魯科版高中物理《靜電場》教學總結(jié)及思考

卿昭才

摘 要：本文從教材分析，教學方法的應用，科學探究主題的挖掘和實驗教學實施四個方面對新教材關(guān)于靜電場教學做了分析、總結(jié)和建議，為教師在本章教學時理解教材，合理運用科學方法和實驗設計來突破教學難點，有效落實教學目標提供借鑒。

關(guān)鍵詞：知識脈絡；類比；科學探究；實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）7-0021-4

《靜電場》是高中物理整個電磁學的開篇。本章的特點是概念多、規(guī)律多、結(jié)論多，同時也很抽象。一些基本概念如電場線、電場強度、電勢、電勢差等看不見摸不著，學生的感性認識很少，同時和力學規(guī)律聯(lián)系緊密，所以本板塊的學習是整個教材的重點，也是教學中的難點，還是對力學有關(guān)知識的再復習。筆者認為，對于這部分的教學應力求知識和方法并重，重視知識的產(chǎn)生過程和本章知識與學生生活、社會實踐和現(xiàn)代科技的聯(lián)系，運用科學的教學方法來突破難點，這不僅有助于學生對本章知識的學習，對以后《磁場》的學習也奠定了堅實的基礎。

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

1 領悟新教材編寫意圖，理解知識脈絡

1.1 新、舊教材的內(nèi)容對比

這部分知識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。新教材在知識內(nèi)容上的變動不大，其中和原教材最主要的差異是電勢能、電勢、電勢差的知識線索不同。通過深入的比較和研究，新教材這樣做的目的是進一步完善靜電學中的知識鏈，從而體現(xiàn)新教材更重視知識的內(nèi)在聯(lián)系和產(chǎn)生過程。

1.2 新、舊教材的知識結(jié)構(gòu)對比

新、舊教材的知識結(jié)構(gòu)如圖1：

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圖1 新、舊教材內(nèi)容知識結(jié)構(gòu)圖

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

1.3 探究主題的對比

與原教材相比，新教材增設了電場強度的實驗探究，電場分布的實驗探究，電場力做功特點的理論探究，電勢概念的理論探究，電場力做功與電勢差關(guān)系的理論探究，同時新教材還增添了不少迷你實驗素材?？梢?，新教材更加注重科學探究這一核心理念。所以，教學時建議老師充分挖掘教材中的探究主題，做好實驗，這對激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力有著積極的推進作用。

2 運用科學方法教學，突破教學難點

類比是一種邏輯推理，它通過聯(lián)想，把異常的、未知的事物對比尋常熟悉的事物，然后依據(jù)兩對象之間存在著的某種類似或相似的性質(zhì)，從已知對象的某種性質(zhì)推出未知對象具有相應的一種性質(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識物理現(xiàn)象，形成清晰的物理概念，達到深刻理解、掌握物理知識的目的，從而突破教學難點，提高了課堂教學的有效性。

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

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

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圖2 由重力場類比推出靜電場的性質(zhì)

2.2 類比電場強度的定義式得出電勢的定義式

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圖3 由電場強度的定義式類比推導電勢的定義式

2.3 由輕小紅飄帶研究風力的大小和方向類比出由試探電荷研究電場的強弱和方向

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圖4 由風力的大小、方向的研究方法類比出電場強弱、方向的研究方法

2.4 課本其他一些典型的類比

點電荷與質(zhì)點的類比；庫侖定律與萬有引力定律的類比；等勢面與等高線的類比；電容器和水容器的類比；帶電粒子垂直進入電場后的偏轉(zhuǎn)運動與平拋運動的類比。

2.5 注重其他科學方法的滲透

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和鑒別事物，對事物分類，對事物進行分析與歸納。學習的過程中，為了理解知識的內(nèi)涵、外延，精準地把握知識，比較幾乎在不斷地進行著。深層次的比較要比較出同中之異和異中之同，幫助我們認識自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。這兩章典型的比較有：重力場和電場的比較；電場力和電場強度的比較；電勢能和電勢的比較；點電荷和質(zhì)點的比較；萬有引力和庫侖定律的比較；帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場中運動和平拋運動的比較等。

反證法是一種間接證明的方法，就是從假設結(jié)論不成立，推出與已知的規(guī)律或事實相矛盾，則原結(jié)論成立。在本兩章的教學中，證明達到靜電平衡的導體是等勢體、表面電場線與導體表面垂直就是反證法的典型應用。

