“双线式”高中物理概念教学模式的实践与思考

物理概念是构成物理知识大厦的基石，概念教学的有效性直接关系到学生物理素养、物理学习情感和物理知识应用的有效发展.那么如何有效开展高中物理概念教学呢？笔者以新课程教育理念为依托，结合物理学科的特点，在概念教学中尝试运用“双线式”教学模式.本文就该话题进行探讨，望能助力于高中物理课堂教学实践.

1 “双线式”高中物理概念教学的模式与价值

1.1 “双线式”高中物理概念教学的模式

概念教学应该包含情境创设、建立概念和概念应用三个大的环节，其核心是“如何引导学生建立概念”.笔者在该环节结合物理学科特点，设置了两条线：一条是活动线，主要以实验为载体，通过实验的演示和分析完成概念的定义；另一条是问题串，主要是以问题为载体，引导学生通过问题的分析和解决，归纳出概念的基本特征.通过这两条线帮助学生由表及里、由浅入深地理解、建构和掌握概念.具体教学模式框架如图1所示.

“双线式”高中物理概念教学模式实施的技巧如何呢？在进行教学设计时，教师应尽量创设有助于启发学生发现问题、思考问题和探索事物本质属性的物理环境，唤起学生的感性知识.教师或运用实验，或利用新旧知识的联系，或组织体验活动，或介绍有趣的物理学史，力求激发学生的求知欲望，并且引导学生专注于被研究的对象，注意活动的观察，达到获取信息并引发思考的目的.在概念教学中，若只向学生提供形成概念的感性材料，而不同时让学生参与思维加工活动，对学生而言，感性认识和理性认识、生活经验和科学概念仍处于分离状态.“双线式”概念教学，以“问题”为指引，引导学生在形成感性认识的基础上，运用比较、分析、综合等思维方法，对感性材料加工，进而抽象概括出事物的本质特征；借助于“活动”，引导学生从实验数据或实例分析出发，运用一定的数学知识，得出它的定义式，两者结合建立概念.

1.2 “双线式”高中物理概念教学的价值

笔者在实践中运用图1所示的教学模式实施概念教学，发现其各个环节具体的教学功能有如下几个方面：

（1）是创设学习概念的物理环境，能使学生获得丰富的感性知识，有效激发学生进行探究活动和问题解决的兴趣.

（2）活动与问题两条线相结合的环节是学生动眼、动手、动脑进行信息提取、思维加工的过程，学生通过科学抽象，突出概念本质特征，摒弃非本质特征，按照物理学的研究方法来形成概念，充分体验了物理概念学习的过程与方法.该过程中学生有了问题串的引导，能促进其思维过程与概念建立过程进行整合，有效提升其科学素养.

（3）通过概念应用的环节，设置具体的例题和变式应用，能巩固和深化学生对概念的理解.

2 教学实践――“电场”教学

2.1 基于学生认知基础的“问题”情境创设

问题1 在我们所学的各种力中，有哪些是接触力？哪些是非接触力？

问题2 非接触物体之间如何传递作用力？

设计意图 引导学生回顾已学的力并予以区分，高一学到“弹力”、“摩擦力”是接触力，高一和初中学到的“重力”、“磁力”等是非接触力；带电体之间相互作用的库仑力也属于非接触力.

问题2将学生的思维引向了其熟悉的两个方面：

（1）地球对地表附近物质的作用力是通过什么物质作用的？重力场（看不见、摸不着的物质）

（2）磁体与磁体之间的磁力是通过什么物质作用的？磁场（看不见、摸不着的物质）

通过对上述两个方面的思考，学生自然而然提出与课题相关的问题.

问题3 两电荷间相互作用时不直接接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这是什么物质？

设计意图 创设科学史情境，引发学生概念探究的欲望.万有引力曾被认为是一种既不需要媒介，也不需经历时间，而是超越空间直接发生的作用力，并被称为超距作用.尽管牛顿本人不赞成把引力看成超距作用，然而，他未能解决这个问题，因而超距作用的坚持者仍把万有引力说成是超距作用的典范.早期的电磁理论是超距作用理论.库仑的平方反比定律似乎表明，静电力像万有引力一样，也是一种超距力.但是不是呢？法拉第后来将两块条形磁铁的N极推到一块儿，感觉到半空中磁力之间的阻力.这种力好像是作用于物体的外部，于是开始形成“力场”的概念，认为这种非接触力是通过“场”来实现近距作用的.

问题4 库仑定律给出了两个点电荷相互作用的当量关系，那么它们间的相互作用是如何传递的？

分析 （1）电荷电荷（超距作用）；（2）电荷电场电荷（近距作用）.

