吳秋瑛

摘 要：執(zhí)教“電荷及其守恒定律”時(shí)教師要具備批判性思維和量子化思想，要具備物理模型的觀念和實(shí)驗(yàn)探究的思想。文章從“學(xué)生具備的初中知識(shí)基礎(chǔ)、課本知識(shí)學(xué)習(xí)的思路梳理、課堂教學(xué)存在的主要問(wèn)題、課堂教學(xué)中的亮點(diǎn)和課堂教學(xué)操作范例”等方面，闡述了自己的教學(xué)觀念。

關(guān)鍵詞：電荷；守恒定律；教學(xué)反思

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）3-0074-3

參加區(qū)高中物理優(yōu)課競(jìng)賽評(píng)委工作，課題“電荷及其守恒定律”聽(tīng)過(guò)多遍，再次閱讀課程標(biāo)準(zhǔn)、課本及其教學(xué)參考資料，產(chǎn)生許多想法，寫(xiě)出來(lái)與各位老師研討。

1 學(xué)生具備的初中知識(shí)基礎(chǔ)

基于《電荷及其守恒定律》一節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生具備的初中基礎(chǔ)知識(shí)有兩個(gè)方面：

一是靜電知識(shí)。摩擦能使物體帶電。自然界僅有兩種電荷：正電荷、負(fù)電荷。富蘭克林將用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒所帶的電荷稱(chēng)為正電荷，用毛皮摩擦過(guò)的硬橡膠棒所帶的電荷稱(chēng)為負(fù)電荷。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。

二是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識(shí)。物質(zhì)由分子組成，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。分子由原子組成，原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子構(gòu)成，且正、負(fù)電荷數(shù)量相等。

盧瑟福建立了類(lèi)似行星繞日的核式結(jié)構(gòu)模型：原子核位于原子的中心，電子受原子核吸引，繞核做高速運(yùn)動(dòng)。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子，都是由更小的微?！淇藰?gòu)成的。

許多老師在引導(dǎo)學(xué)生回顧學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，不能清晰地界定靜電知識(shí)和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識(shí)，將兩方面的知識(shí)交叉反復(fù)。不清楚初中學(xué)習(xí)的靜電知識(shí)是靜電場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)，物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識(shí)是用來(lái)解釋靜電現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)物體帶電本質(zhì)的，且由原子的結(jié)構(gòu)模型，可順暢建立簡(jiǎn)化的金屬結(jié)構(gòu)模型。

2 課本知識(shí)學(xué)習(xí)的思路梳理

電荷守恒定律是課時(shí)學(xué)習(xí)的中心，電荷產(chǎn)生的機(jī)理是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。確定物體是否帶電，最簡(jiǎn)單的方法是看其能否吸引輕小物體。實(shí)驗(yàn)的方法是用驗(yàn)電器或靜電計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。

使物體帶電的方法有三種：摩擦起電、接觸起電和感應(yīng)起電。無(wú)論哪一種起電方式都不是創(chuàng)造出電荷，而是使電子發(fā)生移動(dòng)，由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或由物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。失去電子的帶正電荷，得到電子的帶負(fù)電荷，由此水到渠成，得出電荷守恒定律。

電荷守恒定律的第二種表述，是基于第一種表述（建立在實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上）的思維推進(jìn)：在電中性的物質(zhì)里不是沒(méi)有電荷，而是電荷的代數(shù)和為零；電荷的中和不是正、負(fù)電荷一起消失，而是不同種類(lèi)的電荷數(shù)量達(dá)到等量、異號(hào)，正、負(fù)電荷的代數(shù)和為零；電荷的總量就是指電荷的代數(shù)和。

元電荷和比荷是學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)的基本概念。電荷的多少稱(chēng)為電荷量，正電荷的電荷量是正值，負(fù)電荷的電荷量是負(fù)值。電子所帶的電荷量是最小的電荷量（負(fù)值）。

元電荷是最小的電荷量（沒(méi)有符號(hào)），其值等于電子所帶的電荷量，e=1.6×10-19 C（密立根測(cè)得）。帶電體所帶電荷量可能等于e，或者是e的整數(shù)倍，電荷量不是連續(xù)變化的物理量。比荷（e/m）是電荷量與其質(zhì)量之比。

