有效的物理概念教學能引導學生正確認識客觀世界，構(gòu)建知識體系，形成物理觀念，并發(fā)展科學思維。在人教版高中物理必修第三冊第九章第三節(jié)“電場 電場強度”一課中，電場強度作為電磁學中一個極其重要的概念，也是這一節(jié)的重點內(nèi)容，理解電場的物質(zhì)性質(zhì)以及建立電場強度的概念是這一節(jié)的難點。正確理解電場強度這一概念，不僅對學生后續(xù)學習電勢、電容、磁感應強度等概念有很大的幫助，還能發(fā)展學生的物理思維，并幫助學生掌握學習物理的方法。文章以“電場 電場強度”為例，探討基于學科核心素養(yǎng)培育的高中物理概念教學，以供參考。

一、實驗引入，激發(fā)興趣

由于電場強度的概念比較抽象，學生對這一概念缺乏感性認識，在教授“電場 電場強度”這節(jié)課時，教師不宜采取直接講解概念的方式。為了幫助學生理解概念，筆者引入實驗開展教學，以下是教學片段。

教師：“生活中我們常常會感受到各種各樣的力，這些力大致分成兩類，一類是通過接觸產(chǎn)生的作用力，另一類是不通過接觸就產(chǎn)生的作用力。那么，生活中這兩類力分別有哪些？”

學生：“接觸產(chǎn)生的作用力有彈力、摩擦力等，不通過接觸就可以產(chǎn)生的作用力有重力、磁體間的相互作用力、電荷間的相互作用力等?！?/p>

教師：“非常正確。今天我要帶領大家做一個關于兩個帶電體在不接觸的情況下產(chǎn)生相互作用的實驗。我這里有一張紙，現(xiàn)在我要把這張紙變成一只‘燈籠’，并懸浮在空中（圖1）。”

實驗結(jié)束后，筆者對實驗現(xiàn)象進行解釋，讓學生明白了該實驗的原理：靜電懸浮實驗中用到的工具靜電棒，實際上是迷你版的范德格拉夫起電機。按下通電開關，用靜電棒的紙殼部分接觸驗電器，驗電器的金屬箔張開，說明靜電棒帶電；“燈籠”實際上是加工過的輕質(zhì)金屬箔片，當金屬箔片和靜電棒接觸后，會帶有同種電荷，由于兩種電荷相互排斥，從而出現(xiàn)“燈籠”懸浮現(xiàn)象。為了吸引學生的注意，筆者繼續(xù)向?qū)W生提問：“靜電棒和‘燈籠’之間的相互作用是怎樣產(chǎn)生的呢？”以此激發(fā)學生的課堂學習興趣，為后續(xù)引出電場概念作鋪墊。

二、認識電場，感受電場的存在

雖然教材以文字敘述的方式解釋了電場的概念，即電荷周圍存在電場，電荷與電荷之間的相互作用是通過電場這一媒介發(fā)生的。但筆者在教學中發(fā)現(xiàn)，由于缺少直觀的感性認識，學生往往被動接受這一概念，缺少主動探究的動力。基于此，筆者通過以下教學設計，幫助學生對電場有更加直觀的認識，加深了學生對相關概念的理解。

（一）趣味導入營造課堂氛圍，建立師生學習共同體

為了營造課堂氛圍，調(diào)動學生學習的主觀能動性，筆者以提問的方式趣味導入，帶領學生了解電場的概念。以下是教學片段。

教師：“電場是一種客觀存在的物質(zhì)，這種物質(zhì)與由分子、原子組成的物質(zhì)不同，電場是物質(zhì)存在的另一種形式，幾個電場能占據(jù)同一個空間。那么，在生活中哪里會有電場這種物質(zhì)呢？”

學生：“電荷周圍存在電場?！?/p>

教師：“正確。靜止的電荷產(chǎn)生的電場叫作靜電場，那么電場有什么性質(zhì)？”

學生：“電場對放入其中的電荷存在力的作用。”

教師：“正確。這種力叫作電場力，在靜電場中的靜電力就是電場力。那么，作為一種看不見、摸不著的物質(zhì)，我們怎么知道空間是否存在電場？”

學生：“把電荷放到空間中，如果它受到了電場力，那就說明存在電場。”

