重物理概念的建构过程
教师在今后的教学中更应注重物理概念的建构过程,注重概念的引入、形成、深化和巩固的各个环节,从学生的“最近发展区”出发,贴近学生的生活实际,提供丰富的感性材料,抽象出概念的本质属性,通过举例、类比、归纳、引伸等手段,讲清概念的内涵、外延及与有关概念的联系,搞清其来龙去脉、适用范围、前提条件等,还要通过一些具体问题进行不断的深化和巩固。这样才能对概念有深刻理解,才能真正掌握概念并加以灵活运用。
3.对物理结论的“顺口溜”应辩证的看待
我们许多老师喜欢把物理结论编成易记的口诀,如:对电路的定性分析问题编成“串反并同”,对伏安法测电阻时内外接分别适用于测大电阻或小电阻以及测量值与真实值关系编成“分压小,分流大”等 ,对于这些“记忆性法则”确实有它好的一面,尤其对应试能大大提高答题的准确率和解题速度,但我们认为这类“记忆性法则”还是尽量少用,特别是对物理概念不理解、分析过程和分析方法没掌握的情况下,单纯地去讲一些“记忆性法则”是毫无意义的,比如知道“串反并同”而不会进行电路的定性分析,即使做对题目,除了应试作用以外,对培养创新人才是毫无用处的。
(作者单位:广东省惠州市第四中学)