初探高中物理中关于“场”概念的教学策略

章林 张勇

摘 要：“场”是物理学中非常重要的概念之一，也是学生认知难度较大的概念之一。然而，在传统的高中物理教学中，由于教材设计的局限性和概念本身的抽象性，很多学生觉得这方面的内容晦涩难懂。教师在教授这方面的概念时也常常照本宣科，不能带领学生深入地学习和理解此概念，使学生失去了一个科学思维升华的机会。因此，笔者就自身平时对这方面的一些研究和教学的经历以及感触来谈谈在高中物理中 “场”概念的教学意义及一些具体的教学策略。

关键词：高中物理；“场”概念；教学策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）9-0008-3

1 “场”概念学习的重要性

从物理学史来看，“场”这个概念应该是自牛顿经典力学以来最重大的发明之一，更是人类对自然世界认知方式的一种升华。需要很强的科学想象力才能理解。2000多年前，人类就发现磁石以及带电体之间就有一种相互作用力。由于当时人们对自然现象认识的局限性，在很长一段时间内都用“瞬间超距离”的观点来解释这种电磁作用力的产生。这种认识一直延续到十八世纪，直到法拉第在研究通电导线与磁体之间相互作用时，敏锐地发觉这种作用应该可以通过一种媒介而达成近距作用。在进行大量的实验和极富创造力的思考之后，法拉第在1831年秋季的一次关于电磁感应的学术报告中首创性地提出“磁力线”这个名词。并用铁屑将磁体周围的磁场形象地显示了出来。随着电磁研究的深入，法拉第又于1832年春季提出带电体之间有“电力线”的存在。这些卓越的成就使法拉第对电磁之间相互作用需要介质的看法坚信不疑。在1845年的夏季，他首次使用了“磁场”概念，又于1847年单独提出了“场”这个概念，且指出电磁作用是需要时间的，彻底摒弃了牛顿时代的“瞬间超距离”观点。这个超前的观点受到当时大多物理学家的排斥，后来麦克斯韦在法拉第理论的基础上加以高超的数学技巧，于1865年发表了《电磁场的动力学理论》一文，预言了电磁波的存在。经过1899年俄国物理学家列别捷夫對电磁理论中预言的光压的验证，以及后来狭义相对论的创立，才使得人们彻底接受了场和实物一样是一种客观存在的物质。爱因斯坦对此曾说过这样一句话“在一个现代的物理学家看来，‘场就像他坐的椅子一样实在”。

然而，笔者在日常的教学和教研活动中发现很多学生对“场”这个物理概念的理解不是很在意，大多只是停留在相关表达式的记忆和应用上，也感觉不到这个概念的重要性和存在的意义。经过相关的调查和反思，笔者觉得可能有以下几个方面的原因造成了这种局面。

2 高中生对“场”概念学习困难的几个原因

2.1 教学中对历史过程描述的忽视

记得有位教育名家说过“要想更好地掌握知识，那就最好知道知识创造的历史过程”，这方面的物理学史在人教版高中物理选修3-1教科书中其实有着很好的体现。就《电场强度》这节而言，课文从开始就用了大半面的篇幅描述电场这个概念的由来，又在课后的“科学漫步”栏目中较为详细地叙述了法拉第和“场”概念的物理学史。但是，就笔者亲身观察而言，大多数的物理教师对这块物理学史并没有给予足够的重视，常常一笔带过后就直接进入电场强度的教学。学生感受不到场概念的得来是一个十分漫长且波折的过程，从三维目标的“情感、态度与价值观”来讲是一个遗憾，对学生掌握“场”概念没有起到促进作用。

2.2 教学中很少将“电场”“磁场”“重力场”等概念融会贯通

例如，从人教版高中物理选修3-1教材的内容来看，依次学习了静电场和磁场，并且对电场强度和磁场强度的定义作了详细的解释。其实，这两种场强的定义都采用了比值定义法，并且在忽略场源的情况下，通过对电场中（磁场中）点电荷（电流元）受力比值大小来比较出不同位置的场的强弱关系，但从教材编排来看电场与磁场相隔了18节内容。如果在教学中不加以刻意的点拨，学生很难独立地将这两部分类似内容联系起来，并辩证地看待，更不要提联系必修二中相关的重力场概念了。

