呂銘 孫志兵

摘 要：物理概念關(guān)聯(lián)的建構(gòu)有助于幫助學生理解物理學科核心概念。本文以磁感應(yīng)強度與電場強度關(guān)聯(lián)為例，給出了一條基本路徑：1.從分析基本概念的主題劃分；2.分析概念引入時的類比關(guān)聯(lián)；3.概念定義式的數(shù)學關(guān)聯(lián)。旨在培養(yǎng)學生物理概念關(guān)聯(lián)建構(gòu)的意識。

關(guān)鍵詞：物理概念；物理概念關(guān)聯(lián)；磁感應(yīng)強度；電場強度

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）7-0012-2

在物理學科知識體系中，我們可以找到某種關(guān)聯(lián)將不同層次的物理量聯(lián)系起來。從物理學科主題內(nèi)容來看，可以是同一層次下的共存關(guān)聯(lián)，例如，力和運動這個內(nèi)容就可以將力和加速度兩個概念進行關(guān)聯(lián)；也可以是不同層次下的關(guān)聯(lián)，例如，靜電場主題下的電場強度概念與磁感應(yīng)強度概念的關(guān)聯(lián)。從概念引入來看，可以是概念之間存在相似的因果關(guān)聯(lián)，例如，從水壓引入電壓概念。從概念定義方法來看，可以是概念之間存在相似的數(shù)學關(guān)聯(lián)，例如，密度、電阻、電場強度、磁感應(yīng)強度等。從概念分析來看，可以是概念之間存在類比關(guān)聯(lián)，例如，質(zhì)量、電感、電容三者之間，質(zhì)量反映運動慣性，電容反映電路慣性，電感反映磁路慣性。

其實，物理概念的關(guān)聯(lián)既依賴于客觀事實，也依賴于人的認識水平，這也說明了一線教師需要進一步研究這種關(guān)聯(lián)的必要性。

一個物理概念與其他物理概念關(guān)聯(lián)的角度越多，關(guān)聯(lián)的方式越多，關(guān)聯(lián)次數(shù)越多，學生對概念的認識就越容易從點狀結(jié)構(gòu)向面狀結(jié)構(gòu)甚至向體狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，這種關(guān)聯(lián)下的轉(zhuǎn)化有助于學生對物理學科核心概念的理解。教師在思考各種可能的關(guān)聯(lián)時，從認識教材的層面上說有利于教師對教材所展示的文本資源進行整合；從認識物理概念形成過程的層面上來說，有利于教師把握其思想脈絡(luò)，認識其思維過程，幫助學生將這些思想和思維方法內(nèi)化成思維習慣；在認識物理概念的內(nèi)涵與廣延的過程中，教師可以發(fā)現(xiàn)概念建立的區(qū)別與聯(lián)系。接下來筆者就以電場強度與磁感應(yīng)強度關(guān)聯(lián)為例，說一下物理概念關(guān)聯(lián)建構(gòu)的路徑。

1 分析兩個基本概念的主題劃分

如圖1所示，是對靜電場和靜磁場相關(guān)概念的主題劃分。

知道場是一種看不見摸不著的彌漫在空間的物質(zhì)，場對放置在場中的物體有相對應(yīng)的力的作用，那么電場與磁場也應(yīng)該具備了這樣的基本特征。在已經(jīng)分析兩個基本概念的主題劃分的基礎(chǔ)上抓住概念的基本特征進入下一個關(guān)聯(lián)建構(gòu)。

2 分析概念引入時的類比關(guān)聯(lián)

2.1 定性分析到定量定律研究的橋梁

研究電場時，為了使抽象的電場特性從電現(xiàn)象中凸顯出來，我們轉(zhuǎn)變視角將電現(xiàn)象更直觀地看成力現(xiàn)象。這種思維上的操作，把原本只能定性描述的問題朝著定量化的方向發(fā)展。從類比關(guān)聯(lián)的角度而言，通過對力現(xiàn)象的定量描述也能凸顯磁場特性。

2.2 定量描述電場和磁場特性的方式

在電場中我們放入一個被量化的受力對象：檢驗電荷q1，對應(yīng)受力為F1 ；在電場中的同一位置放入檢驗電荷2q1，對應(yīng)受力為2F1；在電場中的同一位置放入檢驗電荷3q1，對應(yīng)受力為3F1.......這樣我們就能夠明確電場力的大小和方向，并發(fā)現(xiàn)了某種規(guī)律。

在磁場中，我們也應(yīng)該去找一個能夠被量化的受力對象——“檢驗磁荷”?？墒?，目前看來磁單極子并不存在，所以類比關(guān)聯(lián)下能夠找到的對應(yīng)，實際情況下還需要事實去支撐。筆者認為，有一點要堅持的是需要繼續(xù)尋找能夠被量化的受力對象。尋找的依據(jù)應(yīng)該是能夠在磁場中受到磁場力作用的物體。磁場對磁體有作用力，磁場對通電導線有作用力。根據(jù)導線長度可以被量化，電流強度可以被量化，所以我們選擇通電導線作為受力對象。

3 概念定義式的數(shù)學關(guān)聯(lián)

通過上面的說明，引入電場強度E，是以庫侖定律作為出發(fā)點的。從概念引入時的類比關(guān)聯(lián)可知：被量化的電流元應(yīng)該和檢驗電荷地位等價。所以，磁感應(yīng)強度B的定義式也應(yīng)該從電流元的相互作用作為基本的出發(fā)點。具體的推導過程可參見趙凱華和陳熙謀所著的《新概念物理教程電磁學》[1]，筆者在此不再論述。

總之，在物理教學中，教師需要有意識地通過上述路徑來建立概念之間的關(guān)聯(lián)，這樣既能從不同層次認識概念的內(nèi)涵，也能幫助學生逐步養(yǎng)成物理概念關(guān)聯(lián)類比的意識，這對于我們教學效果的達成也應(yīng)該是十分有益的。

參考文獻：

[1]趙凱華，陳熙謀.新概念物理教程電磁學[M].北京：高等教育出版社，2002.

（欄目編輯 趙保鋼）