類比教學(xué)法在《電勢能和電勢》講解中的應(yīng)用

【摘 要】本文以《電勢能和電勢》的教學(xué)設(shè)計為例，通過詳細(xì)推進(jìn)將重力場與靜電場的類比過程，淺析類比教學(xué)法在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】類比法 靜電場

物理學(xué)雖然是一門實驗學(xué)科，但在高中物理的教學(xué)過程中并不是所有的內(nèi)容都方便以實驗的手段來呈現(xiàn)，所以類比教學(xué)法也是一種極為常用的教學(xué)方法，尤其是在概念教學(xué)上，類比教學(xué)法的優(yōu)勢極為突出。作者通過長期的教學(xué)發(fā)現(xiàn)：有些概念因為貼近生活，所以在教學(xué)設(shè)計上可以簡明扼要，學(xué)生的理解接受過程也比較順利。然而還有一少部分較為抽象的概念，例如：場、勢能、電勢等概念，要如何講解呈現(xiàn)就成為了教師教學(xué)設(shè)計的一大難題。

在《靜電場》一章中建立的第一個相關(guān)物理量是電場強(qiáng)度，因為可以通過實驗法分析引導(dǎo)，這一概念的建立并不困難，但是對于剛剛接觸“場”的學(xué)生而言需要時間理解消化。當(dāng)學(xué)生已經(jīng)全面熟識了電場“力”的性質(zhì)之后，那么《電勢能和電勢》就是開始研究電場“能”的性質(zhì)至關(guān)重要的一節(jié)，本節(jié)所涉及到的基本概念的學(xué)習(xí)是靜電場這一章中的一個難點，與以往不同的是，這個難點并不是通過實驗來探究，而是由類比法來分析總結(jié)。類比法也算是一種探究式的思維方法，需要邏輯和時間，根據(jù)不同事物中存在的共性來推理出建立在這些共性基礎(chǔ)上的規(guī)律，同時還要關(guān)注發(fā)散思維的合理取舍，方可引導(dǎo)學(xué)生得出預(yù)期的課堂效果。

處理好本節(jié)內(nèi)容除了能夠幫助學(xué)生了解靜電場能的性質(zhì)之外，還可以為學(xué)生提供一種新的處理問題方法，即：當(dāng)有些問題不方便用實驗來探究，同時又與之前我們所熟悉的知識有著相似相通的地方，那就可以通過類比的方式來解決問題，或者由類比提供猜想方向，再通過其他手段來求證。

教材在內(nèi)容安排上從靜電力做功的特點入手，由例題得出靜電力做功與路徑無關(guān)這一特點，由此為切入點開始類比，用這一特點引導(dǎo)學(xué)生將靜電場與重力場類比，從而定義電勢能這一概念，然后在電勢能的比較中用比值法定義電勢這一表征靜電場能的性質(zhì)的物理量，最后介紹等勢面這種描述靜電場的工具。邏輯上很通順，但是細(xì)節(jié)上還需要適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。高二的學(xué)生已經(jīng)知道了能量的分類，掌握了用做功來衡量能量變化的算術(shù)能力。但是對于“場”的認(rèn)識并不清晰全面，對于重力場的認(rèn)識也僅僅是會運(yùn)用公式來計算重力勢能和重力做功，在此前的學(xué)習(xí)中也少有提及：重力場、重力加速度g就是重力場強(qiáng)度、重力勢gh等概念，因此在用類比法構(gòu)建電勢能和電勢這兩個概念時可能會遇到不順暢的情況。對于重力和重力做功的過程，學(xué)生可以設(shè)計實驗去體驗或者回顧習(xí)題來探究，但是對于靜電力做功、電勢能、電勢等概念學(xué)生缺乏切身感受，帶電體的宏觀運(yùn)動實驗又很難實現(xiàn)，加之電荷有正負(fù)之分，這些都使得分析靜電力做功和電勢能變化的過程更加復(fù)雜，如果泛泛而談只會讓學(xué)生不知所云，更加難以理解為什么要用類比來分析。因此，每一個引導(dǎo)問題的設(shè)置都要嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)。具體操作如下：

【教學(xué)環(huán)節(jié)】學(xué)生活動，學(xué)生代表演板計算不同路徑的靜電力做功，其余學(xué)生通過計算結(jié)果歸納總結(jié)靜電力做功的特點，得出：“在勻強(qiáng)電場中靜電力做功與路徑無關(guān)”這一特點。同時得出勻強(qiáng)電場中靜電力做功的計算公式。

以靜電力做功特點為切入點，回顧：此前我們還知道哪些力做功與路徑無關(guān)？

大部分學(xué)生會回答“重力”，少部分學(xué)生會想到“彈簧彈力”

教師再通過三個思考與討論問題的引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生將靜電場與重力場做類比分析靜電場中電荷的能量問題。

【思考】

（1）這兩種力做功對應(yīng)哪種能量的變化？

重力勢能和彈性勢能

【合理猜想】電荷在靜電場中具有的能量屬于勢能

回顧：何為勢能？勢能是指物體（或系統(tǒng)）由于位置或位形而具有的能。

（2）哪種力的功更便于測量，容易計算？

重力（恒力）

【研究方法】將重力與靜電力的功能關(guān)系對比研究

（3）點電荷電場中的靜電力做功是否也與路徑無關(guān)？

（提示：在地球附近重力可視為恒力，結(jié)合重力產(chǎn)生的原因分析在距離地表很遠(yuǎn)的一段距離中重力還可視為恒力嗎？此時重力做功是否仍與路徑無關(guān)？）

點電荷電場靜電力與萬有引力均與距離平方成反比，計算式相似，由萬有引力做功特點易知：點電荷電場中靜電力做功與路徑無關(guān)。

由此可體會點電荷靜電力公式與萬有引力的類比過程，體會類比法解決問題的便捷所在。

最終得出：靜電力做功與路徑無關(guān)的特點具有普遍適用性靜電場普遍存在勢能類比教學(xué)法雖不及實驗教學(xué)生動直觀，但是也是一種探究問題的常用手段，類比推理是學(xué)生從具體熟悉的喻體通往陌生抽象本質(zhì)的一座橋梁，值得在教學(xué)中推廣運(yùn)用。并不簡單局限在概念教學(xué)中，可以鼓勵學(xué)生在已經(jīng)掌握的知識中繼續(xù)尋找不同領(lǐng)域知識的共性從而自發(fā)類比。在以學(xué)為生主體的課堂活動中，教師的作用是引導(dǎo)學(xué)生將知識遷移，給學(xué)生提供充分思考時間和聯(lián)想空間，而不是急于得出新概念的最終表述完成教學(xué)任務(wù)。學(xué)生自己通過分析得出的結(jié)論記憶會更為深刻，運(yùn)用也會更靈活，同時也可以建立學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，增強(qiáng)自信，體會類比法研究問題的魅力。切忌操之過急一味灌輸，忽略了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生只有對概念理解透徹了，以后習(xí)題的訓(xùn)練才會更加有效。