李琦

【摘 要】根據(jù)教育部最新發(fā)布的《普通物理課程標準（2017年版）》可以發(fā)現(xiàn)課程目標的表述從原來的三維目標（知識與技能，過程與方法，情感態(tài)度與價值觀）提升為了物理核心素養(yǎng)。其中物理核心素養(yǎng)具體包括四個方面：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任[1]。為了將物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實到教學活動中，本文以“電場”為例進行教學設計。

【關鍵詞】物理核心素養(yǎng)；電場；教學設計

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1671-8437（2019）10-0186-02

1 教學目標

1.1 物理觀念

①通過知道電場是一種客觀存在的特殊物質(zhì)，促進學生物質(zhì)觀念的發(fā)展。

②通過知道電荷間的相互作用是通過電場進行的，促進學生相互作用觀的發(fā)展。

③通過知道法拉第提出電場的物理學史，促進學生時空觀和能量觀的發(fā)展。

1.2 科學思維

①通過創(chuàng)設不同試探電荷位于電場中不同位置的情境，讓學生經(jīng)歷“比較—概括—抽象”的過程，培養(yǎng)學生建構(gòu)模型、控制變量和比值定義的科學思維。

②研究過程中，將試探電荷理想化，培養(yǎng)學生理想化和構(gòu)建模型的科學思維。

③研究電場性質(zhì)時，從磁場的性質(zhì)出發(fā)類比出電場的性質(zhì)，培養(yǎng)學生利用“類比法”研究事物的科學思維。

④通過法拉第質(zhì)疑超距作用，提出“鄰接作用”的事例，培養(yǎng)學生的批判性思維，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，追求創(chuàng)新。

1.3 科學探究

①通過探究電場線描繪實驗中的失敗原因，引導學生提出合理的猜想和假設，培養(yǎng)科學探究的意識。

②電場線描繪實驗中，讓學生分組探究不同電荷屬性，不同帶電量以及不同電荷數(shù)的電場線分布。培養(yǎng)學生設計實施探究方案和與他人交流合作的能力。

1.4 科學態(tài)度與責任

①通過電場線的實驗探究，激發(fā)學生的求知欲和學習物理的熱情。為學生間交流提供機會，讓學生體驗和享受合作的成果。

②通過觀察電場線的形態(tài)，領會物理的對稱美。

2 重點難點

重點：電場的物質(zhì)性，電場強度的引入、定義及物理意義，電場線的描繪。

難點：創(chuàng)設不同的情境，經(jīng)歷“比較—概括—抽象”的過程來構(gòu)建物理模型。設計實施探究方案，學會與他人交流合作。

3 教學用具

實物投影儀、多媒體課件、裝著草籽的礦物油盒、

電極。

4 教學過程

4.1 電場的基本性質(zhì)

①講述物理學史，發(fā)展物理觀念，培養(yǎng)科學思維

18世紀初，關于物體間相互作用的觀點（超距作用，近距作用）爭論十分激烈。超距作用認為相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用，不需要任何媒質(zhì)傳遞，也不需要任何傳遞時間。而近距作用認為物體之間的所有作用力都是近距作用，兩個遠離物體之間的作用力必須通過某種中間媒介物質(zhì)傳遞。在雙方爭執(zhí)不下的時候，在實驗的基礎上，法拉第提出“鄰接作用”的概念，對超距作用進行了批判。他用“力線”描述磁極之間和帶電體之間的相互作用，指出力線在空間是曲線而不是直線。各種各樣的力線（如“電場線”）布滿空間，各自形成力場。并且世界的能量并不局限于發(fā)出力的物質(zhì)粒子中，而且存在于這些物質(zhì)粒子的四周空間中。后來麥克斯韋，愛因斯坦等人在法拉第的基礎上進一步研究，提出了場論。現(xiàn)在認為電場不同于我們常見的實物物質(zhì)，它不是由分子原子所組成，它是一種客觀存在的特殊物質(zhì)形態(tài)。

通過講述物理學史，發(fā)展了學生的物質(zhì)觀，讓學生了解自然界不單單存在如空氣、水等以普通形態(tài)存在的實物物質(zhì)，還有一種以特殊物質(zhì)存在的非實體物質(zhì)（場物質(zhì)）。發(fā)展了學生的相互作用觀，知道了電荷之間的作用都是通過電場進行的，是一種近距作用。發(fā)展了學生的能量觀，了解到世界的能量不僅存在于物質(zhì)粒子中，同樣存在于四周的空間。學習法拉第提出“場”概念的過程，培養(yǎng)了學生的批判性思維和基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，追求創(chuàng)新的科學思維。

