中学物理中“电压”教学的探讨

电压不仅是初中物理最重要的基本概念，也是中职学校理、工科专业物理教学的一个教学重点。就中职学校来说，学生对于初三阶段的物理电学部分知识一般是进了中职学校之后再补或再强化。

关于“电压”教学历来就有不同的方案和论点，归纳起来，主要是以下两个方面：第一，是从电能还是从电流来讲授电压；第二，用还是不用水流的比喻来讲授电压。如果我们看看争论观点和意见，不难发现各有所据，似乎都有理由。如果把各方面的对立观点提高到原则上看，争论的中心在于教学的科学性、思想性、方法论等问题。虽然争论仍在继续，教学依然改革中沿着有利于学生理解的方向发生变化。但这并不是说这些问题已经不成问题了，因为现在的方法也不是终极的方法，有关探索仍在进行中，所以探索“电压”的教学问题具有现实的意义。

一、电压的物理意义及初中物理“电压”概念的教学研究

什么是“电压”呢？在中等职业教育改革规划教材《物理》教材中是这样的，“电场中任意两点的电势之差，叫着这两点的电势差”……“电势差又叫电压”在教材中多处都是把电压作为电势差别称将两者等同起来。这样强化了电势差就是电压观念，并且会牢牢地在学生脑中打上烙印。在我看来，从教学方面看，这样做有利于学生理解电势差的概念，无可非议。但从科学性方面看，电势差和电压毕竟不是同一概念，是有一定的区别的。电势差可以叫做电压，但不能认为在一切情况下“电压”就是“电势差”。也就是说这种完全把“电压”视为“电势差”的同义词的看法和做法是不妥当的，在讲到教材这里时一定要注意讲清楚。

所谓“电压”，在电磁学中是用电场强度E在点a和点b之间的线积分来定义的。我们知道，电势和电势差这些概念是与静止电荷产生的静电场（势场）相联系的。而“电压”的定义中的场强E对势场和非势场都适用。这就是说，只有在势场中，电势和电势差才有意义，只有这时电压和电势差才可以视为同义词。

但是，在一般情况下，电场可以是非势场，这时电势和电势差就失去了直接的物理意义，但电压在非势场中却仍然有意义。因此，电压是比电势差更广泛的概念，即只在“势场”中“电压”和“电势差”才能等同。

由于“电压”和电场力做功的概念有关，而初中并没有引入电场的概念。因此，一般初中老师在讲电压时都没有一个明确的叙述或定义，不少学生在学习了电压概念之后仍然模糊不清，说不出它是什么，更不了解它的意义，我觉得应该给学生的一个简明的定义，如果在初中实在下定义困难，可以用一句简短的语句来说明它的意义。有的教师把“导体中的电荷做定向移动的作用”看作是电压的定义，这是不妥当的。导体中电荷由于电压的存在，才受到使它作定向运动的力，但如果把这个作用叫电压的定义，就很不妥当了。我们知道物理概念是反映物理现象和过程的本质属性的思维形式，是中学物理基础知识最重要的内容。概念是科学的抽象，要突出本质摒弃非本质的东西。当然也要注意根据教材和学生年龄特征的实际。在给任何一个概念下定义时要符合“定义相称”的规则，用来下定义的概念的外延，应当等于被定义的概念的外延，因为电压和功、能是同一类概念。虽然可以从功、能观点去理解，也可以从力和场强的角度去理解。习惯上我们把“作用”指“力”，此力既可以是电场力，还可以是“其它力”，因而，它的外延大于被下定义的概念。这是不妥当的。

也有的教材把电压定义为“使导体中产生电流的原因”。这种定义同样也不妥当，但从教学的角度看，这样的定义显然比前一种定义要好得多。因为这里的“原因”比前面的“作用”要准确要好理解些，反映出电压与电流的因果关系。从上述讨论知道，电压的严格定义必须从“功”“能”方面来建立，而不能单从力的方面来建立，对于初中学生或者是中职学校学生来说，开始讲电压是可以不必苛求给电压下一个严格的定义，但可以暂时把电压说成是：“产生电力，使导体中形成电流的原因”。这种说法科学性和逻辑性较强，学生方面也容易接受。待学生进入高中或中职学校后，再从功能方面来阐明电压的物理意义，给电压下一个严格的定义。

二、在电压教学中应用类比和比喻的根据及应注意的问题

在讲授电压时，我们通常喜欢用水压来比喻。对于这种教法是否合适，许多人反对用水压进行类比或比喻电压。上了高中或中职学校后，是否可以这样讲解电压呢？我们知道，类比推理是人们认识事物的思维形式之一，是广泛使用的推理方法，在物理发展史上，欧姆曾仿照水流的理论说明电流、电阻、电压的概念，并建立了欧姆定律。类比推理既然是科学上行之有效的方法，那么在教学过程中自然可以用它来建立新概念和导出结论。当然类比推理具有或然性，应注意，得出的结论是否正确有些是需要进一步验证的。

在初中电压教学中为了使概念形象化，便于学生理解，可以用水压比喻。其根据是学生还没有电场的概念，用这种教法学生比较容易接受。其实在中等职业学校教学电压时也是可以用。比喻不同于类比，他是借助比较熟悉的事物形象化地说明另一个不太熟悉的事物的方法。比喻也是在物理学发展史上经常使用的方法。有人说，不同的东西不能相比。这种说法我认为这是不妥当。其实，水流和电流在本质上也存在相同方面，都是物质迁移过程。水量和电量也有相同方面，即在迁移中都守恒，且都受阻力作用。由此可知，在教学中，为了使概念形象化便于学生想象，用比喻来讲解新概念是完全应该的，恰当的比喻往往一语道破天机。但是，我们也要注意，在具备了一定条件之后，即进入中职学校或高中学习了电场概念后，就应当把电压的本质讲清楚了。一定把新旧知识联系起来，做好初中到高中（中职学校）知识的衔接。比如，在初中讲电压时，在联系学生旧知识的基础上，先从导体中电荷受力的角度阐明电压的意义，到了高中职或中职学校后，再从功、能的观点进一步阐明电压的实质，要突出，电压是电流做功与被移送的电量的比值。用比值来给物理量下定义是现行物理教材中通行的方法。最后还要讲好电压的单位伏特，1伏特=1焦耳/库仑，这样，学生就更能理解电压的本质了。