【摘 要】“靜電場”是高中物理的教學難點，類比教學往往能突破教學中的難點，使復雜、抽象的新知識遷移到簡單、熟悉的舊知識中。但是在實際教學中，很多教師運用類比教學基本停留在淺層思維，甚至會給學生帶來一些新的認知障礙。文章根據(jù)學生的年齡特點和認知水平，以培養(yǎng)學生的高階思維為目的，對類比教學進行優(yōu)化，幫助學生進行深度學習。

【關(guān)鍵詞】靜電場;類比教學;深度學習

【作者簡介】姜慶榮，江蘇省太倉市學科帶頭人，主要研究方向為物理學科教學。

深度學習是在理解性基礎上的批判性學習。深度學習要求學生運用多樣化的學習策略對知識進行深度加工，建立起新舊知識之間的聯(lián)系，從而建構(gòu)個人知識體系并遷移到實際情境中解決復雜問題。提升高級認知、培養(yǎng)高階思維是深度學習的目的。在物理抽象概念的教學中，教學方式不當往往會導致學生停留在淺層學習，而不能真正內(nèi)化知識。類比教學法可以有效地解決以上問題，把學生思維引向深層次[1]。筆者以“靜電場”部分概念的教學為例，談談如何優(yōu)化類比教學策略，促進學生的深度學習。

一、 巧借動漫形象類比，觸發(fā)深層次“場”模型建構(gòu)

人教版高中物理新教材必修3對電場的引入設計為：首先引用科學家法拉第關(guān)于電場的初步觀點;然后提出“電荷A對電荷B的作用力，就是電荷A的電場對電荷B的作用……”的觀點;最后提出“場也是物質(zhì)存在的一種形式”的觀點。教材的設計在科學性上并無爭議，但學生在這之前幾乎從未學習過類似“不可見物質(zhì)”的知識，因而教材中這種陳述性的描述對學生來說比較晦澀難懂。另外，教材中關(guān)于電場強度概念建立的教學設計是通過一個場源電荷對試探電荷的作用力展開研究的，整個教學過程比較注重數(shù)理邏輯的推理，而對電場本身的描述相對抽象。為突破學生這種相對陌生的認知障礙，教師可以借助學生這個年齡段比較熟悉的動漫形象進行類比教學。因為生動形象的動漫形象能夠幫助學生化抽象為形象，讓學生有效搭建起新舊知識的橋梁，從而構(gòu)建新的知識體系[2]。如以經(jīng)典動漫《七龍珠》中的孫悟空形象為例，可以將動畫情景與靜電場模型進行有效類比。

教師播放一段《七龍珠》中孫悟空變身超級賽亞人的視頻，讓學生觀察孫悟空變身后其周圍環(huán)境的變化?？梢钥吹剑涸趯O悟空變身過程中，其周圍的空氣似乎在不斷地波動，同時伴隨有閃電，周圍的敵人均受到了孫悟空變身所產(chǎn)生的“隔空”傷害?？梢哉J為孫悟空周圍產(chǎn)生了比較強大的氣場，而這個氣場對周圍的人有力的作用，體現(xiàn)為氣場對人具備力的屬性。因此可以將孫悟空與場源電荷進行類比，氣場與電場進行類比。具體而言，場源電荷通過自身產(chǎn)生的電場對試探電荷產(chǎn)生力的作用可類比為孫悟空通過自身產(chǎn)生的氣場對敵人產(chǎn)生力的作用。另外，顯而易見的是，當距離孫悟空越遠時，氣場也越弱;雖然周圍沒有“試探敵人”受到攻擊，但是孫悟空產(chǎn)生的氣場也依然存在，不因“試探敵人”的存在而變化。再比如，對于一個能力較弱的賽亞人，其周圍產(chǎn)生的整體氣場一定是弱于孫悟空的，這就與場源電荷的電荷量變少，其周圍電場也是整體變?nèi)醯囊粯印?/p>