教師：“沒錯。生活中有很多例子可以讓我們感受到電場的存在，比如在科技館，你可以觸摸靜電球，然后你的頭發(fā)會帶電，帶電的頭發(fā)會豎起、散開，這就說明存在電場?！?/p>

（二）教師演示實驗——懸浮的帶電泡泡

當玩吹泡泡游戲時，由于受到重力作用，泡泡最終會掉落到地面。對此，學生提出疑問：“如果讓泡泡帶上電，會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？”為了解開學生的疑惑，進一步加深學生對電場的印象，筆者開展了“懸浮的帶電泡泡”的演示實驗。筆者用一根由錫紙包好的塑料管粘上泡泡液，讓工作中的靜電棒靠近塑料管，同時吹出了一個大小合適的泡泡。由于靜電感應，泡泡帶上了與靜電棒同性質(zhì)的電荷。接著，筆者把泡泡輕輕甩離塑料管，發(fā)現(xiàn)泡泡懸浮在靜電棒的上方（圖2），這說明空間存在電場。

通過演示實驗，學生相信這個世界存在著電場這種物質(zhì)，同時明白了電荷之間的相互作用是如何產(chǎn)生的，即：電荷A對電荷B的作用力，就是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用力，就是電荷B的電場對電荷A的作用。

三、電場強度概念的構(gòu)建

（一）建立點電荷模型

為了讓學生進一步理解電場的性質(zhì)，深化學生對電場感性的認識，筆者為學生提供了實驗器材，讓學生分組進行實驗，建立點電荷模型，親身體驗電場的存在。以下是教學片段。

教師：“請問，有誰看見過電場嗎？誰摸到過電場嗎？我們能不能直接研究電場？”

學生：“不清楚?！?/p>

教師：“電場能對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用，因此我們可以使用電荷來研究電場。下面，我們從電場力入手來探究電場的性質(zhì)。為了研究電場的性質(zhì)，我們需要在電場中放入一個電荷，那么，這個電荷必須滿足什么要求？”

學生1：“這個電荷所帶的電荷量必須足夠小，以免它的引入影響將要研究的電場?！?/p>

學生2：“這個電荷的尺寸必須足夠小，可以視為點電荷?！?/p>

教師：“非常正確。這樣的電荷稱為試探電荷，激發(fā)出電場的帶電體所帶的電荷稱為場源電荷。放入電場中的電荷也會產(chǎn)生電場，但是因為電荷量小，所以它產(chǎn)生的電場對原電場的影響可以忽略不計；所有的帶電體都有形狀和大小，當帶電體足夠小時，我們可以把它看成一個帶電的點，即點電荷，點電荷是一種理想化模型?！?/p>

（二）學生分組做定性實驗

在學生了解點電荷模型后，筆者引導學生分組開展定性實驗，讓學生探究電場的性質(zhì)。在實驗中，學生要讓豎直固定不動的靜電棒形成電場，并觀察用錫紙做成的帶電小球（用絕緣細線懸掛）在電場中不同的點偏離豎直方向的角度和偏離的方向。在這一過程中，筆者讓學生思考并回答以下問題：“如何讓小球帶上電？同一個帶電小球在不同的點偏離豎直方向的角度是否相同？這說明了什么？同一個帶電小球在不同的點偏離的方向是否相同？”以下是教學片段。

教師：“大家通過實驗，對電場的強弱、方向有了直觀認知，那么，誰能回答以上問題？”

學生：“讓小球和靜電棒接觸就可以帶上電。同一個帶電小球在不同的點偏離豎直方向的角度一般不相同，說明它受到的電場力的大小不同，可以推斷出電場有強弱之分。同一個帶電小球在不同的點偏離的方向一般不相同，說明它受到的電場力的方向不同，由此推斷出電場具有方向性?！?/p>

教師：“同一電荷在電場強的地方受力會大一些還是小一些？”

學生：“大一些。”

筆者將學生實驗得出的結(jié)論“同一電荷在電場強（弱）處受力大（?。睂懙胶诎迳?。接著，筆者讓學生繼續(xù)實驗，用電磁輻射測試儀測試電場的強弱。學生將電磁輻射測試儀放入電場中，可以讀出電場的強弱，讀數(shù)越大，表明電場越強。在實驗過程中，學生借助儀器實現(xiàn)對電場強弱的可視化，可以進一步認識到電場是客觀存在的，并且有強弱之分。

