摘 要： 對(duì)一些在課堂上不可能進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的物理規(guī)律，本文探討以創(chuàng)設(shè)問題為切入點(diǎn)，以探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的內(nèi)在邏輯為主線，以科學(xué)合理的假設(shè)為要點(diǎn)，以科學(xué)方法為工具，實(shí)現(xiàn)在物理教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為核心，以提高學(xué)生探究能力為重點(diǎn)的目標(biāo)。
　　關(guān)鍵詞： 庫侖定律 思維能力 探究能力 提高科學(xué)方法
　　
　　物理教學(xué)理論的核心內(nèi)容是：“物理教學(xué)要堅(jiān)持以創(chuàng)設(shè)問題為切入點(diǎn)，以觀察實(shí)驗(yàn)（事實(shí)）為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為核心，以提高學(xué)生探究能力為重點(diǎn)?！痹诟咧形锢斫虒W(xué)中，我們說到探究物理規(guī)律往往是指通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)探究，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，提高學(xué)生探究能力。似乎離開了物理實(shí)驗(yàn)就不能對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行相關(guān)探究，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行相關(guān)探究固然重要，但對(duì)一些在課堂上不可能進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的物理規(guī)律，往往忽視了對(duì)學(xué)生思維能力和探究能力的培養(yǎng)，由于庫侖定律是應(yīng)用精密儀器庫侖扭秤，通過精確實(shí)驗(yàn)才能得到的定量物理規(guī)律，不可能在課堂上進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。我通過以創(chuàng)設(shè)問題為切入點(diǎn)，以探究物理規(guī)律的內(nèi)在邏輯為主線，以科學(xué)合理的假設(shè)為要點(diǎn)，以科學(xué)方法為工具，探究對(duì)庫侖定律一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)，探討對(duì)學(xué)生思維能力和應(yīng)用科學(xué)方法進(jìn)行探究能力的培養(yǎng)。
　　一、傳統(tǒng)的庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)［１］
　　1.簡單復(fù)習(xí)
　　使物體帶電的方法：摩擦起電、接觸帶電、感應(yīng)起電。
　　2.點(diǎn)電荷的模型
　　指帶電體本身的大小比起它到其他帶電體的距離小得多。
　　3.探究靜電力
　　用一個(gè)固定擺放的帶電導(dǎo)體小球A，用細(xì)線懸掛B，C兩個(gè)相同的帶電輕質(zhì)導(dǎo)體小球，當(dāng)輕質(zhì)導(dǎo)體小球B，C與導(dǎo)體小球A靠近時(shí)，輕質(zhì)導(dǎo)體小球的偏角越大，表明兩電荷的靜電力越大。
　　利用變量控制法：
　?。?）研究相互作用力F與距離r的關(guān)系
　　使A、B、C帶同種電荷，且B、C的電荷量相等，觀察B、C的偏角，思考r增大時(shí)，F(xiàn)的大小如何變化。
　　結(jié)論：r增大時(shí)，F(xiàn)變小。
　?。?）研究相互作用力F與電荷量的關(guān)系
　　保持A、B的距離r不變，觀察B的偏角，思考當(dāng)B球帶的電荷量減小時(shí)，F(xiàn)的大小如何變化。
　　結(jié)論：B球帶的電荷量減小時(shí)，F(xiàn)變小。
　　4.庫侖定律
　　在前人工作的基礎(chǔ)上，法國物理學(xué)家?guī)靵鲇脤?shí)驗(yàn)研究了電荷之間的相互作用，總結(jié)出了如下規(guī)律，人們把這一規(guī)律稱為庫侖定律。