課堂教學(xué)實(shí)施的重點(diǎn)是結(jié)合摩擦起電和感應(yīng)起電的具體情境，理解電荷守恒定律；而不是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)角度認(rèn)識(shí)物體帶電的本質(zhì)。

學(xué)習(xí)的難點(diǎn)是建立元電荷的概念，知道電荷量不能連續(xù)變化，而不是帶正電的原子為什么不能移動(dòng)。

3 課堂教學(xué)存在的主要問(wèn)題

3.1 使物體帶電的三種方法（摩擦、接觸和感應(yīng)起電），不是孤立的，不需要通過(guò)三次實(shí)驗(yàn)分別展示

用絲綢摩擦玻璃，玻璃棒帶上正電荷是摩擦起電；用玻璃棒接觸驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的金屬箔張開(kāi)（移走玻璃棒，金屬箔仍然張開(kāi)），驗(yàn)電器帶上正電荷，是接觸起電；用玻璃棒靠近驗(yàn)電器的金屬球，驗(yàn)電器的金屬箔張開(kāi)，移走玻璃棒，張開(kāi)的金屬箔閉合，玻璃棒靠近驗(yàn)電器，驗(yàn)電器帶電是感應(yīng)起電。

3.2 用毛皮摩擦硬橡膠棒，使硬膠棒帶電

正確的摩擦方法，不是拿硬橡膠棒的手用力、單向的一次次摩擦，而是拿毛皮的手來(lái)回適當(dāng)?shù)挠昧?，用毛皮摩擦?/p>

使硬橡膠棒上的電荷轉(zhuǎn)移到驗(yàn)電器的金屬球上時(shí)，不是點(diǎn)接觸，而是移動(dòng)硬橡膠棒不同部位接觸。

實(shí)驗(yàn)的不成功更多源于教師思想不重視、操作方法不正確，而不是空氣的潮濕。

3.3 知識(shí)學(xué)習(xí)的層次性認(rèn)識(shí)不足，過(guò)早提出電荷的均分法則

在電荷量的概念、單位、符號(hào)學(xué)習(xí)前，便向?qū)W生講授兩個(gè)完全相同的金屬球A、B，A帶電+Q與不帶電的B接觸，A的電荷量會(huì)分給B一半。

學(xué)生雖能有所感悟，卻很難將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行同化或順應(yīng)，更不能意識(shí)到+Q的均分是由自由電荷移動(dòng)引起的。

3.4 原子核與核外電子的模型是類(lèi)似行星的核式模型，而不是蘋(píng)果肉與蘋(píng)果核模型

核力是核子（質(zhì)子和中子）間的作用力，不是原子核不能移動(dòng)的原因。原子核與核外電子間的作用力是靜電力，不是核力。

電荷間的移動(dòng)是電荷間相互作用的結(jié)果，不是搶來(lái)?yè)屓サ?。物質(zhì)分子間的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，與電荷在物體間的轉(zhuǎn)換，說(shuō)的是不同性質(zhì)的問(wèn)題。

3.5 對(duì)絕緣體和金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不足

播放的實(shí)驗(yàn)視頻中，學(xué)生用大金屬球從感應(yīng)起電機(jī)取電，大金屬球圍繞感應(yīng)起電機(jī)的放電球轉(zhuǎn)多圈（電荷在金屬導(dǎo)體間的轉(zhuǎn)移是瞬間完成的），教師沒(méi)有制止。

實(shí)驗(yàn)失敗的原因，被理所當(dāng)然地歸結(jié)為空氣的濕度較大。

3.6 實(shí)驗(yàn)存在問(wèn)題

①注重教師的演示實(shí)驗(yàn)，而不重視學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

②注重教師自己的講解，而不重視學(xué)生的學(xué)習(xí)。

③注重知識(shí)的傳授，而不重視知識(shí)的層次和結(jié)構(gòu)。

④注重知識(shí)淺層次識(shí)記，而不重視知識(shí)深層次的理解。

⑤簡(jiǎn)單的知識(shí)被復(fù)雜化，清晰的思路被模糊化。

4 課堂教學(xué)中的亮點(diǎn)

