“电势”的教学设计——先行组织者在教学中的应用，本文主要内容关键词为：电势论文,组织者论文,教学设计论文,学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
美国著名教育心理学家奥苏贝尔(P.Ausubel)，对于学校课堂教学环境中学生知识学习的过程，提出了有意义言语学习理论。所谓有意义言语学习，是指语言文字或符号所表述的新知识，与学习者认知结构中已有的有关知识建立起了实质性的非人为的联系。
在意义学习中，认知结构中原有的适当观念起着决定性的作用，它们是新知识的“固定点”和“生长点”。正如奥苏贝尔所说：“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说：影响学习的最重要因素是学生已知的内容。弄清了这一点后，再进行相应的教学。”那么，如何调控认知结构中原有的有关知识，以促进新知识的学习呢？奥苏贝尔提出了“先行组织者”的策略。
一、先行组织者
奥苏贝尔认为，促进学习和防止干扰的最有效的策略，是利用适当的与学习内容相关的、最清晰、最稳定的引导性内容，这种内容就是所谓的“组织者”。由于这些组织者通常是在学习新知识之前介绍（当然也可以在学习新知识之中和之后），因此称为“先行组织者”。
先行组织者在三个方面促进学生的学习：首先，组织者能发掘并激活学生头脑中已有的那些可起固定作用的概念，为新知识的学习提供基础；其次，通过有针对性的介绍和讨论，增强固定点的稳固性和清晰性；第三，明确固定点的知识结构，为新知识的学习提供框架或“脚手架”（建筑业中的行话）。
在课堂教学中，按照教材的逻辑体系，前一学习内容是紧接着的学习内容的直接基础，从这个角度说，前一学习内容自然是后一学习内容的先行组织者。但教师也要根据自己的教学经验，分析教学内容的特点，适当调整教学内容的顺序，使前一学习内容成为后一学习内容稳定的、清晰的固定点，从而使得整个学习过程最有效。另外，知识之间的联系不是单线型的，而是立体的、网络状的，在知识点之间建立的联系越多，知识就掌握得越牢固，理解得越深刻。所以教师更要寻找认知结构中与新知识距离较近的有关知识，把它们有机地结合到教学中，使它们成为有力的组织者，促进新知识学习的理解和接受。
二、电势的先行组织者分析
电势与电势能，是电场的能的性质的两个重要概念。关于它们的教学顺序，历来有两种安排，一种是先学习电势再学习电势能，另一种是先学习电势能再学习电势。在教材的编写和教学中，人们一直拿不定是哪一种顺序较好。如人教版的高中物理教材，上世纪80年代用的“试用本”“甲种本”和“乙种本”，是先讲电势能再讲电势差和电势；90年代初开始使用的“必修”“选修”教材和90年代末开始使用的“试验修订本·必修加选修”教材中，则是先讲电势差再讲电势能；而现行的新课程选修3-1教材中，又变为先讲电势能再讲电势和电势差了。从认知结构对学习的影响角度分析，笔者认为是先学习电势差和电势，再学习电势能较合理。电势能较电势复杂，它不但与电场有关系，还与电荷量的大小和正负有关系，学生不容易掌握电势能的大小与电荷在电场中的位置以及电荷正负的关系。如果以电势能为基础进一步学习电势的概念，由于固定点不够稳固和清晰，学生就不能很好地形成电势的概念。相反，电势是反映电场特性的物理量，它只由电场本身决定，与检验电荷的电荷量大小和正负无关，相对于电势能而言较为简单，易于为学生掌握。学习了电势概念之后，再以它和电场力做功及能量转化和守恒定律这些稳固、清晰的固定点为基础，学习电势能概念也就较为容易了。
不从电势能出发，从电场力做功的特点出发学习电势概念，那么电场线、电场强度和电场力、电场力做功的特点，是形成电势概念的直接基础。电势也是符合“势”的一般意义的，通过讨论明确势的一般意义，能为电势提供一个上位概念。另外，电势与“地势”是一个并列概念。通过分析，明确地势概念以及重力做功与地势差的关系，能为建立电势差的概念提供框架。还有，电压的概念在初中的学习中已被牢固地确立，让学生知道电压就是电势差，既能满足学生的求知欲，又有利于学生接受电势差的概念。再有，高度和高度差的关系，有利于学生理解电势差与电势的关系。电势与有关知识点的联系如图1所示。
图1
