廖軍玲　陳忠

摘 要：本文以學(xué)習(xí)進(jìn)階為工具，圍繞“物質(zhì)觀”“運(yùn)動和相互作用觀”和“能量觀”整合電場教學(xué)內(nèi)容，在分析實(shí)際學(xué)情基礎(chǔ)上規(guī)劃了單元學(xué)習(xí)過程.教學(xué)過程注重大情境的創(chuàng)設(shè)，以層層遞進(jìn)的問題設(shè)計(jì)引領(lǐng)學(xué)生自主思考和交流，促進(jìn)學(xué)生形成解決電場相關(guān)問題的大思路，發(fā)展了學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：單元教學(xué)設(shè)計(jì);電場;學(xué)習(xí)進(jìn)階;大概念

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）01-0017-05

作者簡介：廖軍玲（1977-），女，湖南耒陽人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué);

陳忠（1969-），女，北京順義人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

1 單元教學(xué)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

2017年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，物理課程的總目標(biāo)是提高全體學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，具體包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面.只有把課程目標(biāo)的理念和要求、教學(xué)內(nèi)容以及所體現(xiàn)的教學(xué)方法，轉(zhuǎn)化為符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)設(shè)計(jì)，才能有效地達(dá)成課程目標(biāo)[1].

圍繞大概念組織教學(xué)內(nèi)容，把教學(xué)內(nèi)容按照一定的邏輯線索組織成由淺入深、由簡單到復(fù)雜、帶有層級的結(jié)構(gòu)化教學(xué)素材，從整體上對單元教學(xué)進(jìn)行有序設(shè)計(jì)，可以擺脫課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的局限性，從而有效地落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)和課程目標(biāo)[2].

2 單元教學(xué)內(nèi)容分析

2.1 整合單元教學(xué)內(nèi)容，梳理圍繞核心概念的進(jìn)階圖

本單元圍繞電場這個核心概念，從物質(zhì)角度理解電場，從相互作用角度用電場強(qiáng)度、電場線描述電場，從能量角度用電勢、等勢面描述電場，從而建立起與電場相關(guān)的物質(zhì)觀、運(yùn)動及相互作用觀和能量觀.

“電場強(qiáng)度”和“電勢”是本單元的兩個重要概念.這兩個概念的建立順利與否，直接影響到學(xué)生對于“電場”這一核心概念的理解.

以學(xué)習(xí)進(jìn)階為工具對本單元教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，將單元教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃為五個逐步上升的層級，力圖使學(xué)生對物質(zhì)存在的形態(tài)認(rèn)知從“實(shí)物”擴(kuò)展到“場”，并通過電場強(qiáng)度和電勢兩個重要概念及其相關(guān)概念的學(xué)習(xí)，逐步豐富與完善學(xué)生對電場的認(rèn)知.本單元具體內(nèi)容進(jìn)階關(guān)系如圖1所示.

2.2 挖掘隱性知識，規(guī)劃學(xué)生思維發(fā)展的大思路

在圍繞大概念組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，更為重要的是逐漸形成解決問題的大思路（這里的大思路與學(xué)科核心素養(yǎng)中強(qiáng)調(diào)的科學(xué)思維和科學(xué)探究相對應(yīng)）.因此，除了重視知識的內(nèi)在邏輯和顯性知識以外，還要重視挖掘出顯性知識中隱含的物理學(xué)認(rèn)知方式、思想方法、跨學(xué)科概念等隱性知識以及知識學(xué)習(xí)的素養(yǎng)發(fā)展價(jià)值.本單元知識蘊(yùn)含的科學(xué)認(rèn)知方式見表1.

3 學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析

3.1 學(xué)生原有的認(rèn)知基礎(chǔ)分析

學(xué)生對于力和相互作用、能量概念初步理解，有樸素的物質(zhì)觀（實(shí)物粒子觀）;學(xué)生對重力、重力勢能的理解是幫助學(xué)生掌握好電場強(qiáng)度和電勢能概念的基礎(chǔ).在初中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了磁場，對“場”這種物質(zhì)有一定的感性認(rèn)識.

學(xué)生對電荷和電流等概念比較熟悉，但對其微觀認(rèn)知方式不熟悉.對比值定義法有一定思維基礎(chǔ).

