知識拓展類課程目標(biāo)下的電勢概念教學(xué)預(yù)設(shè)

摘 要：作為浙江省普通高中四類選修課程之一的知識拓展類課程為必修教學(xué)提供了有力支撐。本文在此以“如何更好地實現(xiàn)物理知識拓展類選修課程與必修教學(xué)的相互融合”為研究課題，以電勢概念為例進(jìn)行教學(xué)預(yù)設(shè)，并就知識拓展類選修課程與必修教學(xué)的融合進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：知識拓展；概念；教學(xué)預(yù)設(shè)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）1-0048-4

2012年9月浙江省啟動了新一輪深化普通高中課程改革，此輪改革的一大亮點(diǎn)在于將選修課程擺在了一個突出的位置。選修課程學(xué)分占總學(xué)分比例提高至三分之一，其重要性可見一斑。浙江省教育廳頒布的《浙江省深化普通高中課程改革方案》將選修課程分為知識拓展類、職業(yè)技能類、興趣特長類、社會實踐類四類。

知識拓展類選修課程，旨在提供適合學(xué)生個性發(fā)展的課程，讓學(xué)生認(rèn)識學(xué)科的價值與研究方法，獲得更為全面的知識與能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，全面提升學(xué)科素養(yǎng)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下扎實的基礎(chǔ)[1]。在此背景下，如何充分利用好知識拓展類選修課程并促進(jìn)其與必修教學(xué)的相互融合值得思考。一方面，知識拓展類課程可以有效彌補(bǔ)必修教學(xué)的某些局限性，豐富學(xué)生的認(rèn)知體驗，培養(yǎng)學(xué)生的興趣；另一方面，必修教學(xué)可以為學(xué)生打下一定的基礎(chǔ)，這可以成為學(xué)生學(xué)習(xí)知識拓展類課程的重要保障。知識拓展類課程與必修教學(xué)不應(yīng)該是相互獨(dú)立，而應(yīng)該是相得益彰。

1 問題的提出

電勢概念是高中物理知識結(jié)構(gòu)中一個重要的節(jié)點(diǎn)，正確理解該概念是從能量角度解決電學(xué)問題的關(guān)鍵。按照2014版《浙江省普通高中學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見》，針對電勢概念的教學(xué)要求分為基本要求與發(fā)展要求，基本要求是“了解電場線的方向與電勢高、低之間的關(guān)系”，發(fā)展要求是“知道電勢是描述電場性質(zhì)的物理量，了解電勢概念及單位，知道電勢的定義式，理解φ與EP、q無關(guān)；知道電勢的相對性，知道電勢是標(biāo)量，知道正、負(fù)電勢意義”[2]。教學(xué)指導(dǎo)意見為電勢教學(xué)目標(biāo)的確定起到了很好的導(dǎo)向作用，課堂教學(xué)也大致按照以上教學(xué)指導(dǎo)意見實施?？紤]到班級學(xué)生的物理認(rèn)知水平較高，研究者在課堂中還引導(dǎo)學(xué)生定性分析了等量同號點(diǎn)電荷電場的電勢變化情況；但是，課后的一個小插曲卻讓人“哭笑不得”：物理課后學(xué)生在背誦等量同號點(diǎn)電荷電場的電勢變化規(guī)律。這一片段也引發(fā)了研究者的思考：考慮到班級大部分學(xué)生都選擇了物理知識拓展類選修課程，何不利用選修課引導(dǎo)學(xué)生在原有知識的基礎(chǔ)上引入電勢決定式為核心的電勢概念拓展學(xué)習(xí)？

2 具體教學(xué)預(yù)設(shè)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合知識拓展類選修課程目標(biāo)，給出教學(xué)目標(biāo)如下：（1）知識與技能方面，解釋電勢決定式并學(xué)會在具體情境中嘗試靈活運(yùn)用，嘗試電學(xué)知識結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)建。（2）過程與方法，感受電勢決定式的推導(dǎo)過程，領(lǐng)悟定義式與決定式的應(yīng)用差異；（3）情感、態(tài)度與價值觀，領(lǐng)會電學(xué)知識體系的對稱美，培養(yǎng)熱愛電學(xué)的情感。

2.2 設(shè)計思路

基于上述教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計思路如下：①回顧電勢能的定義，找準(zhǔn)立足點(diǎn)；②補(bǔ)充微積分的知識，找準(zhǔn)突破點(diǎn)；③推出電勢的決定式，找準(zhǔn)重難點(diǎn)；④應(yīng)用知識，分析規(guī)律；⑤構(gòu)建電學(xué)知識結(jié)構(gòu)圖。

2.3 具體預(yù)設(shè)闡述

1）回顧電勢能的定義，找準(zhǔn)立足點(diǎn)

回顧電勢能的定義是本節(jié)課的立足點(diǎn)，可以引導(dǎo)學(xué)生在分析電場力做功的過程中回顧；此外，許多物理教學(xué)工作者結(jié)合重力做功與地勢差的關(guān)系來分析電勢能也為本部分的教學(xué)提供了參考[3]。此外，還需引導(dǎo)學(xué)生回顧電勢能與靜電力做功之間的關(guān)系，即靜電力做功等于電勢能的減少，這一關(guān)系可用關(guān)系式（1）表示。

