卿昭才

摘 要：本文從教材分析，教學(xué)方法的應(yīng)用，科學(xué)探究主題的挖掘和實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施四個(gè)方面對(duì)新教材關(guān)于靜電場(chǎng)教學(xué)做了分析、總結(jié)和建議，為教師在本章教學(xué)時(shí)理解教材，合理運(yùn)用科學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來突破教學(xué)難點(diǎn)，有效落實(shí)教學(xué)目標(biāo)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：知識(shí)脈絡(luò)；類比；科學(xué)探究；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）7-0021-4

《靜電場(chǎng)》是高中物理整個(gè)電磁學(xué)的開篇。本章的特點(diǎn)是概念多、規(guī)律多、結(jié)論多，同時(shí)也很抽象。一些基本概念如電場(chǎng)線、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差等看不見摸不著，學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)很少，同時(shí)和力學(xué)規(guī)律聯(lián)系緊密，所以本板塊的學(xué)習(xí)是整個(gè)教材的重點(diǎn)，也是教學(xué)中的難點(diǎn)，還是對(duì)力學(xué)有關(guān)知識(shí)的再復(fù)習(xí)。筆者認(rèn)為，對(duì)于這部分的教學(xué)應(yīng)力求知識(shí)和方法并重，重視知識(shí)的產(chǎn)生過程和本章知識(shí)與學(xué)生生活、社會(huì)實(shí)踐和現(xiàn)代科技的聯(lián)系，運(yùn)用科學(xué)的教學(xué)方法來突破難點(diǎn)，這不僅有助于學(xué)生對(duì)本章知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)以后《磁場(chǎng)》的學(xué)習(xí)也奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過使用新教材進(jìn)行了該板塊的教學(xué)，現(xiàn)將筆者的教學(xué)感想總結(jié)如下。

1 領(lǐng)悟新教材編寫意圖，理解知識(shí)脈絡(luò)

1.1 新、舊教材的內(nèi)容對(duì)比

這部分知識(shí)在原教材中是第十三章，共十節(jié)內(nèi)容，在魯科版教材中是第1、2章，共八節(jié)內(nèi)容。新教材在知識(shí)內(nèi)容上的變動(dòng)不大，其中和原教材最主要的差異是電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差的知識(shí)線索不同。通過深入的比較和研究，新教材這樣做的目的是進(jìn)一步完善靜電學(xué)中的知識(shí)鏈，從而體現(xiàn)新教材更重視知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和產(chǎn)生過程。

1.2 新、舊教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)比

新、舊教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖1：

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圖1 新、舊教材內(nèi)容知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

從圖1看出新教材通過與重力勢(shì)能的類比自然得出電勢(shì)能的概念，通過電場(chǎng)強(qiáng)度的比值定義法自然聯(lián)想到電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)該如何定義，電勢(shì)差概念的得出就水到渠成，電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化、電勢(shì)差的關(guān)系的推導(dǎo)也就輕而易舉了。由此可見，新教材的知識(shí)線索更加符合人的認(rèn)知過程。也許從教師的角度已經(jīng)習(xí)慣了原教材的傳授順序，但從更有利于學(xué)生建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的角度上，建議還是采用新教材的教學(xué)順序。

1.3 探究主題的對(duì)比

與原教材相比，新教材增設(shè)了電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)探究，電場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)探究，電場(chǎng)力做功特點(diǎn)的理論探究，電勢(shì)概念的理論探究，電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差關(guān)系的理論探究，同時(shí)新教材還增添了不少迷你實(shí)驗(yàn)素材?？梢姡陆滩母幼⒅乜茖W(xué)探究這一核心理念。所以，教學(xué)時(shí)建議老師充分挖掘教材中的探究主題，做好實(shí)驗(yàn)，這對(duì)激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力有著積極的推進(jìn)作用。

2 運(yùn)用科學(xué)方法教學(xué)，突破教學(xué)難點(diǎn)

類比是一種邏輯推理，它通過聯(lián)想，把異常的、未知的事物對(duì)比尋常熟悉的事物，然后依據(jù)兩對(duì)象之間存在著的某種類似或相似的性質(zhì)，從已知對(duì)象的某種性質(zhì)推出未知對(duì)象具有相應(yīng)的一種性質(zhì)。通過給這些陌生的抽象事物（概念，規(guī)律）賦予間接的直觀形象，有利于啟發(fā)思維，化難為易，使我們順利而全面地認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，形成清晰的物理概念，達(dá)到深刻理解、掌握物理知識(shí)的目的，從而突破教學(xué)難點(diǎn)，提高了課堂教學(xué)的有效性。

在靜電場(chǎng)這兩章，類比這一科學(xué)方法，可以說幾乎貫穿了這一整塊的教學(xué)，從最初的“點(diǎn)電荷”到最后的“電容器”，從概念的認(rèn)識(shí)到規(guī)律的應(yīng)用，都可以用我們已學(xué)的知識(shí)，或生活規(guī)律來類比。通過類比，從而使這個(gè)看不見、摸不著的電場(chǎng)變得清晰、實(shí)在、熟悉。以下略舉幾例，說明類比這一教學(xué)方法在這兩章的應(yīng)用。

