劉文震

摘 ? 要：為了滿足人們享有高質量教育的要求，教育工作者從理論和實踐兩個方面對多種教學模式進行研究和探索，并取得了豐碩的研究成果，“五星教學模式”就是其中之一。就其實質而言，就是根據(jù)具體的教學內容，創(chuàng)設真實的情境，把教學內容置于實際問題之中，通過解決實際問題展開教學。文章以人教版高中物理選修3-1第一章第七節(jié)“靜電現(xiàn)象的應用”的教學設計為例，說明“五星教學模式”在高中物理教學中的應用。

關鍵詞：教學模式;靜電現(xiàn)象;物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）5-0008-4

具體的教學任務應被置于循序漸進的實際問題解決情境中來完成，即先向學習者呈現(xiàn)問題，然后針對各項具體任務展開教學，接著再展示如何將學到的具體知識運用到解決問題或完成整體任務中去。只有達到了這樣的要求，才是符合學習過程和學習者心理發(fā)展要求的優(yōu)質高效的教學。

“五星教學模式”是國際著名教育心理學家梅瑞爾（M. David Merrill）教授2002年提出，浙江大學盛群力等人將其引入我國，其主要把教學過程分為五大基本要素，即“聚焦問題”“激活舊知”“論證新知”“應用新知”和“融會貫通”[2]。這五大基本要素既符合學生的基本認知規(guī)律，也符合建構主義理論的要求?！拔逍墙虒W模式”為物理教學提供了一種可供借鑒的教學模式。

1 ? ?“五星教學模式”的基本結構

“五星教學模式”包括五個主要要素（“聚焦問題”“激活舊知”“論證新知”“應用新知”“融會貫通”）以及進行評估的15條標準（見表1）。

2 ? ?基于“五星教學模式”的教學設計——以“靜電現(xiàn)象的應用”為例

“五星教學模式”在高中物理教學中如何有效運用呢？下面以人教版選修3-1第一章《靜電場》第七節(jié)的內容“靜電現(xiàn)象的應用”[3]為例進行說明。

2.1 ? ?聚焦問題

（1）開門見山引入新課

環(huán)節(jié)1：在黑板上張貼課題靜電貼，讓學生觀察。

環(huán)節(jié)2：讓學生穿靜電屏蔽服利用特斯拉音樂線圈表演真人閃電秀（圖1），激發(fā)學生的學習興趣。然后脫下衣服讓其他同學觀察并思考。

（2）提出問題引發(fā)思考

問題1：大家除了感受到驚險刺激以外，還有哪些思考與感受？為什么這位同學不怕高壓電呢？（同時讓表演者脫下屏蔽服讓學生觀察）

問題2：金屬網(wǎng)是導體，為什么穿上“金屬網(wǎng)”反而不怕電呢？這種“超能力”背后有什么物理規(guī)律呢？

設計意圖：首先讓學生把注意力聚焦到本節(jié)課的學習任務上，同時利用強烈的視覺沖擊，吸引學生的注意力，出乎意料的結果能激發(fā)他們解決疑問的熱情和好奇心。同時，也為研究電場中的導體增加了感性認識。

2.2 ? ?激活舊知

通過上述問題的設置，激活了學生腦中靜電場的知識儲備，在理解了電場強度和電勢這兩個反映電場基本性質的重要物理量的基礎上，建立物理模型。

（1）建立模型理論分析

構建一個簡單的物理模型，將一個不帶電的實心金屬導體置于勻強電場中，如圖2所示，通過分析總結得出靜電平衡狀態(tài)的概念就是導體內部及其外表面的電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)。

（2）提出問題

問題3：圖2中這些自由電子在外加電場的作用下會如何運動？它們會移動到哪里？不能再移動的位置在哪里？金屬導體內部的自由電子會源源不斷地向外表面運動嗎？

設計意圖：創(chuàng)設物理情境，調動學生已有的知識儲備，通過理論探究，總結靜電平衡的概念，為后面進一步分析空腔導體的靜電平衡埋下伏筆。

2.3 ? ?論證新知

（1）理論探究一

問題4：如圖2所示，靜電平衡狀態(tài)下導體內部場強因為感應電場與原電場抵消而為零，如果不為零會怎樣？感應電荷分布在哪里？內部有感應電荷嗎？導體上任意兩點之間的電勢差等于多少？

老師鼓勵學生用所學知識總結不帶電實心導體靜電平衡下的特點，通過學生理論分析得出結論：處于靜電平衡下的導體內部場強處處為零;感應電荷只分布在外表面;整個導體是等勢體，表面是等勢面。

（2）理論探究二

問題5：使得內部場強為零的原因是什么？中間部分的電荷對靜電平衡沒有貢獻。既然沒有貢獻，把中間挖去會對靜電平衡有影響嗎？挖成金屬殼呢？挖成金屬網(wǎng)呢？

通過學生進一步理論分析得出結論，空腔導體在電場中的特點：內部場強處處為零;感應電荷只分布在導體的外表面;整個導體是等勢體，表面是等勢面。

設計意圖：讓學生用已有知識解決新問題，學會從不同角度思考問題得出靜電平衡狀態(tài)下導體的電場強度和電勢特點。并通過對空腔導體靜電平衡的理論探究進一步加強學生對靜電平衡的全面認識，體會從特殊到一般的科學思維方法，領悟建模的意義。同時也能讓學生感受到理論分析的精彩。

