DSP广告投放运营招聘QQ群 http://www.huiwenxuexiao.com/chaoliu/xinchao/3035.html本文作者:穆良柱老师
ETA物理认知模型[1]将物理(科学)认知规律模型化为实验认知(E)、理论认知(T)、应用认知(A)三个模式,这三个模式由简单到复杂,从现象到原因,符合人的认知特点。由此发展出的ETA物理教学法[2]不仅可以帮助学生更深刻快速地理解物理学知识,更能训练学生的科学认知能力,即构建科学认知模型[1],训练科学方法[3],养成科学精神[4],而这恰好是大学物理课程思*的主要目标[5]。
我们将以静电场为例来简介ETA物理教学法的思路。静电场的教学目标是帮助学生构建对静电现象的理解,研究对象主要是静止电荷以及静电场。按照ETA物理教学法,只要根据ETA物理认知模型导航,自然就构建了对静电场的认知,相应的科学认知能力训练也融入其中。
在具体教学中,学生基础、教师水平、教学资源等有着千差万别,所以具体实施需要在约束条件下求极值,灵活使用多种教学技术和教学方法[2]。本文介绍的主要是基本流程,具体到每一步的教学如何实施,应根据实际情况调整。例如,如果学生不懂ETA物理认知模型,则可以讲授为主,如果学生已经理解掌握了认知规律,则可以组织学生探索讨论,在认知的边界上尝试迈出下一步,甚至结合生活生产需求进行发明创造。
下面按照ETA物理认知模型将静电场教学内容[6-10]重构如下。
1实验认知
当人类和大自然打交道时,会观察到各种各样的物理现象,这是人类认知的起点。在实验认知中,人类将用全身的感官去接触自然(探测仪器可以视为感官的延伸),然后试图描述这个世界是什么样的。原则上,在此阶段并不需要深究原理,但实验中发现的一些关联可为理论认知提供线索。
1.1观察物理现象
在实验认知的初始阶段,人们最容易产生的疑惑是,如何面对纷繁复杂的各种现象?为了解决这个问题,物理学家常用的一个方法是分类法,即将相似的现象归为一类。同一类的现象可能有共同的本质,只要挑出其中一个简单的研究清楚,其他的可以类比解释,就可能大大简化认知。处理静电现象时也同样如此。
人们发现闪电、摩擦放电等现象,都有一个共同特征,人触摸到这些物体时,会有被针扎的感觉,重者心脏麻痹,甚至死亡,正如富兰克林风筝实验展示的那样。人们将这类现象称为电现象,并进行了实验探索,进一步发现存在两种不同的电(丝绸摩擦玻璃棒,毛皮摩擦橡胶棒)、带电小球同性相斥异性相吸、金属导电、静电感应、金属球壳内表面不带电、莱顿瓶储电、带电体吸引轻小纸屑等各种类似的现象。
1.2挑选研究对象
一类现象中应该挑选什么样的研究对象呢?这时可以用简化法,挑选最简单的那个研究对象。
各种电现象显然是复杂的,例如电火花涉及到空气的击穿,静电感应涉及到金属介质,吸引轻小纸屑涉及到电介质,为了尽量简化问题的难度,可以舍去空气、金属、纸屑等其他研究对象,而只挑选带电物体作为研究对象。
但是带电物体本身可能会很复杂,这时可以挑选尽量简单的对象,例如一个带电小球。
对于带电小球来说,最基本的现象就是带电小球之间的相互作用,而且是非接触的相互作用。对于这种作用,有过两种理解,一种认为存在超距相互作用,带电小球之间的作用不需要介质传递,一种认为只有近距相互作用,带电小球之间的作用需要介质传递,即电场,法拉第形象地用电场线描述电场的力学性质。由于超距作用存在超光速的嫌疑,所以现在普遍接受的是近距相互作用观点。
综合来看,实际挑选的研究对象就是带电小球和电场。
1.3明确研究问题
挑选出研究对象后,需要提出的问题就变成了到底要研究什么?带电小球可能有各种性质,但是现在需要