2.1 根據(jù)靜電場(chǎng)與重力場(chǎng)的相似性，用因果類比推出靜電場(chǎng)的一些性質(zhì)

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圖2 由重力場(chǎng)類比推出靜電場(chǎng)的性質(zhì)

2.2 類比電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式得出電勢(shì)的定義式

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圖3 由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式類比推導(dǎo)電勢(shì)的定義式

2.3 由輕小紅飄帶研究風(fēng)力的大小和方向類比出由試探電荷研究電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向

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圖4 由風(fēng)力的大小、方向的研究方法類比出電場(chǎng)強(qiáng)弱、方向的研究方法

2.4 課本其他一些典型的類比

點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)的類比；庫侖定律與萬有引力定律的類比；等勢(shì)面與等高線的類比；電容器和水容器的類比；帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)后的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)的類比。

2.5 注重其他科學(xué)方法的滲透

這兩章除類比法之外，還滲透了比較、反證法、比值定義法等思維方法，也需要引起老師們的重視。

比較就是找出被比對(duì)象的同一性和差異性，從更普遍的意義上說，比較的作用就是確認(rèn)和鑒別事物，對(duì)事物分類，對(duì)事物進(jìn)行分析與歸納。學(xué)習(xí)的過程中，為了理解知識(shí)的內(nèi)涵、外延，精準(zhǔn)地把握知識(shí)，比較幾乎在不斷地進(jìn)行著。深層次的比較要比較出同中之異和異中之同，幫助我們認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。這兩章典型的比較有：重力場(chǎng)和電場(chǎng)的比較；電場(chǎng)力和電場(chǎng)強(qiáng)度的比較；電勢(shì)能和電勢(shì)的比較；點(diǎn)電荷和質(zhì)點(diǎn)的比較；萬有引力和庫侖定律的比較；帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)的比較等。

反證法是一種間接證明的方法，就是從假設(shè)結(jié)論不成立，推出與已知的規(guī)律或事實(shí)相矛盾，則原結(jié)論成立。在本兩章的教學(xué)中，證明達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體是等勢(shì)體、表面電場(chǎng)線與導(dǎo)體表面垂直就是反證法的典型應(yīng)用。

比值定義法是物理學(xué)中的一種常用方法之一，在這兩章的教學(xué)內(nèi)容中，像電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電容等概念都是用此方法來定義的，教學(xué)中要重視引導(dǎo)學(xué)生為什么要用此方法，怎么用比值定義法。

3 充分挖掘科學(xué)探究的主題，確保教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)

凸顯科學(xué)探究是新教學(xué)理念核心的體現(xiàn)，也是教材改版后的最大特點(diǎn)。所以，在教學(xué)中要充分挖掘本章的探究主題，精心設(shè)計(jì)，讓學(xué)生充分感受物理知識(shí)的產(chǎn)生過程，確保教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)。筆者主要在這樣幾個(gè)地方嘗試了探究性課堂教學(xué)：

3.1 電場(chǎng)強(qiáng)度概念的探究性教學(xué)

第一步：創(chuàng)設(shè)情境，提出探究課題

1）風(fēng)是看不見、摸不著的，我們用什么方法可以得知風(fēng)力的方向和大小呢？電場(chǎng)也是看不見、摸不著而又是客觀存在的物質(zhì)，我們又如何來認(rèn)識(shí)它的特性，摸清它的“脾氣”？

2）電場(chǎng)最基本的性質(zhì)是什么？這對(duì)我們研究問題有何啟發(fā)？

3）把電荷放入電場(chǎng)中，通過研究電荷的受力情況，可以探明電場(chǎng)的屬性。那么，對(duì)放入電場(chǎng)中的電荷有沒有要求？可不可以隨意找一個(gè)帶電體放入電場(chǎng)？

4）電場(chǎng)中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱與什么因素有關(guān)？如何描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱？請(qǐng)同學(xué)們針對(duì)這個(gè)主題展開研究，看能得出什么結(jié)論？

第二步：猜想假設(shè)，設(shè)計(jì)探究方案

請(qǐng)同學(xué)們猜想電場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱可能會(huì)與哪些因素有關(guān)？設(shè)計(jì)怎樣的方案去研究解決這個(gè)問題？

可引導(dǎo)學(xué)生先用實(shí)驗(yàn)做一些初步的定性探究（如圖5），再利用點(diǎn)電荷的電場(chǎng)進(jìn)行理論性探究。

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圖5 學(xué)生初步定性探究實(shí)驗(yàn)

第三步：收集證據(jù)，論證探究假設(shè)