學(xué)生具有一定的科學(xué)推理和科學(xué)論證能力，了解科學(xué)探究的基本思路，但探究方法比較單一，探究時(shí)的思維深度較淺.

3.2 學(xué)習(xí)困難分析

（1）學(xué)生對于電場這一概念缺乏感性認(rèn)識.在前面的重力和萬有引力學(xué)習(xí)中，不強(qiáng)調(diào)場的觀念，學(xué)生對場的認(rèn)識只是局限于“磁場”的名稱，對場沒有具體形象的認(rèn)識.因此，電場實(shí)際是學(xué)生到高中后正式接觸的“場”的概念，學(xué)生缺乏完整的認(rèn)知基礎(chǔ).

（2）學(xué)生思維能力和有限的教學(xué)設(shè)備及手段造成困難.本單元內(nèi)容抽象，在教學(xué)中，幫助認(rèn)識電場的形象化手段很少，學(xué)生很難直接在頭腦中建立合理的物理圖景.

（3）學(xué)生對于事物的因果解釋缺乏耐心，關(guān)注表象和結(jié)論，不關(guān)注過程，對機(jī)理的深入理解缺乏耐心.

（4）學(xué)生學(xué)習(xí)知識缺乏“縱橫”意識和能力.例如，對于電場強(qiáng)度是表征電場“力的特征”和電勢表征電場“能的特征”這兩個重要概念，如果不充分借助于前面重力場中概念的對比，學(xué)生常會只記住公式，并不理解本質(zhì).

4 單元教學(xué)目標(biāo)

在分析知識內(nèi)容層級的前提下，基于學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)情的分析，制訂單元教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識各種靜電現(xiàn)象;借助原子結(jié)構(gòu)模型，了解電荷守恒定律;建構(gòu)點(diǎn)電荷這一理想模型;探究真空中點(diǎn)電荷間相互作用力遵循的規(guī)律，體會探究庫侖定律過程中的科學(xué)方法.

（2）知道電場是一種特殊物質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)了解電場的基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用;從力的角度出發(fā)，建構(gòu)并理解電場強(qiáng)度的定義式，體會比值定義法，理解電場線的提出是為了形象描述電場;能從電場強(qiáng)度的定義式推導(dǎo)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式.

（3）從功能關(guān)系出發(fā)，建立電勢能、電勢、電勢差的概念，通過對電勢的定義，進(jìn)一步了解比值定義法.理解電勢能和電勢在描述電場“能的性質(zhì)”時(shí)的區(qū)別.

（4）從功能關(guān)系的角度理解勻強(qiáng)電場中電勢差和電場強(qiáng)度的關(guān)系.通過類比理解電場強(qiáng)度反映了電勢變化快慢.

（5）綜合運(yùn)用電場的概念，理解并掌握靜電感應(yīng)現(xiàn)象及其解釋、帶電粒子在電場中的運(yùn)動、電容器等知識內(nèi)容.

5 單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)

單元學(xué)習(xí)過程包括：創(chuàng)設(shè)問題情景、知識內(nèi)容安排、學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃和學(xué)習(xí)方式指導(dǎo)等內(nèi)容.單元學(xué)習(xí)過程前承教學(xué)目標(biāo)，后接教學(xué)活動設(shè)計(jì)與策略選擇，是單元教學(xué)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié).本單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)和策略選擇見表2.

6 主要教學(xué)活動設(shè)計(jì)舉例

本章的特點(diǎn)是概念多且抽象，為此，教學(xué)活動應(yīng)從學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)出發(fā)，借助一系列問題，幫助學(xué)生經(jīng)歷概念的得出過程，真正理解概念建立的意義.下面以靜電場中電場強(qiáng)度概念為例，展示教學(xué)活動的設(shè)計(jì)，思維流程如圖8所示.