设计意图 我们知道，两者争论由来已久，近代物理证明，电场传递相互作用.介绍科学发现历史的目的，是帮助学生认识科学发现的基础，体会科学发现的价值，欣赏科学发现中的智慧，学习科学发现中的精神.

2.2 探究电场，建立概念

教材中给定的概念：电场是带电体周围存在的“特殊”媒介物质.那么特殊在哪里呢？这也是学生好奇的.教师应该对此有清晰的认识：电场是客观存在的一种非分子、原子组成的“特殊”物质形态.具体特殊在如下几个方面：

特殊性1：与一般的实体物质相比，电场没有静止质量.

特殊性2：实体物质在空间内的速度小于光速，而且根据运动的相对性，其速度和观察者的运动速度有关（运动的相对性）；而电场在真空中永远以光速运动，电场的速度与观察者的运动速度无关.

特殊性3：实体物质具有一定的体积大小、形状；而电场充满整个空间，没有体积大小、没有形状.

特殊性4：实体物质的原子占有的空间不能同时被另一个原子占据；而若干个电场可以互相叠加，可以同时占据同一空间，具体某一个位置的电场强度是合场强.

上述几点特殊性，对于初学“电场”概念的学生而言，显然是无法理解的，至于后面要给学生渗透多少，结合学生实际水平而定.那么，在新授课上，我们的概念探究应该给学生构建怎样的双线呢？

问题5 电场看不见摸不着，如何研究、认识看不见摸不着的物质？

问题6 初中时如何具体探究磁场的作用的？

问题7 电场有什么性质呢？

设计意图 问题5～7目的在于引导学生对电场的力学性质进行归纳，同时对于问题6的思考，将学生的思维引向熟悉的“磁场”力的性质上，便于方法的迁移促进新概念的建立.

实验1 在桌面上放一个有绝缘支座的带电体A，在A附近分别悬挂一个不带电的球和一个带电的球，观察现象.

现象及分析 不带电的球没有发生偏离，带电的小球偏离了竖直位置；说明电场的性质是对放入电场中的电荷有力的作用.

建立概念 如图2所示，电荷A对电荷B的作用，实际上是A产生的电场1对电荷B的作用；反过来，B对A实际上是B产生的电场2对电荷A的作用.

问题8 既然电场对放入电场中的电荷有力作用，那么如何研究电场呢？（必须放入电荷）

问题9 对这个电荷是有条件呢？

（1）电荷量应充分小，不至于影响要研究的电场；

（2）电荷的体积要小，便于研究电场中各点的情况，这种电荷叫试探电荷q.

设计意图 试探电荷是一个理想化模型，可培养学生的建模能力和想象力.

进一步使用问题串分析电场的特征：

问题10-1 将同一试探电荷分别放在 A、B 两点，如图3所示，发现什么特点、规律？

问题10-2 在同一点 A放入不同电量的试探电荷，发现什么特点、规律？

问题10-3 在另一点B 放入不同电量的试探电荷，发现什么特点、规律？

设计意图 对于问题10-1，学生很容易从库仑定律进行判断，但是问题也随之生成，场源电荷产生的电场的强弱与试探电荷所受电场力的大小相对应，能不能用试探电荷所受的电场力的大小来描述电场的强弱呢？ 顺着这个生成性问题进行探究，学生在问题10-2、10-3的探究中会有所发现，可以引导学生采用列表的形式进行理论探究，例如问题10-2的理论探究结果如表1所示.

对于问题10-3的探究结果也与之类似，继而归纳出“不同的电荷在电场的同一点所受的电场力不同，但电场中同一点电场的强弱是唯一的”结论，再回到问题10-1，又能有新的结论：“的大小与电场的强弱一一对应，而且只与场源电荷Q和场中点的位置r有关，与引入的试探电荷无关.”这个比值恰恰就是电场的定义式.

纵观整个“双线式”教学模式，虽然演示实验只有一个，但由于借助于“问题串”的理论探究，充分应用 “思维实验法”，促进了学生对“引入场强的必要性、场强定义方法和场强内涵”的理解.

2.3 概念应用与拓展

概念应用题：点电荷是最简单的场源电荷.设一个点电荷的电荷量为+Q，产生了一个电场，现在以点电荷+Q为球心，以任意长r为半径，画一个球面，进行如下的分析与思考：

（1）在球面上各点的电场强度是否相同？

（2）与之相距为r的A点放一试探电荷，所带电荷量为+q，试推导A点的场强的大小，并确定场强的方向？

（3）若所放试探电荷为-2q，结果如何？

（4）如果移走所放的试探电荷呢？

设计意图 建构主义理论认为，在应用阶段，学生通过变式的练习，能巩固和完善新的认知结构，顺利实现迁移.在本题中，学生通过电场概念应用的过程，促进了“电场”概念的内化，同时也将概念的触角延伸到了点电荷的电场强度大小、方向的确定上.