電場(chǎng)強(qiáng)度是《電場(chǎng)》一章重要的基本概念，在教學(xué)設(shè)計(jì)上，不必期望學(xué)生通過一節(jié)課的學(xué)習(xí)，就將電場(chǎng)強(qiáng)度理解得非常透徹。這一節(jié)的重點(diǎn)是讓學(xué)生初步建立電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，認(rèn)識(shí)到電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，是表示電場(chǎng)本質(zhì)屬性的物理量。學(xué)生通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，會(huì)逐步深化對(duì)此概念的理解。同時(shí)，采用教師引導(dǎo)下的科學(xué)探究式教學(xué)方法，充分研究、挖掘教材的科學(xué)探究素材，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以科學(xué)探究為學(xué)生的主要學(xué)習(xí)方式，發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。由于電場(chǎng)強(qiáng)度的概念高度抽象，單純采用教師講授、學(xué)生接受的教學(xué)方法或放手讓學(xué)生討論、探究，可能都收不到良好的教學(xué)效果。若通過設(shè)計(jì)上述方案，采用教師引導(dǎo)下學(xué)生探究的教學(xué)方法實(shí)施教學(xué)，學(xué)生圍繞任務(wù)開展緊張的思考活動(dòng)，親歷物理學(xué)的研究方法，伴隨著問題、嘗試、思考、對(duì)話而獲得探究性體驗(yàn)，對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建立過程留下深刻的印象，因而效果比較理想。

3.2 等勢(shì)面的探究性教學(xué)

類比等高線提出等勢(shì)面的概念后，我們是以問題的形式引導(dǎo)學(xué)生探究等勢(shì)面的特點(diǎn)，并要求學(xué)生嘗試自己畫出勻強(qiáng)電場(chǎng)、點(diǎn)電荷的等勢(shì)面，以及等量同、異種電荷等勢(shì)面的大致分布情況，這樣的教學(xué)方式有利于學(xué)生對(duì)等勢(shì)面的深刻理解與掌握。

3.3 示波管原理的探究

和原有的教材不同，新教材示波管原理的介紹是通過課本思考與討論的形式出現(xiàn)的。若教師還設(shè)計(jì)有梯度的問題竄，學(xué)生通過對(duì)這些問題的思考、推導(dǎo)，其本身就是一個(gè)很好的科學(xué)探究過程，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和空間想象能力的提高。

4 重視演示實(shí)驗(yàn)的作用，加強(qiáng)物理知識(shí)的應(yīng)用

這兩章內(nèi)容比較抽象，學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)很少。因此，物理規(guī)律和概念的構(gòu)建有一定困難。所以，盡可能做一些演示實(shí)驗(yàn)，把抽象的問題直觀地展示出來，這對(duì)于突破教學(xué)難點(diǎn)，構(gòu)建物理概念，探究、理解物理規(guī)律有很重要的作用。物理知識(shí)從實(shí)際中來，但學(xué)習(xí)物理的最終目的是要回到實(shí)際中去解決問題。所以，加強(qiáng)物理知識(shí)的應(yīng)用，既是對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固，又是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力的有效途徑。本章課本上出現(xiàn)的一些閱讀材料，如《靜電復(fù)印》《密立根實(shí)驗(yàn)——電子電荷量的測(cè)定》《范德格拉夫靜電加速器》等，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀，不能一帶而過。筆者通過這兩章的教學(xué)，就幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)做簡(jiǎn)介。

4.1 電場(chǎng)線的分布實(shí)驗(yàn)

有機(jī)玻璃板內(nèi)，布有許多細(xì)頭發(fā)屑，無規(guī)則地懸浮在蓖麻油中。用靜電感應(yīng)器給頭發(fā)屑加上電場(chǎng)，可以清晰地觀察到頭發(fā)屑由無序轉(zhuǎn)化為一定規(guī)則排列的整個(gè)過程。

4.2 電容器的充放電演示

用電池先給電容器充電，再通過它給一只發(fā)光二極管放電，可以觀察到二極管閃爍了一下，這樣學(xué)生對(duì)電容器的放電有了直觀的認(rèn)識(shí)。

也可用兩只塑料杯，外部分別包上錫箔紙，組成一個(gè)電容器。用毛皮摩擦橡膠棒，給電容器充電，充電完畢后，請(qǐng)兩個(gè)學(xué)生用手接觸電容器的兩極板，體驗(yàn)其放電的過程。這個(gè)實(shí)驗(yàn)作為課題引入，不僅能迅速調(diào)動(dòng)起學(xué)生對(duì)電容器的學(xué)習(xí)興趣，而且對(duì)電容器的構(gòu)造及儲(chǔ)存電量的特性也有了深刻的印象。

4.3 電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)演示

帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)是本章教學(xué)的重點(diǎn)，一般就是從理論上做推導(dǎo)。但若在課題引入中演示這種運(yùn)動(dòng)，學(xué)生興趣大增，想知道為什么做這樣的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也有助于對(duì)示波管直觀感受和對(duì)原理的理解。

用兩塊相同、稍大的金屬板正對(duì)固定在鐵架臺(tái)上構(gòu)成平板電容器，把陰極射線管也固定在兩板之間，然后用靜電感應(yīng)器給兩極板充電，在兩板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，這樣就能清晰地觀察到電子在陰極射線管中的偏轉(zhuǎn)軌跡。

參考文獻(xiàn)：

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[3]廖伯琴.魯科版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)教師用書（物理選修3-1）[M].濟(jì)南：山東科技出版社，2011.

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（欄目編輯 劉 榮）