顧永晉

摘 要：在高中物理教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一，是提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。電場(chǎng)強(qiáng)度是高中物理中的一個(gè)重要物理量，但又非常抽象難以理解，對(duì)學(xué)生的思維能力要求高。本文以電場(chǎng)強(qiáng)度的教學(xué)設(shè)計(jì)思想為例，探討在課堂中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)展 科學(xué)思維 教學(xué)設(shè)計(jì)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“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(gè)方面。通過(guò)高中階段的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生達(dá)到的科學(xué)思維目標(biāo)是具有構(gòu)建模型的意識(shí)和能力；運(yùn)用科學(xué)思維方法，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論；具有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)；具有批判性思維的意識(shí)，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問(wèn)題，追求科技創(chuàng)新。科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，是教師需要思考的教學(xué)策略。筆者以電場(chǎng)強(qiáng)度的概念教學(xué)過(guò)程為例，列舉培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的幾種途經(jīng)。

一、設(shè)計(jì)思路

電場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)用比值定義的物理量，它是用來(lái)描述電場(chǎng)的性質(zhì)，而電場(chǎng)是看不見(jiàn)、摸不著的一種物質(zhì)，學(xué)生很難理解。筆者通過(guò)類比、概括、抽象、邏輯推理等多角度設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)物理概念的形成過(guò)程，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。從學(xué)生已有知識(shí)的磁場(chǎng)知識(shí)的基礎(chǔ)上，類比推理得出電場(chǎng)的概念，并體會(huì)科學(xué)家提出這一概念的思想方法；從電場(chǎng)具有對(duì)位于其中的電荷有力的作用這一性質(zhì)出發(fā)，提出研究電場(chǎng)的基本方法是在其中放入檢驗(yàn)電荷；檢驗(yàn)電荷所受到的靜電力能否用來(lái)描述電場(chǎng)，是鍛煉學(xué)生思維、質(zhì)疑和推理能力的重要環(huán)節(jié)，教學(xué)中不能一代而過(guò)，需讓學(xué)生理解這一研究過(guò)程。

二、活動(dòng)設(shè)計(jì)

（一）課前準(zhǔn)備，布置預(yù)習(xí)作業(yè)

在初中我們學(xué)習(xí)過(guò)磁場(chǎng)的有關(guān)知識(shí)，磁體能使放在它周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁體和小磁針沒(méi)有接觸，他們之間為什么會(huì)有相互作用，教描述了磁場(chǎng)的概念。那是如何研究磁場(chǎng)的呢？類比思考：在上一節(jié)中我們學(xué)習(xí)了庫(kù)侖定律，實(shí)驗(yàn)中，帶電體是如何使用細(xì)線懸掛的帶電小球產(chǎn)生力的作用的？

（二）新課教學(xué)——電場(chǎng)

學(xué)生活動(dòng)1——小組匯報(bào)所預(yù)習(xí)的初中知識(shí)及思考，提出相關(guān)猜想。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生體會(huì)根據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行類比，尋找事物的普遍聯(lián)系規(guī)律，激勵(lì)學(xué)生大膽猜想假設(shè)。

學(xué)生活動(dòng)2——閱讀教材，科學(xué)家是如何提出電場(chǎng)這一概念的過(guò)程。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生了解法拉第，提高學(xué)習(xí)興趣，并體會(huì)科學(xué)家提出一種觀點(diǎn)所經(jīng)歷的艱辛歷程。

問(wèn)題1：法拉第首先提出電荷周圍存在著由它產(chǎn)生的電場(chǎng)，處在電場(chǎng)中的其他電荷受到的作用力就是這個(gè)電場(chǎng)給予的。請(qǐng)描述他的解釋？

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生通過(guò)描述法拉第對(duì)電荷間相互作用的解釋，讓學(xué)生初步理解電場(chǎng)是如何對(duì)電荷進(jìn)行作用的，即A電荷給B電荷的作用力是通過(guò)A電荷的電場(chǎng)產(chǎn)生的；而B(niǎo)電荷給A電荷的力是通過(guò)B電荷的電場(chǎng)產(chǎn)生的。

問(wèn)題2：電場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)，我們?nèi)绾卧谌パ芯克兀?/p>