（三）假設、分析與認證：準確描述電場的強弱和方向

1.猜想與假設。假設有一個任意電場，將電荷量為q的試探電荷放在電場中的A點。筆者請學生思考和討論以下問題：“第一，能否直接用電場力來描述電場中各點的電場強弱？第二，如果試探電荷q在電場中某一點受到的電場力為F，另一個同樣的電荷在這一點受到的電場力一定也是F，假如有一個電荷量為2q的電荷放在這里，它受到的電場力為多少？”對于第一個問題，學生經(jīng)過共同研討，得出結(jié)論：不同試探電荷在同一點所受的電場力不同，而在同一點電場的強弱應該是確定的，所以不適合直接用電場力來描述電場的強弱。對于第二個問題，學生經(jīng)過互相討論和填寫表格（表1），認為在電場中的同一點，F(xiàn)和q的比值是常量，且這一常量與試探電荷所受的電場力和電荷量均無關。對此，筆者引導學生：“這個結(jié)論只是一種推測，它是否正確有待檢驗。我們可以用點電荷產(chǎn)生的電場來檢驗推測是否正確。”

2.理論分析驗證。為了引導學生分析、驗證自己的猜想，筆者向?qū)W生提出如下要求：“假設有一個點電荷，它的電荷量為Q，距離場源電荷rA和rB處有兩個點A和B，在這兩個點分別放入電荷量為q、2q到nq的正試探電荷（圖3），請分析它們的受力情況，并填寫表格（表2）?！睂W生通過互相討論得到如下結(jié)論：在同一點，F(xiàn)和q的比值是常量，與試探電荷的受力和電荷量均無關，由場源電荷與距離場源電荷的空間位置決定。同時，學生產(chǎn)生了以下推測：在電場中同一點，F(xiàn)和q的比值是常量；在電場中不同點，F(xiàn)和q的比值一般不同，同一電荷在電場中，比值大的地方受到的電場力大。

3.實驗驗證。為了檢驗學生的推測是否正確，筆者指導學生在任意電場中做定量實驗，但由于現(xiàn)場條件不能滿足實驗的要求，學生無法完成實驗。對此，筆者利用多媒體設備播放了相關試驗視頻，通過觀看視頻可知，學生的推測是正確的。

筆者把“同一電荷在比值大（?。┨幨芰Υ螅ㄐ。卑鍟谥皩懙摹巴浑姾稍陔妶鰪姡ㄈ酰┨幨芰Υ螅ㄐ。毕路剑龑W生進行對比，學生發(fā)現(xiàn)可以用“比值的大小”替換“電場的強弱”，即可以用F和q比值的大小來描述電場的強弱。在此基礎上，筆者進行總結(jié)：“這反映了電場本身的屬性，也就是我們要尋找的描述電場強弱性質(zhì)的物理量，我們把這個比值叫作電場強度。”

（四）正確理解電場強度的概念

經(jīng)過前面的學習過程，學生對用描述電場的強弱有了清晰的認識。接下來，筆者直接講解電場強度的相關知識。

首先，筆者講解了電場強度的定義，即放入電場中某點的試探電荷受到的電場力F與它的電荷量q之比，稱為該點的電場強度，簡稱場強，用E表示。這是用比值法定義一個新的物理量，比值法的實質(zhì)是取單位量進行比較，電場強度取的是單位電荷受到的電場力進行比較。為了便于學生理解，筆者在黑板寫上密度、速度、加速度的公式，并講解它們對應的比值法的實質(zhì)。其次，筆者向?qū)W生介紹了電流強度定義式（E=），讓學生了解其單位為牛每庫（N/C），電場強度概念的物理意義為：它是描述電場的力的性質(zhì)的物理量，反映了電場的強弱。最后，筆者帶領學生探究了電場強度的方向。即電場強度是一個矢量，它具有方向。物理學中規(guī)定，電場中某點的電場強度的方向與正電荷在該點所受電場力的方向相同。

結(jié)語

在根據(jù)以上策略進行教學的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學生課堂參與度較高，課堂氛圍良好，實驗均取得了成功。從核心素養(yǎng)培育的視角出發(fā)，教師要重視物理概念教學，引導學生通過科學探究，提高思維能力，以實現(xiàn)預期的教學目標，提高物理教學質(zhì)量。

（作者單位：廣西希望高中）