4.1 能有效利用現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備

課前制作師生合作的實(shí)驗(yàn)視頻，一方面為課堂的順暢教學(xué)提供保障，另一方面能加強(qiáng)師生情感溝通，提高師生間的相互信任度。

4.2 能對(duì)絲綢摩擦玻璃棒、毛皮摩擦硬橡膠棒的摩擦起電進(jìn)行引申

用泡沫塑料摩擦玻璃棒、絲綢摩擦塑料梳等，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到摩擦起電是生活中的普遍現(xiàn)象。

4.3 自制教具

如圖1所示，將靜電計(jì)的金屬球處安裝易拉罐，兩個(gè)靜電計(jì)易拉罐組合到一起，替代枕形導(dǎo)體，實(shí)驗(yàn)效果非常好。

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圖1 自制教具

5 課堂教學(xué)操作范例

5.1 播放“電閃雷鳴”或“頭發(fā)豎起”的視頻

指導(dǎo)學(xué)生觀看，說(shuō)明靜電現(xiàn)象是自然界和日常生活中常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。

5.2 要求學(xué)生用塑料筆桿摩擦頭皮

教師用毛皮摩擦硬橡膠棒，提問(wèn)筆桿和硬橡膠棒是否會(huì)帶電？學(xué)生給出吸引輕小物體的方法，教師給出驗(yàn)電器和靜電計(jì)檢驗(yàn)的方法。追問(wèn)：為什么摩擦?xí)共粠щ姷奈矬w帶電？

5.3 引導(dǎo)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)初中所學(xué)的靜電和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識(shí)

指導(dǎo)學(xué)生用物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識(shí)認(rèn)識(shí)物體的帶電本質(zhì)。由“人們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)對(duì)兩種電荷都吸引或都排斥的電荷”，較理性地推導(dǎo)出“自然界只有兩種電荷”，呈現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎枷牒团行运季S；由盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型，建立金屬結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化物理模型。

5.4 三種起電方式

用毛皮摩擦硬橡膠棒，硬橡膠棒帶電是摩擦起電；用帶電的硬橡膠棒接觸驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的金屬箔張開(kāi)，拿走硬橡膠棒，金屬箔仍然張開(kāi)著，驗(yàn)電器的帶電是接觸起電；用帶電的硬橡膠棒靠近靜電計(jì)，靜電計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，移走硬橡膠棒，指針回復(fù)到原來(lái)的位置，靜電計(jì)的帶電是感應(yīng)起電。

5.5 電荷守恒定律

用帶電的硬橡膠棒靠近枕形導(dǎo)體A、B，枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均張開(kāi)，移走帶電的硬橡膠棒，枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均閉合。再次用帶電的硬橡膠棒靠近枕形導(dǎo)體A、B，枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均張開(kāi)，將枕形導(dǎo)體A、B分開(kāi)，移走帶電的硬橡膠棒，枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔仍然張開(kāi)，接著將A、B接觸，枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均再次閉合。以此為基礎(chǔ)總結(jié)出電荷守恒定律。

5.6 理性剖析電荷守恒定律

電中性的物體中有電荷，正電荷和負(fù)電荷的代數(shù)和為零；電荷中和不是正、負(fù)電荷一起消失，只是物體中所含的正、負(fù)電荷數(shù)等量、異號(hào)，代數(shù)和為零；電荷總量保持不變，同樣是指電荷的代數(shù)和。

再結(jié)合帶電粒子的產(chǎn)生和湮滅，推進(jìn)對(duì)電荷守恒定律的認(rèn)識(shí)，提出電荷守恒定律的新表述。

5.7 學(xué)生自學(xué)電荷量、元電荷、比荷等基礎(chǔ)知識(shí)

強(qiáng)調(diào)元電荷e是最小的電荷量，任何一個(gè)帶電體，所帶的電量?jī)H可能等于e，或是e的整數(shù)倍。元電荷e的值是由美國(guó)物理學(xué)家密立根最早測(cè)得的。

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（欄目編輯 鄧 磊）