②類比磁場，研究電場性質(zhì)，學會運用科學思維

方法。

運用“類比法”，將磁場的概念遷移到電場。初中的時候?qū)W生學過，磁體的周圍存在著磁場。磁場對放入其中的磁體有磁力作用，磁體間的相互作用是通過磁場進行的。磁體A產(chǎn)生磁場，磁場對磁體B產(chǎn)生磁力作用。同時磁體B也產(chǎn)生磁場，磁場對磁體A產(chǎn)生磁力作用。

因為電場的性質(zhì)和磁場十分相似，引導學生運用“類比法”來進行概念遷移。電荷的周圍存著電場。電場對放入其中的電荷有電場力作用，電場間的相互作用是通過電場進行的。電荷A產(chǎn)生電場，電場對電荷B產(chǎn)生電場力作用。同時電荷B也產(chǎn)生電場，電場對電荷A產(chǎn)生電場力作用[2]。

通過運用“類比法”得到電場的性質(zhì)，可以培養(yǎng)學生運用科學思維方法來進行研究和學習的意識，幫助學生構(gòu)建完整的物理體系。

4.2 電場強度

①構(gòu)建物理模型，發(fā)展科學思維

創(chuàng)設不同試探電荷在電場中不同位置的情境，引導學生經(jīng)歷“比較—概括—抽象”的過程來發(fā)展科學

思維。

分析情境，發(fā)現(xiàn)情境中存在著兩個變量，試探電荷的帶電量和試探電荷在電場中的位置。此時要引導學生運用“控制變量法”來研究問題?？刂莆挥陔妶龅奈恢孟嗤?，比較不同試探電荷的受力情況。然后控制試探電荷相同，比較位于不同電場位置的受力情況。其中試探電荷要滿足兩個條件，一是體積要小，小到與它和場電荷的距離相比可以忽略。二是所帶電荷要少，少到其產(chǎn)生的電場不影響原來的電場分布。這在現(xiàn)實環(huán)境中不可能實現(xiàn)，所以要對試探電荷進行理想化處理，以此來培養(yǎng)學生的科學思維。最后讓學生分析結(jié)果，概括出靜電力和電荷量成正比的特點，進而抽象出靜電力和其電荷之比與試探電荷無關的特征。明確這種特征可用來描述電場的屬性，由此加強學生對電場概念的理解。

②運用比值定義法，發(fā)現(xiàn)物理本質(zhì)

根據(jù)上面的模型，已經(jīng)抽象出了靜電力和其電荷之比這一個特征，并且可以用之描述電場的屬性。引導學生運用“比值定義法”對這一特征進行定義，可以深化電場強度概念。首先讓學生了解比值定義法的特點，即被定義的物理量與定義用量無關，其反映物理對象的某種屬性。接著為了更好地讓學生理解比值定義法的特點，可以舉例進行說明，如密度的定義是單位體積內(nèi)的質(zhì)量，密度可以通過質(zhì)量與體積之比來進行定義，但是密度是物體的本質(zhì)屬性，決定物質(zhì)密度的因素是構(gòu)成物體的材料屬性，環(huán)境溫度等。然后類比得到用靜電力和其電荷之比來定義電場強度，其與電場強度無關。決定電場強度是場電荷和試探電荷在電場中的位置。通過上述活動，可以讓學生更好地理解物理本質(zhì)。

4.3 電場線

①實驗中發(fā)現(xiàn)問題，提出合理猜想和假設，培養(yǎng)科學探究意識

教師將草籽放入礦物油盒中，使其均勻分布。然后加上正電極，可以觀察到草籽在電場力的作用下，沿電場線的方向分布。然后老師再換上負電極，發(fā)現(xiàn)圖像變得模糊不清。針對這種狀況，引導學生提出自己的猜想和假設。比如有學生認為是沒有清除原來的圖像造成的。有學生認為是草籽中還殘留著上個實驗的電荷造成的。教師有意識地創(chuàng)建問題，引導學生進行分析假設，可以培養(yǎng)學生的科學探究意識，激發(fā)學生研究物理的好奇心和求

知欲。

②自主設計探究實驗，分組探究，合作交流

在上述實驗的基礎上，進一步探究不同電荷屬性，不同帶電量以及不同電荷數(shù)的電場線分布。首先教師引導學生進行分組探究，每個小組針對某一情況展開探究，最后進行組間的交流合作。期間要關注學生的表達能力，內(nèi)容上包括問題的提出，探究方案的設計，數(shù)據(jù)收集和整理，結(jié)論的得出及解釋，存在問題的反思。形式上包括文字、表格、圖像、公式、插畫等。培養(yǎng)學生準確和富有邏輯的發(fā)言能力。通過交流合作的形式，讓學生感受到合作在實驗探究中的作用，增強學生的合作意識。并要求學生尊重實驗結(jié)果和事實，拒絕編造和修改實驗結(jié)果，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。最后從得到的電場線圖像中，感受到物理的對稱美。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]梁新燦.“電場 電場強度”教學設計——體現(xiàn)新課程理念、落實三維目標教案探微[J].物理教學探討，2006（08）.