二、舊知新說，由淺入深引發(fā)深度思考

電場因其不可視的特點具有很強的抽象性，然而電場本身又是具體的真實存在的物質(zhì)。這種“抽象性”和“具體性”的顯性矛盾成為學生學習電場知識的主要難點。因此將新舊知識進行類比，實現(xiàn)有效的知識遷移是實現(xiàn)學生重構(gòu)知識體系的有效手段。教學中比較常見的類比是將電場力與重力類比、電場強度與重力加速度類比、電勢能與重力勢能類比、電勢與高度類比。然而電場強度與重力加速度的類比以及電勢與高度的類比對學生而言是略顯牽強的。因此，教師在教學中可以通過舊知新說的方式，即舊概念新描述，賦予舊的概念“新的生命”，這樣有利于學生對新概念的建立和理解，進而引發(fā)學生進行深度思考。

（一） 引入重力場進行類比教學的有效性

筆者所在的物理教研組在研討“電場強度”這一知識點時曾引發(fā)這樣的爭論：整個初、高中教材中均沒有涉及關(guān)于重力場的任何描述，因此用重力場來類比電場則相當于用一個陌生的概念類比另外一個陌生的概念，這樣的類比教學是否有效？

筆者認為這樣的擔憂是沒有必要的。首先，教師在引入重力場進行類比教學時，往往不是在講授電場強度的知識時直接類比，而是在學生對“場”已經(jīng)具有一定的認識后，再將電場與重力場進行類比。從教學邏輯上講，并不是將電場類比成重力場，而是先將重力場類比成電場。其次，重力場的引入往往出現(xiàn)在教學電勢、電勢能、電勢差等概念時，相比電場的多變和晦澀難懂，重力場則簡單很多。盡管重力場對于學生來說依然陌生，但是重力場中的高度、重力勢能等概念是學生比較熟悉的。再結(jié)合筆者提出的氣場類比教學，學生很容易理解重力場的存在。所以引入重力場對于幫助學生理解電勢和電勢能的概念是大有裨益的。這部分的教學邏輯如圖1所示，先由電場引出重力場的“新描述”，再由重力場反過來類比電場，進而將重力場中的概念與電場中的概念進行類比教學。

（二）重力場強度與電場強度類比的科學性

教師在教學過程中經(jīng)常將重力和電場力進行類比。根據(jù)公式的書寫方式，電場力qE中的q應該用mg中的m進行類比，因此電場強度E應該用重力加速度g進行類比。在教學過程中，將q和m進行類比學生比較容易接受，二者都是描述物質(zhì)屬性的物理量。但將E和g進行類比似乎有些牽強，因為E是描述電場這個物質(zhì)屬性的物理量，而g是一個運動學物理量。因此建議將“重力加速度g”的說法改成“重力場強度g”。在地球的不同位置，重力場強度也是不一樣的，如赤道附近的重力場強度比兩極的要小。不同的天體表面，重力場強度也不同，如月球表面的重力場強度是地球表面的16。重力場強度取決于天體本身所產(chǎn)生的重力場，所以傳統(tǒng)意義上的重力加速度可以用來描述天體所產(chǎn)生的重力場的強弱，故可稱之為重力場強度。與電場強度類似，它是描述重力場這個物質(zhì)屬性的物理量。因此，將重力場強度與電場強度進行類比的教學方法是科學的。

（三）迎合電勢的概念，改高度為地勢的嘗試

教材是從比值定義法的角度來定義電勢的，對電勢具體的物理意義，教材沒有做太多說明，因此加大了學生對電勢概念理解的難度。電勢是描述電場中“位置”的物理量，筆者在教學過程中發(fā)現(xiàn)，學生更容易從“位置”的角度接受電勢這個新概念，因此可以將這種電場“位置”與重力場中的空間位置進行類比。教學中常以高度來類比電勢，從實際教學效果來說這樣的類比略顯生硬。在日常生活中常以地勢高低來描述某地的高度，所以建議引入地勢的說法，其意義類似于高度，將重力場中的地勢與電場中的電勢進行類比，更加切合學生的理解水平。比如：順著重力場線地勢降低，順著電場線電勢降低;重力場中等地勢線垂直于重力場線，電場中等勢線垂直于電場線。