　　F=k，K=9.0×10N?m/C（靜電力恒量）
　　例：利用庫侖定律計(jì)算氫原子中質(zhì)子和電子之間的靜電力，利用萬有引力定律計(jì)算氫原子中質(zhì)子和電子之間的靜電力，比較靜電力和萬有引力的大小。
　　此教學(xué)設(shè)計(jì)存在如下問題：
　　1.具體從事物理教學(xué)的教師都知道高中物理實(shí)驗(yàn)中成功率最低的是靜電實(shí)驗(yàn)，所以此實(shí)驗(yàn)不要說學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，就是教師演示實(shí)驗(yàn)成功率也不高，與天氣和絕緣情況等因素有很大關(guān)系。
　　2.由于靜電力很小，用導(dǎo)體小球做實(shí)驗(yàn)觀察導(dǎo)體小球B的偏角是觀察不到的，用通草球?qū)嶒?yàn)偏角明顯，但通草球帶的電荷量不易改變。
　　3.即使此探究實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒σ仓黄娴氐玫絩增大時(shí)，F(xiàn)變小。B球帶的電荷量減小時(shí)，F(xiàn)變小的結(jié)論，沒有形成一個(gè)完整邏輯思維鏈，就是應(yīng)用精密儀器庫侖扭秤，學(xué)生也將不可能找到探究庫侖定律的科學(xué)方法。
　　4.沒有再現(xiàn)庫侖探究的邏輯思維過程和采用的科學(xué)方法，以及探究過程的難點(diǎn)和庫侖的創(chuàng)新之處。
　　二、創(chuàng)設(shè)問題的庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)
　　1.簡單復(fù)習(xí)
　　使物體帶電的方法：摩擦起電、接觸帶電、感應(yīng)起電。
　　2.點(diǎn)電荷的模型
　　指帶電體本身的大小比起它到其他帶電體的距離小得多。
　　3.探究靜電力
　　問題一：靜電力與我們過去學(xué)過的哪種力比較類似？
　　經(jīng)過分組討論比較后，由于彈力和摩擦力是接觸力，在教師引導(dǎo)下學(xué)生很容易得到靜電力與重力（萬有引力）相似。
　　問題二：萬有引力常數(shù)是采用什么精密儀器精確測量得到的？
　　學(xué)生經(jīng)過分組討論回憶后很容易得到：采用卡文迪許扭秤。
　　教師總結(jié)：庫侖正是應(yīng)用類比法模仿卡文迪許扭秤制成庫侖扭秤來探究靜電力的。
　　問題三：怎樣利用庫侖扭秤研究兩個(gè)帶電體（點(diǎn)電荷之間的）相互作用力F與距離r的關(guān)系？
　　學(xué)生經(jīng)過分組討論后很容易得到：采用變量控制法，保持兩個(gè)帶電體（點(diǎn)電荷）的電荷量不變，改變兩個(gè)帶電體（點(diǎn)電荷）之間的距離r進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
　　教師總結(jié)：庫侖正是應(yīng)用變量控制法利用庫侖扭秤通過精確實(shí)驗(yàn)得到F∝，以上問題我們經(jīng)過討論就能找到解決的辦法。庫侖當(dāng)初要得到上面的結(jié)論并不難，因?yàn)椴]有多少創(chuàng)新，當(dāng)時(shí)的一般學(xué)者都能想到。
　　由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)帶電體所帶電荷量多少的認(rèn)識(shí)并不清楚，我們先來討論物體所帶電荷量的問題。
　　問題四：教師引導(dǎo)：我們利用使物體帶電的哪一種方法能改變帶電體的電荷量？
　　學(xué)生經(jīng)過分組討論后很容易得到，采用接觸帶電的方法可以改變帶電體的電荷量。
　　問題五：教師引導(dǎo)：我們?cè)鯓硬拍艿玫絻蓚€(gè)電荷量相等的帶電體？
　　學(xué)生經(jīng)過分組討論后一般得不到解決問題的方法。
　　教師總結(jié)：解決這一問題的方法正是庫侖發(fā)現(xiàn)庫侖定律的關(guān)鍵，它是通過前人已有的知識(shí)不可能得到的，這正是庫侖的創(chuàng)新之處。如果我們不能得到兩個(gè)電荷量相等的帶電體，那么發(fā)現(xiàn)庫侖定律的邏輯思維鏈將中斷。在這里庫侖作了一個(gè)科學(xué)合理的假設(shè)：如果讓一個(gè)帶電荷量為q的導(dǎo)體球與另一個(gè)不帶電的相同導(dǎo)體球相互接觸，分開后它們將平分原來帶電的導(dǎo)體球所帶的電荷量，兩球所帶的電荷量均為。
