摘?要：概括介紹新版人教版《物理》必修第三冊第九章的編寫說明，以使教師從核心素養(yǎng)角度進(jìn)行教學(xué).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);編寫說明

文章編號：1008-4134（2020）01-0007?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：方貴榮（1964-），男，云南陸良人，本科，中學(xué)特級教師，碩士生導(dǎo)師，教育部“國培計劃”專家，研究方向：課程教學(xué)論.

1?全章概述

本章是人教版《物理》必修三的第九章，也是高中學(xué)生學(xué)習(xí)電學(xué)的開始，其內(nèi)容是高中階段重要的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，既是電磁學(xué)知識的基礎(chǔ)，又是其他物理學(xué)知識的重要基礎(chǔ)，是在過去教材傳統(tǒng)內(nèi)容上，選取了四節(jié)內(nèi)容，重點(diǎn)介紹電荷的產(chǎn)生及其相互作用，電場的性質(zhì)以及靜電的防止與應(yīng)用，把靜電力做功及電勢能方面的知識安排到下一章.這一章在研究方法上是應(yīng)用力學(xué)中學(xué)習(xí)的力與運(yùn)動的知識，對電荷的產(chǎn)生與中和、電荷的相互作用等現(xiàn)象的分析與討論，其學(xué)習(xí)過程也是對力與運(yùn)動規(guī)律的再學(xué)習(xí)過程.

本章共4節(jié)，其知識線索為：一是電荷的產(chǎn)生與屬性.明確摩擦和感應(yīng)是產(chǎn)生電荷的基本方式，電荷是物質(zhì)的基本屬性之一，電荷有正負(fù)兩種，正負(fù)電荷會發(fā)生中和，對一個與外界不發(fā)生電荷交換的系統(tǒng)，電荷量不會發(fā)生變化.二是電荷間的相互作用規(guī)律.明確電荷間存在相互作用，同性相斥，異性相吸，作用規(guī)律為庫侖定律（與電荷量的乘積成正比，與距離的平方成反比）. 三是電場及其描述.明確電荷在其周圍空間激發(fā)了電場，電場是一種客觀存在，電荷間的相互作用力是通過電場產(chǎn)生的，電場有強(qiáng)弱，其大小與方向由電場強(qiáng)度進(jìn)行定量描述，也可由電場線進(jìn)行粗略的描述.四是靜電的防止與利用.明確生產(chǎn)、生活中會產(chǎn)生大量靜電，這些靜電有時對人的生命財產(chǎn)是有害的，應(yīng)該加以防止，有時又可以利用其為生產(chǎn)生活提供便利.

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，教材在保持知識的系統(tǒng)性基礎(chǔ)上，更加注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透.具體安排如下.

1.1?物理觀念

教材從電荷產(chǎn)生的本質(zhì)——物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，試圖讓學(xué)生知道，電荷是物質(zhì)的一種基本屬性，從電場是一種客觀存在，強(qiáng)調(diào)電場的物質(zhì)性，進(jìn)一步讓學(xué)生建立世界是物質(zhì)的這一重要觀念.同時，教材試圖通過靜電感應(yīng)、靜電平衡等概念的建構(gòu)過程，讓學(xué)生進(jìn)一步建立運(yùn)動與相互作用觀念.

1.2?科學(xué)思維

教材從點(diǎn)電荷概念的建構(gòu)、試探電荷引入，到勻強(qiáng)電場、各種典型電荷系的電場線圖景，為學(xué)生建立了不同的模型.同時，教材從電荷守恒定律的旁批（追尋守恒量）以及萬有引力定律到電荷間相互作用力的類比及其旁批，到電場強(qiáng)度概念建構(gòu)后的科學(xué)方法專欄——用物理量之比定義新物理量，滲透了科學(xué)思維方法教育.