2.3 学生的辩证哲学思想尚未成熟

高中阶段的学生正处于辩证思维的萌芽阶段，虽然一般能够摆脱具体事物的限制，可以通过运用概念、提出假设、检验假设来进行抽象逻辑思维，但是从要想形成抽象思维和辩证思维协调发展、相互促进的新局面来看还是比较吃力的。这是一种在大量经验的基础上思维认识能力的升华，所以，如果教师在这个时候能够引导学生顺利完成“最近发展区”这一特殊阶段，或者说促进学生对“场”概念的顿悟又将会是一件十分有意义的事。

3 “场”概念教学的意义及策略

综上所述，笔者认为，首先“场”概念的教学可以通过贯穿学生对“重力场”“电场”“磁场”的深度认识，建构好自身的物理知识框架，从而在未来的升学考试中取得好成绩。其次，教学的意义是促进人的发展，其中就包括了提升学生的思维认知能力及辩证唯物主义认知能力。“场”概念是人类近代科学发展的结晶，如果学生在高中阶段就可以初步认识并接受这一概念，将有利于学生人生观、世界观的发展，对学生今后的学习、工作、生活是大有益处的。那么，如何才能让学生有效地认识和接受“场”概念的学习呢？笔者结合平时的教研与教学活动来谈谈一些具体的做法。

首先，“工欲善其事，必先利其器”，想教好学生“场”的概念，教师自身更应该对此有着深刻而丰富的认识，只有教师重视了这方面的教学，学生才能做出相应的反应。教师要做好相应的备课工作，除课本已给内容外，还应收集大量的相关物理学史，作为上课时的背景资料来用。在这些实际资料的讲授中潜移默化地建立起学生对场的认识。

其次，结合一些学生已认知的内容，引导学生建立正确的认识。比如，在讲电场具有物质属性时，大多学生对物质的认识一直保留在经验中的“实体”概念中。认为看不见摸不着就是不存在的。对此，教师可以进行以下的引导（具体形式可灵活安排）：

（1）确认力是物体间的相互作用（学生在初中已经十分熟悉且已接受）；

（2）电荷之间有相互作用，但不需要电荷直接接触（阐明事实）；

（3）电荷之间既然有相互作用，就说明一定有物质在相互作用，但这个物质肯定不是电荷本身（1条和2条之间矛盾的初步解释）；

（4）我们把电荷之间产生这种相互作用的物质称为电场（电场的意义）；

（5）再举例如无线通讯和无线充电的电磁波，虽然我们无法直接感受，但的确可被收音机、手机等接收。教师还可以用电磁屏蔽的方法中断电磁波的传播，从而向学生展示场真实存在的物质性。

由于电场、磁场、重力场等内容在人教版物理教材编排时无关联的因素，笔者觉得如果在实际授课中多统一一些相通的内容，用学生熟知的知识进行类比也可大大促进学生对 “场”概念的认识。例如，在学习完电场相关概念后，可以类比得出重力场与之相同的概念，在学习完磁场之后，再把这三个场放在一起对比复习。比如，笔者采用指导学生列表格的形式进行教学，如表1所示，颇受学生欢迎。

当然，以上的这些教学策略只是笔者个人不成熟的尝试。高中阶段学生对“场”概念的认识就像“一千个人眼中就有一千个哈姆雷特”一样。教师的作用是尽可能多个角度地去帮助学生认识到“场”这个概念的意义，至于学生对概念的合理建构还是需要其个体来完成。

参考文献：

[1]普通高中物理教科书必修2[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]普通高中物理教科书选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]罗伯特·斯莱文.教育心理学：理论与实践[M].北京：人民邮电出版社，2016.

[4]李兆友，王宏太，孙玉君，等. 物理学简史[M].长春：吉林大学出版社， 1990.