通过上面的分析知道，电势的教学，除了要以电场强度、电场线和电场力做功的特点为直接基础外，可以介绍势的一般概念，地势概念和重力做功与地势差的关系，以它们作为教学的先行组织者。在教学过程中的恰当时机，指出初中学习的电压就是电势差，介绍高度与高度差的关系，作为促进接受和理解的组织者。
三、电势的教学设计
1.“势”的意义讨论——先行组织者1
教师指出“势”是一个抽象但常用的概念。要求学生回忆出一些包含“势”的词语，以从中归纳出“势”这一概念的含义。
教师把学生说出的词语分成三类：“形势”“姿势”“情势”“手势”；“蓄势待发”“权势”“势必”；“优势”“劣势”“强势”“弱势”等等。
分析各类词语的意义：
第一组词语说明了“势”是与位置、姿态、状态有关的东西；
第二组词语说明了“势”是一种潜在的力量、趋向、能力；
第三组词语说明了“势”是一种相对性的东西。
总结出“势”的含义：势是一个位置（状态、姿态）相对于另一个位置（状态、姿态）所具有的潜在的力量、趋向、能力、本领等。
2.地势与重力做功——先行组织者2
再讨论重力场的情况。如图2，物体在A点，如果没有阻碍作用，它就会自动地运动到B点。这过程重力对物体做功使物体获得动能。可见地球附近的空间各点是不平等的。A点对于B点存在着一种优势，或者说A、B这两位置之间潜藏着一种做功的能力。物体在A点，具有向B点运动的趋势，物体从A点运动到B点的过程中，重力就会对物体做功。相反，B点相对于A点处于劣势，要使物体从B点运动到A点，就需要输入能量，使物体克服重力做功。
图2
由此可见重力场中存在着一种与位置有关的势，不妨把它叫做“地势”。水会自动地从地势高处流到地势低处，这是通常的说法。
物体从高地势处运动到低地势处，重力做正功
可以把
叫地势差。在gh中，h代表位置，g代表重力场的作用。如果没有重力场g的作用，空间各点也就不存在这点高、那点低的区别了。
值得指出，我们这里为了讲课方便形象，采用了地势的说法，所谓的地势概念，物理学中应当称为重力势，所以重力做功就可以表示为：
重力做功＝物体的质量×重力场中两点间的地势差
3.电势差和电势
(1)由带电粒子在电场中的运动情况得到电势概念。
如图3（甲）所示的电场，把一个正电荷q在A点静止释放，它会在电场力作用下自动地运动到B点，在此过程中电场力做功使电荷获得动能。可见电场中A点相对于B点存在一种优势，A、B这两位置之间潜藏着一种对电荷做功的能力，这就是说，电场中存在着一种与位置有关的势，物理学中把它叫做电势。
在重力场中，沿重力场线方向重力势降低。与此类比，我们可以规定，沿电场线方向电势降低，如图3甲所示。我们还可以把电场线想象为水流，沿水流方向重力势不断降低，如图3（乙）所示。
图3
(2)由电场力做功的特点得到电势差的定义。
通过下列两个问题的研讨，得出电场力做功的特点。
问题1：设带电粒子的电荷量为q，从A点移动到B点，电场力做功为W；那么带电量为2q的带电粒子从A点移动到B点，电场力做功是多少？
讨论得到：电场力F=qE，电荷量从q变到2q，电荷在任一点的受力都是原来的两倍。功等于力乘以位移，运动路径不变，力加倍，所以电场力做功加倍。(2W)
问题2：电场力做功除与电荷q有关外，还与什么因素有关系？
在学生回答出电场力做功还与电荷沿电场线移动的距离和电场强度有关后，教师指出：沿电场线移动的距离大，空间的电场强度大，始末位置之间的“落差”就大，电场中的这种落差就是电势差。
综合上述电场力做功的两个特点，得到与重力做功类似的公式
电场力做的功＝电荷的电荷量×电场中两点间的电势差
电荷量用q表示，A、B两点之间的电势差用
表示，则电荷从A点移到B点电场力做功可表示为
把上式改为：
，这就是电场中两点间电势差的定义式。
介绍电势差的单位伏特(V)。指出初中学过的电压，就是这里的电势差，只不过当时我们并不知道电压的本质含义。
通过简单的题目，让学生练习用电势差的定义式计算电势差，理解电场中两点间的电势差与检验电荷无关。
(3)由电势差与电势的关系得到电势的定义。
指出电势差应该是电势之差，给出电势的定义：确定一个参考点O，规定它的电势为零，电场中任一点A的电势
，等于电势差
，即
。
介绍高度和高度差的关系，以类比电势和电势差的关系。
电势和电势能是教师普遍反映难教，学生普遍反映难学的内容。多次的教学实践表明，运用上述的先行组织者进行教学设计并进行教学，就能有效地突破这一个难点。