1.3?科學(xué)探究

教材從點(diǎn)電荷概念的引入，從“實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明，兩個實(shí)際的帶電體間的相互作用力與它們自身的大小、形狀以及電荷分布都有關(guān)系.……”，到庫侖定律分析多于兩個電荷的情形的旁批——“實(shí)驗(yàn)表明，兩個點(diǎn)電荷之間的作用力不因第三個點(diǎn)電荷的存在而改變”，試圖讓學(xué)生樹立證據(jù)意識.同時，教材把建構(gòu)電場強(qiáng)度概念的過程，設(shè)計為一個相對全面的探究過程，由分析推理得出的，“試探電荷在電場中某點(diǎn)受到的靜電力與試探電荷的帶電量之比是一個常數(shù)”作為一個假設(shè)，通過點(diǎn)電荷的電場進(jìn)行驗(yàn)證，又從特殊的點(diǎn)電荷電場推廣到一般帶電體電場，試圖讓學(xué)生既理解科學(xué)探究的重要性在于對假設(shè)猜想的驗(yàn)證，又知道從特殊到一般，從一般到特殊的認(rèn)識的基本形式.

1.4?科學(xué)態(tài)度

本章教材是學(xué)生第一次定量學(xué)習(xí)場概念，教材的邏輯是先研究電場強(qiáng)度，用定量的方法對電場進(jìn)行描述，然后再介紹電場線可以形象地、直觀地描述電場.這樣的邏輯與物理學(xué)發(fā)展邏輯并不完全一致，但符合學(xué)習(xí)規(guī)律，以此培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.同時，第四節(jié)靜電的防止與利用，分別介紹生產(chǎn)生活中到處都可能產(chǎn)生靜電，靜電產(chǎn)生后可能給生產(chǎn)生活產(chǎn)生積極影響，也可能帶來消極影響，甚至危及人民的生命財產(chǎn)安全，需要有效防止和利用.通過這樣的學(xué)習(xí)，力圖讓學(xué)生建立一種任何事物都有兩面性的辯證唯物主義思想認(rèn)識，有利于學(xué)生形成正確的科學(xué)價值觀.

課時安排建議：

第1節(jié)?電荷??1課時

第 2節(jié)?庫侖定律??1課時

第3節(jié)?電場?電場強(qiáng)度?2課時

第4節(jié)?靜電的防止與利用?1課時

2?具體說明

2.1?第一節(jié)教材

本節(jié)由電荷、感應(yīng)起電、電荷守恒定律和元電荷四個知識點(diǎn)組成，屬于本章的預(yù)備知識.靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生以及兩種電荷在初中已有介紹，高中階段側(cè)重從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)，結(jié)合摩擦起電的分析，進(jìn)一步提高學(xué)生理解產(chǎn)生電荷的機(jī)理.本節(jié)教材把感應(yīng)起電作為一個小標(biāo)題突顯其教學(xué)價值，因?yàn)楦袘?yīng)起電是電荷守恒定律的預(yù)備知識，又是后續(xù)內(nèi)容靜電平衡的基礎(chǔ)知識，教材引入演示實(shí)驗(yàn)，通過用金屬微觀結(jié)構(gòu)模型來解釋，與摩擦起電形成內(nèi)容上的有效呼應(yīng)，使學(xué)生牢固建立起摩擦和感應(yīng)是使物體帶電的兩種方式，其本質(zhì)是使學(xué)生理解電荷的產(chǎn)生并不是創(chuàng)造了電荷，而是帶電粒子發(fā)生轉(zhuǎn)移，為學(xué)習(xí)電荷守恒定律埋下伏筆.電荷守恒定律是自然界最基本的規(guī)律之一，教材通過對各種電現(xiàn)象的分析，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到電荷的轉(zhuǎn)移從更大的系統(tǒng)看，電荷數(shù)量不變.電中性和電荷的中和是代數(shù)和為零，而不是帶電粒子減少了.關(guān)于正負(fù)電子湮滅，主要讓學(xué)生知道，隨著物理學(xué)的發(fā)展，電荷守恒定律的內(nèi)涵變大了，表述也變了.元電荷是學(xué)生接觸到的第一個“量子化”概念，應(yīng)該把握元電荷概念的建立基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)，即迄今為止，在實(shí)驗(yàn)中能夠找到的最小電荷就是e=1.6×10-19庫侖，所有帶電體所帶電荷量一定是它的整數(shù)倍.進(jìn)一步讓學(xué)生理解帶電是物質(zhì)的屬性，有質(zhì)量也是物質(zhì)的屬性，提出比荷概念，通過計算電子的比荷，讓學(xué)生了解基本粒子比荷也是描述其屬性的一個物理量.