三、從宇宙視角看重力場，突破類比空間局限，激發(fā)深度學習

在“靜電場”的類比教學中，教師往往以地面附近的勻強重力場來類比勻強電場，進而引出各個電場中的概念。這樣可以起到不錯的效果，但是也給學生帶來了一定的困惑。因為這樣的類比僅僅局限在勻強電場的學習中，而高中涉及的很大一部分電場題型都是非勻強的，此時若仍以勻強重力場進行類比則顯得有些牽強。筆者認為，若將視角提升至宇宙尺度，從更高的視角審視地球和地球重力場，再將其與非勻強電場進行類比，則能有效解決以上困惑。

環(huán)節(jié)一：讓學生畫出地表水平面上方的重力場線，同時畫出等地勢線（如圖2）。

環(huán)節(jié)二：讓學生設想自己從地球表面不斷升高，直至地球在眼中呈現(xiàn)出適當大小的球狀。讓學生畫出此時地球周圍的重力場線分布，同時畫出等高線（等地勢線）。此時的重力場線呈發(fā)散狀分布且指向地心，等地勢線也不是平行的水平線，而是以地心為圓心的同心圓（如圖3）。

環(huán)節(jié)三：電勢不能簡單地用高度進行類比，應賦予地勢新的定義。電勢能的公式是Ep=φq，重力勢能的表達式是Ep=mgh，學生僅從公式中就不難發(fā)現(xiàn)電勢φ應與gh進行類比，因此將電勢與高度進行類比似乎不妥。此時可以賦予地勢新的定義，如地球表面的地勢可表示成Φ=gh，地勢差則表示為ΔΦ=gΔh，重力勢能的表達式即演變成Ep=Φm，此時再去類比則更加容易被學生接受。

環(huán)節(jié)四：在學生所畫的等地勢線的基礎上進行修正，畫出等差等地勢線。教師通過有效的設問，引導學生得出：離地面越高，重力加速度越小，從而無法根據(jù)公式ΔΦ=gΔh直接計算地球上空的地勢差。在定性分析的基礎上，學生不難得出：當高度升高時，重力加速度變小，所以地勢差相同的情況下，等差等地勢線之間的距離越來越大，即越來越稀疏。教師再引導學生將地球上空的等差等地勢線與負點電荷周圍的等差等電勢線進行類比，學生能更深刻地掌握電勢、電勢能等概念的物理意義。

通過以上四個環(huán)節(jié)，步步深入，擺脫了傳統(tǒng)的空間類比。用高度類比電勢是淺層次的空間化類比，對地勢重新解讀后再進行類比能夠啟發(fā)學生的高階思維。構(gòu)建宇宙視角地球模型可以為學生從淺層學習通向深度學習搭建臺階。對地勢的深層次解構(gòu)讓學生明白電勢這個概念不是簡單地描述電場中的位置，而是一個關(guān)于位置和能量性質(zhì)的物理量。學生在空間想象和數(shù)學推理中不斷深入，最終達成對電勢、電勢能等概念的深度理解。對于學生水平較高的班級，教師可以從微積分的角度解讀地勢差和電勢差的概念，讓學生達到更深層次的知識內(nèi)化。

深度學習倡導多渠道獲取信息，關(guān)注新舊知識的融合。類比教學能夠有效幫助學生搭建學習新知識的橋梁，從而更高效地建立起新舊知識之間的聯(lián)系。學生通過類比學習不僅能夠?qū)εf知識進行再加工，還能在面對新知識時能夠變被動機械的淺層學習為積極主動的深層學習，從而有效地建立起更完善的知識體系。實踐證明，電場知識的教學中采用類比教學法能提升學生抽象思維、形象思維的能力，進而促進學生進行深度學習。

參考文獻：

[1]陳志軍.“靜電場”的類比法教學探討[J].中學物理教學參考，2016（6）：38-41.

[2]雍振華.情境中類比 方法中建構(gòu)：以“電場強度”教學為例[J].物理教學探討，2015（2）：65-67，70.

（責任編輯：羅小熒）