（3）實驗驗證一

【師生一起設計實驗】

預設方案：讓自制驗電羽分別處在金屬籠的內外，觀察羽須張角。

方案：金屬網(wǎng)罩的內外壁粘驗電羽，讓其處在電場中觀察羽須張角的變化情況。

課本安排了法拉第圓筒實驗，說明導體的凈電荷分布在導體的外表面，但效果不明顯。為此，授課教師用內外驗電羽直接顯示電荷的分布特點，培養(yǎng)學生的實驗創(chuàng)新能力。

實驗器材（圖3）：感應起電機、放電桿、金屬板、金屬籠、零散的驗電羽、驗電器、導線等。

（4）提出問題

問題6：感應電荷分布在什么位置？金屬網(wǎng)外部驗電羽有張角能說明感應電荷分布在外表面嗎？

設計意圖：通過直觀的實驗現(xiàn)象，加深學生對靜電平衡特點的認識和理解，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，激發(fā)學生的質疑精神，同時過渡到探究帶電導體的電場和電荷分布特點。

（5）實驗驗證二

【帶電導體的電場和電荷分布特點】

實驗器材：金屬籠、起電機、驗電羽等。

起電設備讓內外都有驗電羽的金屬籠帶電，發(fā)現(xiàn)外部驗電羽有張角，內部驗電羽沒有張角。

【最終揭秘】 讓學生解釋引入環(huán)節(jié)中產生的“超能力”背后的原因。

設計意圖：物理知識源于生活，而又要回歸于生活，震撼的實驗激發(fā)了學生的興趣，同時過渡到靜電的應用，起到承上啟下的作用。

2.4 ? ?應用新知

（1）應用1：靜電屏蔽（金屬殼使其內部不受外電場影響的作用）

問題7：課前放電實驗中特斯拉音樂線圈的哪一部分首先對人體放電？為什么尖端更容易放電呢？在剛才的實驗中觀察到越尖銳的位置驗電羽須張角越大的現(xiàn)象了嗎？

引導學生利用學過的新知識進行理論分析，并設計實驗讓學生觀察分析。

實驗驗證：如圖4所示，越尖銳的頂端羽須張角越大。

（2）應用2：點火器、避雷針

問題8：空氣是絕緣體，但尖端電荷密度大的地方卻容易放電。自然界當中有一種特別劇烈的尖端放電現(xiàn)象是什么？

問題9：雷電是自然界當中一種劇烈的放電現(xiàn)象，中國每年有1000多人死于雷擊，尤其在野外遇到雷電是很可怕的事情，我們如何科學避雷呢？為保護高大的建筑物和參天大樹也需要給它們罩金屬網(wǎng)嗎？

【實驗自制避雷針模擬演示】 如圖5所示。

步驟一：用感應線圈的正負極分別連接裝置的上下極板，接通電源;

步驟二：極板間安裝削尖的2B鉛筆，對2B鉛筆放電，看到強電弧;

步驟三：平行安裝不同高度上端帶有石墨球的2B鉛筆，接通電源，高度較高的鉛筆最容易放電;

步驟四：取走矮的2B鉛筆，換為高度與帶石墨球的2B鉛筆相同的尖形2B鉛筆，比較發(fā)現(xiàn)削尖的2B鉛筆容易放電;

步驟五：安裝一株“金絲楠”（鮮樹枝），讓學生猜想會出現(xiàn)什么后果？要怎么保護？

步驟六：樹枝旁邊安裝底部絕緣的2B鉛筆，裝置對樹枝放電，大樹起火，未能起到保護作用。

步驟七：換底部露出鉛芯（接地）的“2B鉛筆”避雷針，重復上述實驗，有效地保護了大樹。

設計意圖：教材上只介紹了避雷針，但缺乏實驗方案。該實驗層層遞進，步步深入，既解決了尖端放電的問題，又讓學生真實感受到了避雷針的原理，還滲透了科學避雷的安全知識教育。通過解決如何科學避雷的問題，提高學生解決實際問題的能力，加強對學生的安全教育。

2.5 ? ?融會貫通：帶著思考結束新課

預設問題1：課題貼是用膠或磁鐵粘到黑板上的嗎？

預設問題2：課本中介紹夜間高壓線上會看到綠色的光暈，為什么不是其他顏色？

預設問題3：如何避免場源對外部的干擾？

設計意圖：讓學生感受到生產、生活中靜電現(xiàn)象的應用還有很多，激發(fā)學生繼續(xù)研究、學習的興趣。同時，對所有的教學內容進行回顧和整理，讓學生在頭腦中建構出自己的知識結構，培養(yǎng)學生學習物理的良好習慣和方法。

3 ? ?結束語

本節(jié)內容通過應用“五星教學模式”，克服了傳統(tǒng)多媒體講授教學的弊端，通過實驗情景設置，激活學生的已有知識與求知欲望，構建“電場中的導體”模型，層層遞進、步步深入，從簡單到復雜，從特殊到一般，理論分析和實驗驗證相結合，總結出不帶電實心導體、空腔導體和帶電導體在電場中達到靜電平衡時的共性特點，發(fā)展了學生的思維，培養(yǎng)了學生的理論探究能力和實驗探究能力。

參考文獻：

[1]袁林玉.高等數(shù)學教學中五星教學模式的運用[J].信息系統(tǒng)工程，2018（3）：172.

[2]盛群力，宋洵.五星教學模式的應用探討——兼及一堂課的分析[J].湖南師范大學教育科學學報，2008（1）：69-72.

[3]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2004.

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）