情境創(chuàng)設(shè)：如圖9，場源電荷為點(diǎn)電荷，電荷量為+Q，在場中任意取兩點(diǎn)A、B，它們距離場源電荷的距離分別為r1和r2，且r1

（1）試探電荷在A、B兩點(diǎn)受到的電場力相同嗎？

（2）能用檢驗(yàn)電荷在電場中受到的電場力大小來表示電場中不同位置場的強(qiáng)弱的不同嗎？為什么？

（3）如何引入新的物理量來描述場的強(qiáng)弱呢？

（4）空間電場不僅有強(qiáng)弱的不同，還存在方向，如何確定某點(diǎn)場強(qiáng)的方向呢？

（5）能否有更形象直觀的方法來描述電場的強(qiáng)弱和方向呢？

（6）真空中有電荷量為 +Q的點(diǎn)電荷，求距離場源電荷r處該點(diǎn)的電場強(qiáng)度.

（7）真空中有電荷量分別為 +Q和 -Q 的兩個點(diǎn)電荷，兩者相距為r，試求兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度的大小.

（8）在兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處分別放置試探電荷+q1和-q1，兩電荷受到的電場力相同嗎？

7 單元學(xué)習(xí)效果反饋性評價(jià)

高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分為五級水平，既是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評價(jià)的依據(jù)，也是教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)效果評價(jià)的重要依據(jù).其中水平4指出：能恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論;能對已有結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用不同方式分析解決物理問題.本單元教學(xué)的重點(diǎn)在于學(xué)生從物質(zhì)觀、相互作用觀、能量觀等多角度全方位認(rèn)識電場，因此在研究問題中采用什么方式解決問題是學(xué)生的困惑，解決該困惑的過程也有助于學(xué)生進(jìn)一步理解靜電場中各相關(guān)概念之間的區(qū)別與聯(lián)系.因此可以通過一些典型問題對學(xué)生進(jìn)行診斷性評價(jià).例如，在靜電場中存在普適結(jié)論：沿電場線方向電勢降低;讓學(xué)生可以通過多種方式加以證明.

如圖10所示，AB為電場中的一條電場線上的兩點(diǎn)，電場方向由A指向B，證明：φA>φB.

方法1：由電勢的定義φ=εq出發(fā)，將試探電荷+q由A移至B，則電場力對試探電荷做正功.根據(jù)電場力做功與電勢能變化的關(guān)系可得：電場力做正功，電勢能減小，所以εA>εB，代入電勢定義式有φA>φB.

方法2：比較兩點(diǎn)電勢的高低，可通過比較兩點(diǎn)電勢差的正負(fù)判斷，由電勢差定義式UAB=WABq，將試探電荷+q由A移至B，則電場力對試探電荷做正功，所以UAB>0，UAB=φA-φB >0，則φA>φB.

通過不同方法的推導(dǎo)證明，對于學(xué)生靈活運(yùn)用本單元所學(xué)核心概念解決問題進(jìn)行了檢測與反饋，有助于學(xué)生對電場力做功與電勢能變化的關(guān)系、電場力做功與電勢差的關(guān)系、電勢與電勢能的關(guān)系等建構(gòu)起概念聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)圖，理清各相近概念間的區(qū)別與聯(lián)系.

8 單元教學(xué)設(shè)計(jì)反思

靜電場部分的特點(diǎn)是相近概念多且抽象，從而造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難較大.通過單元教學(xué)設(shè)計(jì)清晰地呈現(xiàn)了單元學(xué)習(xí)層級，伴隨認(rèn)知發(fā)展的素養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃，使得單元教學(xué)能按照一定的邏輯線索展開，在認(rèn)知的水平上注意了由淺入深、由簡單到復(fù)雜的特點(diǎn)，這樣的單元教學(xué)不僅具有知識上的層級，而且具有一定的認(rèn)知層級，有助于教師在教學(xué)中做到“心有全局”，改變了以往教學(xué)中碎片化的知識內(nèi)容教學(xué)的現(xiàn)狀.物理學(xué)科核心概念的形成不是一蹴而就的，而是通過大量具體概念的學(xué)習(xí)而逐漸深入的，因此單元教學(xué)設(shè)計(jì)也有助于學(xué)習(xí)過程中大概念、大思路的形成，有利于促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張玉峰.以大概念、大思路、大情景、和大問題統(tǒng)領(lǐng)物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理，2020，38（05）：02-07 .

[3]張玉峰.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的單元學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)[J].課程·教材·教法，2020（03）：50.

[4]張玉峰，玉林.基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)重難點(diǎn)突破[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2019.

[5]李春密.核心素養(yǎng)導(dǎo)向的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2019.

（收稿日期：2020-10-20）