2.2?第二節(jié)教材

本節(jié)的核心內(nèi)容是庫侖定律，它不僅是電磁學(xué)的基本定律，也是物理學(xué)的基本定律.庫侖定律闡明了電荷間的相互作用力規(guī)律（平方反比），這是整個電磁學(xué)大廈的基礎(chǔ).教材通過一個實(shí)驗(yàn)引入相互作用力與什么因素有關(guān)，力圖引起學(xué)生的思考.進(jìn)而類比萬有引力定律，提出電荷間的相互作用力是否與電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離成反比的猜想.進(jìn)一步介紹庫侖定律的具體內(nèi)容.但從認(rèn)識上看，要讓學(xué)生知道，類比的結(jié)論需要實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這就是教材旁批之用意.繼而介紹庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了庫侖定律的正確性.最后分析推理了有幾個電荷存在的電荷系對某個電荷的作用等于各個電荷單獨(dú)存在時施加的作用力的矢量和.這一結(jié)論的得出是通過旁批“實(shí)驗(yàn)表明”，再一次讓學(xué)生認(rèn)識到，得到一個物理結(jié)論必須有充分的證據(jù).教材中，先給出庫侖定律的內(nèi)容，再來定義點(diǎn)電荷概念，也就是說，先使用了點(diǎn)電荷的概念，后定義點(diǎn)電荷概念，這是學(xué)生不易理解的，教材中旁批了點(diǎn)電荷類似力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，暗含著那里也是先講了物體間的相互作用，再提出質(zhì)點(diǎn)概念.但是點(diǎn)電荷作為一個理想模型的提出，要嚴(yán)格其程序，突顯模型是對真實(shí)的物理研究對象，忽略次要因素，突出主要因素的抽象，所以教材中“實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明，兩個實(shí)際的帶電體間的相互作用力與它們自身的大小、形狀以及電荷分布都有關(guān)系.……帶電體的形狀、大小及電荷分布狀況對它們間的相互作用力的影響可以忽略時，這樣的帶電體可以看做帶電的點(diǎn)，叫做點(diǎn)電荷.”這一思想需要教師引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)領(lǐng)悟.

另外，要引導(dǎo)學(xué)生思考，為什么要用庫侖扭秤？難道不可以用測力計測量嗎？回答就是，測力計測不了，靜電力太小了，必須對靜電力進(jìn)行放大.扭秤的作用就是轉(zhuǎn)換放大，這就是庫侖扭秤設(shè)計的精髓所在.當(dāng)然，庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)中還有一件事值得教師引導(dǎo)學(xué)生玩味，即庫侖所在時代還沒有電荷量的定量概念，因此，靜電力與距離的平方成反比關(guān)系的驗(yàn)證相對容易些，而靜電力與電荷量的關(guān)系遇到了難題.有兩種說法，即拿兩個完全相同的金屬小球，讓其中一個帶上電，設(shè)電荷量為q，讓它與不帶電的金屬小球接觸后分開，一種是純粹哲學(xué)思考，從對稱性考慮，沒有任何理由不認(rèn)為，兩個小球平分電荷量q，各有q/2的電荷量，以此類推，可以得到q/4、q/8、……另一種是測量它們對間隔同樣距離的第三個帶電小球的作用力相等，由此可以判斷二者電荷量相等……教材用的是后一種說法，教師可以根據(jù)教學(xué)需要自行處理.