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生理解電場(chǎng)既然有對(duì)放入其中的電荷有力的作用，要研究電場(chǎng)，就可以在電場(chǎng)中放入電荷，考慮能否用電場(chǎng)力來(lái)描述電場(chǎng)，同時(shí)引出檢驗(yàn)電荷這一理想模型。為電場(chǎng)強(qiáng)度概念的出現(xiàn)做好鋪墊，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。

（三）新課教學(xué)——電場(chǎng)強(qiáng)度

教師引導(dǎo)：回憶1.2-1實(shí)驗(yàn)，帶電小球是用來(lái)檢驗(yàn)電場(chǎng)是否存在及其分布情況的，叫試探電荷（檢驗(yàn)電荷）。被檢驗(yàn)的電場(chǎng)是金屬球Q所激發(fā)的，所以Q所帶的電荷成為場(chǎng)源電荷（源電荷）。對(duì)于試探電荷，是有要求的，它的電荷量和尺寸必須充分小，保證對(duì)金屬球Q上的電荷（電場(chǎng)）分布不產(chǎn)生影響。

思考：實(shí)驗(yàn)表明，同一試探電荷在電場(chǎng)中不同位置受力不一樣，表明電場(chǎng)是有強(qiáng)弱的，怎么研究電場(chǎng)強(qiáng)弱呢？

【設(shè)計(jì)意圖】（1）讓學(xué)生理解檢驗(yàn)電荷這一理想模型的抽象過(guò)程；（2）引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，分析得出電場(chǎng)有強(qiáng)弱這一事實(shí)。

學(xué)生活動(dòng)3——小組討論：通過(guò)以上的學(xué)習(xí)，我們知道電場(chǎng)的明顯特征是他對(duì)電場(chǎng)中的電荷有靜電力的作用，能否用電場(chǎng)力來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生分析：試探電荷所受的靜電力不能描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱，或者說(shuō)不能描述電場(chǎng)的性質(zhì)。原因是，根據(jù)庫(kù)侖定律，不同的試探電荷在電場(chǎng)中同一點(diǎn)所受的靜電力不同。換句話說(shuō)，靜電力的大小不僅與電場(chǎng)有關(guān)，還與試探電荷的電量有關(guān)。從而得出電場(chǎng)的性質(zhì)應(yīng)只與試探電荷與場(chǎng)源點(diǎn)荷的距離有關(guān)這一結(jié)論。

分析假設(shè)：如果試探電荷q1在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的靜電力為F1，另一個(gè)同樣的試探電荷在這一點(diǎn)受到的靜電力一定也是F1；兩個(gè)這樣的電荷在這一點(diǎn)的靜電力可能是2F1……也就是說(shuō)，試探電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力F可能與試探電荷的電荷量q成正比。即F=Eq，E為比例常數(shù)，q為電荷量。

推理檢驗(yàn)：在電荷量為Q的帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)中，設(shè)想在離帶電體Q距離r處放置試探電荷q1，它受到的靜電力為F=kQq1/r2，在該處放置試探電荷q1，則受到的靜電力為F=2kQq1/r2……實(shí)驗(yàn)表明我們的假設(shè)是正確的。

觀察關(guān)系式發(fā)現(xiàn)，式中kQ/r2是常數(shù)，把關(guān)系式F=Eq變形為E=F/q，比值F/q是一個(gè)與試探電荷無(wú)關(guān)的量，它的大小完全由電場(chǎng)確定。再回到帶電金屬球產(chǎn)生的電場(chǎng)中去看看這一比值，則F/q=kQ/r2，它確實(shí)是與試探電荷無(wú)關(guān)，僅與該點(diǎn)到帶電金屬球的距離有關(guān)。至此，描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量就找到了。也就是，引入電場(chǎng)強(qiáng)度概念的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟：試探電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受靜電力與它的電荷量的比值叫做該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，定義式是E=F/q。

三、總結(jié)提升

構(gòu)建物理模型是一種重要的思維方式，教師在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生體會(huì)思想方法；根據(jù)已掌握的知識(shí)類比推測(cè)假設(shè)，并利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推理驗(yàn)證；創(chuàng)設(shè)物理情境讓學(xué)生體會(huì)概念的形成過(guò)程等方式對(duì)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途經(jīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2017.