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标题	细化类比理解 强化数学量化
范文	彭长继 物理（教科版）选修3-1第一章第四节《电势能 电势与电势差》的教学应该说是高中学生学习物理最难理解和学习的章节.尤其是电势这个概念的学习和理解更是学生学习电学的一只拦路虎.基于此，笔者在长期的教学实践中采用“细化两场类比，强化数理应用”的教学方法，取得了良好的教学效果. 1 对学生的学情进行分析 教材试图通过类比重力场的学习和电场的理解来引出对“电场力做功”“电势能”“电势、电势差”的概念，从而实现编者的意图——通过类比的方式来学习电场能的性质.但是在实际的教学中，学生的学习情况恰恰与编者的愿望背道而驰，反而增加了学生对本节的学习难度. 之所以造成这样的结果，笔者认为有以下几个方面的原因：（1）教材对电场和重力场的类比不全面、不充分，没有完全体现出类比学习的优势，编者的意图没有得到充分的体现.（2）编者对现在高中学生空间想象能力和学习物理的能力估计不足.（3）编者过于注重理论学习，对数理关系和物理量的数学量化则较为轻视.这也正是学生学习的难点所在——理论理解不到位，数学量化操作有困难. 因此笔者认为，要对这些知识与学生已学知识进行本质上的联系，这是因为学生在学习电场能知识之前已经掌握了一套较为完整的研究能量转化的知识，因此学生利用这些知识对本章电能场进行定量的学习是顺理成章的.电势差即电压，在初中的电学学习中已经有了基本的概念，而本节教学内容也是电压概念的一种深化.在教学过程中，需要以学生原有的知识，对电势、电场力做功、电势能、电势差等新知识进行学习，激发学生的求知欲、好奇心，并培养思维能力. 2 类比“两场”，强化描述“两场”的物理量的理解 根据教材引入“电场”概念的方法引入“重力场”的概念.对比理解：重力场的物质性.引导学生：既然都是一种“场”物质，它们一定有相似的地方，因此认识它们我们也会有类似的思维方法.我们通过什么样的方式来认识、研究“场”呢？因为“场”看不着、摸不着，因此我们只能通过它表现出来的性质来认识它. 总结“重力场”中我们研究的问题，来认识“场”性质.在“重立场”中我们解决了“重力”和“重力势能”两个物理量，说明“场”具有力的性质和能的性质.也就是说，类比处于重力场中的物体一定受到重力的作用，可以得到处于电场中的带电体一定受到电场力的作用；物体在重力场中具有重力势能，带电体在电场中也一定具有能量，这个能量称为电势能. 这样的类比起到了这样的效果：在重力场中，我们引入了重力和重力势能，目的就是要解决物体在重力场中的运动问题；同理，我们也要引入一些物理量来解决带电体在电场中的运动问题. 3 类比描述“两场”力的性质的物理量及数学量化方法 重力和电场力的类比（这个工作可以由学生来做） 4 类比描述“两场”能的性质的物理量及数学量化方法 4.1 类比重力做功和电场力做功的特点 这一点，教材以问题导向和交流讨论的形式出现，编者的意图很明确，形式非常好.这个知识点，从知识的难度上说，学生完全能够自主的进行学习.通过小组讨论、互助学习，不仅让学生理解了两个“场力”——重力和电场力做功的相似性——与路径无关；同时为下面的类比学习做好了知识和能力的储备.因此，课堂上一定要把小组讨论、互助学习落实到实处. 通过讨论要学生明确以下几点：①重力和静电力做功都与路径无关；②物体在地球上具有重力势能，电荷在静电场中应也具有电势能；③重力做了多少功重力势能就改变了多少，即WAB=EpA-EpB，静电力做了多少功电势能也改变了多少且WAB=EpA-EpB； ④在选择了零势能点的位置之后重力势能才有确定值，同样在选择零势能点的位置之后电势能才有确定值；⑤重力势能是地球和物体共有的，同样电势能是电荷和电场共有的. 在老师的引导下进行这样的讨论，对于打开学生思维，正确理解电场起到了很关键的作用.但是，光有理论的理解还不行，编者忽略了用数学工具进行量化引导，而这点恰恰是学生学习的难点. 4.2 类比量化重力势能的方法量化电势能 引导学生回忆重力势能的计算公式E=mgh以及公式的数学量化过程. 物理（教科版）必修2第四章第四节《重力势能》中，对电势能的量化是采用了这样的思维过程：①理论依据“功是能量转化的量度”，重力做功改变重力势能.②重力场的量化关系：“电场力做功等于电势能变化的相反数”.③相对零势能面的变化量就是物体具有的重力势能. 类比重力势能的量化过程，引导学生大胆推理——电势能也可以按这样的方法来量化. 从重力势能的量化式E=mgh，我们可以作这样的理解——①重力势能的大小与物体自身质量有关；②重力势能的大小与重力场（g）有关；③重力势能的大小与物体在重力场中的位置有关； 引导学生大胆推测电势能的量化式：Ep=kqEd，我们可以作这样的理解——①电势能的大小与物体带电量有关；②电势能的大小与电场（E）有关；③电势能的大小与物体在电场中的位置有关； 以上类比，符合我们的预期——“场”应该具有较为相似的规律.可以用同样的物理思维和数学方法来研究、量化“电场”. 类比以前的处理方法，只要其中物理量取合适的单位，比例系数就变为1，公式就变为Ep=qEd； 类比重力势能的量化式E=mgh中，g是描述重力场的物理量，是恒量；h是相对于零势能面的高度；电势能的量化式Ep=qEd中，由于电场由匀强电场和非匀强电场之分；d是相对于零势能面、沿电场方向的距离.为了数学运算的方便，我们把Ed定义成一个物理量——电势，符号为φ. 在电势的基础上再定义电势差就比较容易了，在电场中某一位置相对于另一位置（非零势能点）之间的电势之差就称为电势差，用符号U表示.例如：电场中A、B两点之间的电势差UAB=UA-UB.类比重力场中高度和高度差（位置的相对性）来理解电势和电势差，学生更容易接受. 以上虽然与教材对电势和电势差的定义方法不同，更有利于学生理解.这样的定义方法物理学中也有例，我们为什么不可以用呢. 通过对比学习，得到电势能的量化式Ep=qφ.有了电势能的计算公式，根据功能关系，学生非常轻松就能推出以下公式： 电场力做功为：WAB=qUAB=q（UA-UB） 通过以上的类比学习和数学量化，符合学生的认知规律，前面知识有效地为后面的知识做出铺垫，学生对“电场”这种物质既有理论的认识，又有实际的操作能力（数学量化），大大提高了学习的效果.也许这样的理解是不到位的，随着知识的进一步深入，学生对电势能、电势、电势差概念的理解也会逐步深入，对帮助理解“场”的性质和作用、掌握描述“场”的物理量的数学量化方法以及培养了他们知识的迁移能力有极大的好处. 5 教学后反思 在高中新课改的要求下，高中物理老师一方面需要充分认识到新课改的意义，另一方面需要在实际教学中对教材、教学方法与学生进行不断的研究.在该节课程的设计上，教师发挥主导作用，对电势能、电势与电势差的概念引入调整顺序；采用细化重力场与电场的对比，对知识点进行演绎和归纳，学生在教学过程中有效地体验，将抽象变为具体，将知识点从复杂变为简单.在整个教学设计中将激发学生原有知识为基础，紧扣本节知识点，调动学生思考积极性，促进学生对知识的掌握，并主动构建起知识网络.
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