2.3?第三節(jié)教材

本節(jié)的主要內(nèi)容是電場概念的建立與電場的描述.過去教材都是按照物理學(xué)發(fā)展線索，從靜電力是超距作用還是近距作用的爭論開始引入，本教材受篇幅限制，直接給出法拉第的“電荷周圍存在著由它產(chǎn)生的電場”的觀點(diǎn).“場”是物理學(xué)中的一個重要概念，我們說它客觀存在，但確實(shí)看不見又摸不著，過于抽象而難于理解.因此，在教學(xué)中，教師還是應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生把靜電力的產(chǎn)生分成兩個步驟，即場源電荷激發(fā)了電場，電場對置于場中的電荷產(chǎn)生力的作用.置于場中的試探電荷所受的靜電力也就是電場力的響應(yīng)，把電場顯示出來.怎樣描述電場的強(qiáng)弱與方向？這是一個教學(xué)的難點(diǎn)，教師在教學(xué)中，可根據(jù)教材安排內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生由易到難，層層深入，逐步提高認(rèn)識.首先讓學(xué)生認(rèn)識到，一個電荷在電場中受到的力的大小與該電荷的電荷量以及在電場中的位置有關(guān)，方向與電荷的正負(fù)有關(guān);從而引導(dǎo)學(xué)生明確電場中同一點(diǎn)不同電荷受力不同，因此，用電荷受力大小描述電場是不行的，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析在電場中同一點(diǎn)不同電荷受力有什么關(guān)系，經(jīng)過分析、推理、論證，得到同一位置不同電荷受力與電荷量的比是同一個值，該值與試探電荷無關(guān);進(jìn)而得出該比值可以描述電場強(qiáng)弱與方向.

關(guān)于電場強(qiáng)度的疊加，教材是從點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度分布特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合上一節(jié)講的電荷間的相互作用力的關(guān)系，分析、推理得到的.同時教材還介紹了連續(xù)帶電體（不能視為點(diǎn)電荷）的電場特點(diǎn)，其推理、論證的思想與上一節(jié)分析連續(xù)帶電體對某個點(diǎn)電荷的作用力的方法一脈相承.教師在教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)領(lǐng)悟這種微元法思想.

受教材篇幅限制，教材直接給出電場線可以對電場進(jìn)行直觀、形象、粗略的描述（大小、方向），在同一幅電場線圖中可以進(jìn)行分析、比較.對于教材給出電場線的兩個特點(diǎn)，教師可引導(dǎo)學(xué)生用反證法思想進(jìn)行學(xué)習(xí)，以達(dá)到深入理解.至于勻強(qiáng)電場，教師可給出一幅電場線圖景，引導(dǎo)學(xué)生分析、推理其特點(diǎn)，再作定義.

2.4?第四節(jié)教材

本節(jié)內(nèi)容由靜電平衡、尖端放電、靜電屏蔽和靜電吸附四個知識點(diǎn)構(gòu)成，其中靜電平衡是最重要的基礎(chǔ)概念，理解好靜電平衡概念對尖端放電與靜電屏蔽概念的學(xué)習(xí)至關(guān)重要.教材從靜電場中的導(dǎo)體的電荷分布到導(dǎo)體內(nèi)部的電場分布，提出靜電平衡的概念，即導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，沒有凈電荷.進(jìn)一步，教材分析了不規(guī)則導(dǎo)體靜電平衡時外部聚集的大量電荷使空氣電離，電離后的離子在電場力作用下快速運(yùn)動形成尖端放電現(xiàn)象.利用靜電場內(nèi)部的導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面的性質(zhì)，制造靜電屏蔽，使外電場對導(dǎo)體殼內(nèi)部電場不發(fā)生影響.最后，教材通過分析帶電粒子在電場作用下會產(chǎn)生運(yùn)動這一性質(zhì)，分別用來除塵、噴漆、復(fù)印.本節(jié)內(nèi)容雖然是電場知識的應(yīng)用，但是較為抽象，建議教師在教學(xué)中要循循善誘，注重理論分析，重在對物理原理的理解，避免過多技術(shù)講解.

（收稿日期：2019-11-10）