比值定義法是物理學中的一種常用方法之一，在這兩章的教學內(nèi)容中，像電場強度、電勢、電容等概念都是用此方法來定義的，教學中要重視引導學生為什么要用此方法，怎么用比值定義法。

3 充分挖掘科學探究的主題，確保教學目標的落實

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

3.1 電場強度概念的探究性教學

第一步：創(chuàng)設情境，提出探究課題

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

2）電場最基本的性質(zhì)是什么？這對我們研究問題有何啟發(fā)？

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

4）電場中各點的電場強弱與什么因素有關(guān)？如何描述電場的強弱？請同學們針對這個主題展開研究，看能得出什么結(jié)論？

第二步：猜想假設，設計探究方案

請同學們猜想電場中各點的強弱可能會與哪些因素有關(guān)？設計怎樣的方案去研究解決這個問題？

可引導學生先用實驗做一些初步的定性探究（如圖5），再利用點電荷的電場進行理論性探究。

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圖5 學生初步定性探究實驗

第三步：收集證據(jù)，論證探究假設

電場強度是《電場》一章重要的基本概念，在教學設計上，不必期望學生通過一節(jié)課的學習，就將電場強度理解得非常透徹。這一節(jié)的重點是讓學生初步建立電場強度的概念，認識到電場強度是描述電場強弱的物理量，是表示電場本質(zhì)屬性的物理量。學生通過一段時間的學習，會逐步深化對此概念的理解。同時，采用教師引導下的科學探究式教學方法，充分研究、挖掘教材的科學探究素材，依據(jù)學生的認知規(guī)律，以科學探究為學生的主要學習方式，發(fā)揮學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性。由于電場強度的概念高度抽象，單純采用教師講授、學生接受的教學方法或放手讓學生討論、探究，可能都收不到良好的教學效果。若通過設計上述方案，采用教師引導下學生探究的教學方法實施教學，學生圍繞任務開展緊張的思考活動，親歷物理學的研究方法，伴隨著問題、嘗試、思考、對話而獲得探究性體驗，對電場強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 等勢面的探究性教學

類比等高線提出等勢面的概念后，我們是以問題的形式引導學生探究等勢面的特點，并要求學生嘗試自己畫出勻強電場、點電荷的等勢面，以及等量同、異種電荷等勢面的大致分布情況，這樣的教學方式有利于學生對等勢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。若教師還設計有梯度的問題竄，學生通過對這些問題的思考、推導，其本身就是一個很好的科學探究過程，有利于學生對知識的綜合應用能力和空間想象能力的提高。

4 重視演示實驗的作用，加強物理知識的應用

這兩章內(nèi)容比較抽象，學生的感性認識很少。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驗，把抽象的問題直觀地展示出來，這對于突破教學難點，構(gòu)建物理概念，探究、理解物理規(guī)律有很重要的作用。物理知識從實際中來，但學習物理的最終目的是要回到實際中去解決問題。所以，加強物理知識的應用，既是對所學知識的鞏固，又是培養(yǎng)學生解決實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《靜電復印》《密立根實驗——電子電荷量的測定》《范德格拉夫靜電加速器》等，教師應指導學生認真閱讀，不能一帶而過。筆者通過這兩章的教學，就幾個演示實驗做簡介。

4.1 電場線的分布實驗

有機玻璃板內(nèi)，布有許多細頭發(fā)屑，無規(guī)則地懸浮在蓖麻油中。用靜電感應器給頭發(fā)屑加上電場，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，這樣學生對電容器的放電有了直觀的認識。

也可用兩只塑料杯，外部分別包上錫箔紙，組成一個電容器。用毛皮摩擦橡膠棒，給電容器充電，充電完畢后，請兩個學生用手接觸電容器的兩極板，體驗其放電的過程。這個實驗作為課題引入，不僅能迅速調(diào)動起學生對電容器的學習興趣，而且對電容器的構(gòu)造及儲存電量的特性也有了深刻的印象。

4.3 電子在勻強電場中的偏轉(zhuǎn)演示

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

用兩塊相同、稍大的金屬板正對固定在鐵架臺上構(gòu)成平板電容器，把陰極射線管也固定在兩板之間，然后用靜電感應器給兩極板充電，在兩板間形成勻強電場，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：

[1]廖伯琴，等.中學物理課程改革的目標與實施[M].北京：高等教育出版社，2003.

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[3]廖伯琴.魯科版普通高中課程標準教師用書（物理選修3-1）[M].濟南：山東科技出版社，2011.

[4]人民教育出版社物理室.全日制教科書高中物理教材第2冊（必修）[M].北京：人民教育出版社，2006.

（欄目編輯 劉 榮）