　　問題六：怎樣驗(yàn)證庫侖作的科學(xué)合理的假設(shè)是正確的？
　　學(xué)生經(jīng)過分組討論后可能會(huì)得到解決問題的方法。
　　教師總結(jié)：利用等效替代法和變量控制法，將平分原來帶電的導(dǎo)體球所帶的電荷量為的兩個(gè)帶電的導(dǎo)體球分別放入庫侖扭秤中，與帶的電荷量為Q的電荷相互作用測其靜電力，如果其靜電力相等表明它們帶的電荷量相同。
　　問題七：怎樣利用庫侖扭秤研究兩個(gè)帶電體（點(diǎn)電荷之間的）相互作用力F與兩個(gè)帶電體電荷量的關(guān)系？
　　學(xué)生經(jīng)過分組討論后容易得到解決問題的方法，利用變量控制法保持兩個(gè)帶電體之間的距離r不變，不斷改變兩個(gè)帶電體的電荷量，測其靜電力F。
　　教師總結(jié)：庫侖正是應(yīng)用變量控制法利用庫侖扭秤通過精確實(shí)驗(yàn)得到F∝qq。
　　結(jié)論：庫侖正是利用庫侖扭秤通過精確實(shí)驗(yàn)得到F∝。
　　關(guān)于庫侖定律的表達(dá)方式和電量的單位問題我們留在下節(jié)課討論。
　　此教學(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到了如下效果：
　　1.培養(yǎng)了學(xué)生思維能力和科學(xué)方法探究能力，使學(xué)生學(xué)習(xí)了科學(xué)方法探究常用的類比法，變量控制法，科學(xué)合理的假設(shè)法，等效替代法。
　　2.在不可能進(jìn)行課堂探究實(shí)驗(yàn)的情況下，通過對(duì)七個(gè)創(chuàng)設(shè)問題的討論充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和能動(dòng)性，增強(qiáng)了師生間的互動(dòng)。
　　3.再現(xiàn)庫侖探究的邏輯思維過程和采用的科學(xué)方法，以及探究過程的難點(diǎn)和庫侖的創(chuàng)新之處。
　　4.學(xué)習(xí)了當(dāng)解決問題的邏輯思維鏈中斷時(shí)，我們需要大膽地提出科學(xué)合理的假設(shè)，并且找到驗(yàn)證它的方法，這往往是解決問題過程中的創(chuàng)新之處。
　　三、兩種庫侖定律的教學(xué)設(shè)計(jì)比較
　　通過上面的兩個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)，我們可以看出：傳統(tǒng)的庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)，只是采用一個(gè)實(shí)際上很難完成的實(shí)驗(yàn)，在形式上片面探究靜電力F與距離r及電荷量q的定性關(guān)系，它與發(fā)現(xiàn)庫侖定律之間不產(chǎn)生內(nèi)在的邏輯必然性，沒有給學(xué)生提供一個(gè)完整的邏輯思維鏈，也沒有啟發(fā)學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)科學(xué)的探究方法，不知道庫侖發(fā)現(xiàn)庫侖定律的難點(diǎn)在哪里，最終學(xué)生只是記住了結(jié)論及公式并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。而創(chuàng)設(shè)問題的庫侖定律教學(xué)設(shè)計(jì)，通過對(duì)七個(gè)創(chuàng)設(shè)問題的討論有一個(gè)完整邏輯思維鏈環(huán)環(huán)相扣，再現(xiàn)庫侖探究的邏輯思維過程和采用的科學(xué)方法，以及探究過程的難點(diǎn)和庫侖的創(chuàng)新之處。對(duì)不可能在課堂上進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)的物理規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了以培養(yǎng)學(xué)生思維能力為核心，以提高學(xué)生探究能力為重點(diǎn)的目標(biāo)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理（選修3-1）［M］.廣州：廣東教育出版社，2004：5-7.
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文