畢皓天 萬嘉譽 蔡武德

摘? 要：選取2019年版人教版和魯科版普通高中物理教科書，從教科書的編寫順序、欄目設置與內(nèi)容選取、例題與習題設置等多個角度對物理必修第三冊“庫侖定律”一節(jié)進行對比分析。在對比的基礎上，博采眾長，根據(jù)課程標準要求設計了“庫侖定律”一節(jié)的教學案例，以期為參考多版本教科書的高中物理教學設計提供有益啟示。

關鍵詞：教科書;對比;教學設計;庫侖定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）12-0021-4

1? ? 引? 言

教科書為教師提供了教學設計的藍本，但教師在備課時若只局限于使用某一版本的教科書，難以做到對課程標準的準確把握[1]。相反，可能產(chǎn)生教學順序顛倒、教學內(nèi)容跨度過大、忽視物理學史的作用等問題，使實際教學效果與預期背道而馳[2]。因此，有必要對不同版本的教科書進行對比分析，以便博采眾長，使教學設計更加科學、合理。教科書對比可以從章節(jié)體系、插圖使用、課后習題、欄目設置等角度進行[3]，本文從教科書的編寫順序、欄目設置與內(nèi)容選取、例題與習題設置等角度展開對比分析。

2? ? “庫侖定律”一節(jié)對比分析

庫侖定律是電磁學理論的基本定律，定量闡明了電荷間的相互作用力。在物理學史上，庫侖定律標志著電學研究從定性階段轉入定量階段，在高中物理電磁學知識中亦具有舉足輕重的地位[4]。“庫侖定律”分別位于人民教育出版社出版的普通高中教科書物理必修第三冊的第九章第二節(jié)（以下簡稱人教版）[5]和山東科學技術出版社出版的普通高中教科書物理必修第三冊的第一章第二節(jié)（以下簡稱魯科版）[6]，本文選取這兩版教科書進行對比分析。

2.1? ? 編寫順序比較

兩版教科書“庫侖定律”的編寫順序如圖1所示。由圖1可知，二者在這一節(jié)的編寫順序大體一致，但對靜電力、點電荷、庫侖扭秤實驗的介紹順序存在差異。魯科版先介紹靜電力、點電荷，之后再引入探究實驗、庫侖定律的內(nèi)容，人教版則與之相反。此外，人教版先介紹庫侖扭秤實驗，再引入庫侖定律的表達式，此處安排則與魯科版相反。

2.2? ? 欄目設置與內(nèi)容選取比較

兩版教科書的欄目設置如表1所示。魯科版在導入部分利用學生熟悉的氣球和易拉罐設計小實驗，創(chuàng)設電荷間相互作用的情境，讓學生初步體會帶電體間的相互作用力，為引出靜電力、點電荷的概念作鋪墊，而人教版在此位置則直接用探究實驗進行導入。

在“探究影響電荷間相互作用力的因素（電荷間作用力的大小與距離、電荷量的關系）”這一實驗的設計上，人教版采用一個置于桌面上的球形導體和一個懸掛在鐵架臺上的金屬小球進行實驗[5]，而魯科版采用的是兩個懸掛在鐵架臺上的金屬小球進行實驗[6]。實驗中，二者的探究方法基本一致，都改變了金屬小球的懸點及帶電量。

2.3? ? 例題與習題設置比較

人教版在本節(jié)設置了兩道例題，通過例題1來明確微觀帶電粒子間的靜電力遠大于萬有引力;通過例題2來明確當存在多個點電荷時，每兩個點電荷間的靜電力依然滿足庫侖定律。兩道例題都對應用庫侖定律數(shù)學表達式計算點電荷間的靜電力進行了考查。魯科版在本節(jié)只設置了一道關于多個點電荷相互作用的例題。

兩版教科書的習題設置如表2所示，二者在設計意圖上較為相似，但對知識點考查的側重有所不同。此外，人教版的例題2、習題4和魯科版的例題、習題5，都為下一節(jié)內(nèi)容“電場強度的疊加”進行了鋪墊。

3? ? 教學案例

3.1? ? 教學流程

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》對“庫侖定律”的要求為：知道點電荷模型;知道兩個點電荷間相互作用的規(guī)律;體會探究庫侖定律過程中的科學思想和方法[7]。結合課標要求及兩版教科書，設計了如圖2所示的教學流程。

3.2? ? 教學設計

綜合前述比較，魯科版在導入部分安排小實驗，能有效幫助學生建立新、舊知識間的聯(lián)系，減小教學內(nèi)容的跨度，在教學設計中可以采用魯科版的導入方式。靜電力、點電荷作為學習庫侖定律所需的基礎概念，應安排在定律內(nèi)容教學之前，故采用魯科版在此處的編寫順序設計教學。庫侖定律的建立離不開庫侖等科學家的卓越貢獻，離不開庫侖扭秤實驗的精妙設計，所以應將庫侖定律的物理學史和庫侖扭秤實驗安排在定律內(nèi)容教學之前，人教版的這一編寫順序更合理。

在人教版設計的探究實驗中，球形導體的帶電量更大，實驗現(xiàn)象更加明顯，在教學設計中可以選擇人教版的探究實驗。兩版教科書都通過改變金屬小球的懸點來改變帶電體間的距離，但這一操作易使懸掛著的金屬小球在移動過程中劇烈晃動，給實驗現(xiàn)象的觀察帶來不便，在教學設計中應予以改進。

3.2.1? ? 新課導入環(huán)節(jié)

教師活動：邀請學生上臺體驗與頭發(fā)摩擦后的氣球能使金屬筒滾動的小實驗，如圖3所示。

提問：二者沒有接觸，金屬筒為何滾動起來？

學生活動：展開猜想。結合動力學知識分析可知，金屬筒滾動起來說明其受力平衡被打破。

教師活動：是什么力使金屬筒滾動起來？

設計意圖：利用學生熟悉的物件設計小實驗，啟發(fā)學生思考，激發(fā)他們的學習興趣。分兩次將氣球與頭發(fā)摩擦，一次摩擦2～3下，一次摩擦10下。學生觀察到實驗現(xiàn)象的差異，為后續(xù)提出猜想埋下伏筆。

3.2.2? ? 新課講授環(huán)節(jié)

教師活動：結合摩擦起電和靜電感應知識，帶領學生分析實驗原理，引出靜電力概念。

提問：如何描述氣球所受靜電力的作用點？

學生活動：展開討論。分析影響作用點的因素，如帶電體的形狀、大小、電荷量、電荷分布等。

教師活動：總結學生討論的結果，引導學生運用建構理想模型的方法簡化問題。類比質(zhì)點概念，引出點電荷概念。

提問：哪些因素會影響帶電體間的靜電力大??？

啟發(fā)學生結合新課導入部分的實驗現(xiàn)象初步猜想。

學生活動：提出猜想。帶電體間距離、帶電體電荷量等因素可能影響靜電力的大小。

設計意圖：在科學研究中進行猜想是必不可少的，但猜想不等同于瞎想，初步猜想雖然不夠嚴謹，但深入挖掘小實驗現(xiàn)象背后的原理，能激發(fā)學生的發(fā)散思維。

教師活動：借鑒庫侖定律建立的過程，類比行星繞太陽做圓周運動和核外電子繞原子核做圓周運動兩種情形，引導學生展開猜想，給猜想賦予科學依據(jù)。

學生活動：猜想電荷間作用力的大小可能與萬有引力的大小具有相似的數(shù)學表達形式，即

教師活動：帶領學生完成探究實驗。引導學生觀察、思考，分組討論“影響電荷間相互作用力的因素”實驗，使學生定性感知帶電體距離、帶電體電荷量對靜電力大小的影響。

實驗注意事項：實驗過程中，將金屬小球的懸點固定，改變球形導體的位置與帶電量，避免金屬小球劇烈晃動，實驗效果如圖4所示。

教師活動：介紹庫侖定律建立的歷史背景和庫侖扭秤實驗裝置的精妙設計（圖5），引導學生的思維和科學家的思維產(chǎn)生共鳴。

學生活動：體會類比法、控制變量法、放大法、轉換法、電荷量均分法的成功。感受物理學家的智慧和勇氣，以及對科學真理的不懈追求。

設計意圖：物理學史蘊含了豐富的智慧，深度挖掘物理學史不僅能為物理知識的學習提供參考，也能為科學研究提供啟示，是寶貴的財富。

教師活動：介紹庫侖定律的內(nèi)涵及其適用條件，引導學生進一步理解庫侖定律。

4? ? 結? 語

加涅認為：“教學是以促進學習的方式影響學習者的一系列事件，而教學設計是一個系統(tǒng)化規(guī)劃教學系統(tǒng)的過程”。要想在課堂上高效達成教學目標，教師就必須不斷優(yōu)化、完善教學設計。

通過對比人教版與魯科版教科書可以發(fā)現(xiàn)，不同版本的教科書在內(nèi)容編排上各有特色。教師在進行教學設計時，有必要參考多個版本的教科書，適當調(diào)整教學內(nèi)容的邏輯，篩選更適合在課堂上呈現(xiàn)的內(nèi)容，以使教學過程更加順暢自然，使教學內(nèi)容更易于學生接受。

參考文獻：

[1]柴宏良，季超群.把握標準? 對比教材? 合理設計——從“拋體運動”教材內(nèi)容對比看新課程教學設計[J].中學物理教學參考，2009，38（04）：2-3.

[2]王慧，邢紅軍，陳清梅.庫侖定律教學的高端備課[J].物理通報，2014（05）：49-52.

[3]陳偉，胡炳元.人教版和粵版物理新教材比較[J].物理教學探討，2010，28（01）：12-14.

[4]杜婭婷，汪志榮.高中物理教學融入HPS內(nèi)容促進科學本質(zhì)的認識——以《庫侖定律》一節(jié)的教學為例[J].物理教學探討，2019，37（12）：11-17.

[5]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.普通高中教科書物理必修第三冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[6]廖伯琴.普通高中教科書物理必修第三冊[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[7]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）