WAB=EPA-EPB（1）

2）補(bǔ)充微積分的知識，找準(zhǔn)突破點(diǎn)

微積分是解決普通物理學(xué)問題的重要工具。針對是否有必要補(bǔ)充微積分知識這一問題不同教師存在不同的看法。研究以為在高中教育改革不斷深化的背景下對高水平學(xué)生適當(dāng)引入微積分對于學(xué)生的理科思維（例如：高中物理常用的微元法）的培養(yǎng)大有裨益，同時這對于學(xué)生選修大學(xué)AP理科課程具有積極的幫助。但是，需要注意的是在實際教學(xué)中“引入”并不代表“深入”，就電勢概念拓展教學(xué)而言，引入微積分僅僅立足于使學(xué)生明白電勢決定式推導(dǎo)的過程這一基本點(diǎn)。

3）推出電勢的決定式，找準(zhǔn)重難點(diǎn)

電勢決定式的理論推導(dǎo)很大程度上需借助微積分，因此在課堂教學(xué)中需補(bǔ)充少量微積分的知識，補(bǔ)充的目的是為了讓學(xué)生知道電勢決定式的由來。具體的理論推導(dǎo)如下：

①由于電荷在某點(diǎn)（假設(shè)為A點(diǎn)）的電勢能等于把它從這點(diǎn)移動到零勢能位置時靜電力做的功，通常把電荷在離場源電荷無窮遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為零，則電荷在A點(diǎn)的電勢能等于把電荷從這點(diǎn)移動到無窮遠(yuǎn)處靜電力做的功，即

WA∞=EPA-EP∞=EPA-0=EPA。（2）

其中，Q為場源點(diǎn)電荷的電荷量，r為A點(diǎn)到場源點(diǎn)電荷的距離。若電場由一組點(diǎn)電荷共同產(chǎn)生，各點(diǎn)電荷的電量分別為Q1，Q2，……Qn，則空間任一點(diǎn)的電勢由場強(qiáng)疊加原理可求得為

為了使學(xué)生能夠更加深入地理解電勢決定式，建議可以提及以下幾點(diǎn)：

①公式的適用范圍：真空、（場源）點(diǎn)電荷。（注：講解電勢決定式的適用范圍可以結(jié)合點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式進(jìn)行講解。）

②當(dāng)場源電荷Q為正時，電勢為正；當(dāng)場源電荷Q為負(fù)時，電勢為負(fù)。離場源正（負(fù)）點(diǎn)電荷越遠(yuǎn)，電勢越小（大），無窮遠(yuǎn)處電勢最小（大），其值為零。

③若電場由一組點(diǎn)電荷共同產(chǎn)生，各點(diǎn)電荷的電量分別為Q1，Q2，……Qn，則空間任一點(diǎn)的電勢由場強(qiáng)疊加原理進(jìn)行求解[5]。

4）應(yīng)用知識，分析規(guī)律

課堂教學(xué)可以結(jié)合具體情況選用典型問題引導(dǎo)學(xué)生對電勢決定式進(jìn)行應(yīng)用，在應(yīng)用的過程中分析相關(guān)規(guī)律，避免學(xué)生對規(guī)律的機(jī)械記憶。

例題1 如圖1所示，A、B是電荷量均為+q的固定點(diǎn)電荷，它們之間相距為r，試分析A、B點(diǎn)電荷形成的電場中電荷連線上電勢變化情況。

例題2 （2015年江蘇物理第8題）兩個相同的負(fù)電荷和一個正電荷附近的電場線分布如圖2所示。 c是兩負(fù)電荷連線的中點(diǎn)， d點(diǎn)在正電荷的正上方， c、d到正電荷的距離相等，則（ ）

A.a點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的大

B.a點(diǎn)的電勢比b點(diǎn)的高

C.c點(diǎn)的電場強(qiáng)度比d點(diǎn)的大

D.c點(diǎn)的電勢比d點(diǎn)的低

預(yù)設(shè)分析過程：本題中根據(jù)電場線的疏密可以判斷A、C兩個選項。在分析B、D選項時，若運(yùn)用電勢決定式則會使問題變得簡單。根據(jù)電勢決定式可以定性判斷，某點(diǎn)離正電荷越近，電勢越高，離負(fù)電荷越近，電勢越低。因而，可以判斷出b點(diǎn)的電勢比a點(diǎn)的電勢高，同理可以判斷出c點(diǎn)的電勢比d點(diǎn)的電勢低。

例題1引導(dǎo)學(xué)生在應(yīng)用電勢決定式的過程中發(fā)現(xiàn)一對等量正電荷形成的電場中電荷之間連線上電勢變化的規(guī)律，而且這一規(guī)律是在學(xué)生探究基礎(chǔ)之上習(xí)得的，實踐證明這樣的效果要比學(xué)生單純記憶要好。例題2中學(xué)生通過電勢決定式的應(yīng)用初步明白了離正（負(fù)）電荷越遠(yuǎn)，電勢越?。ù螅┑牡览?。在某種意義上，學(xué)生理解了電勢決定式之后可以較大程度地避免對規(guī)律的機(jī)械記憶。

5）構(gòu)建電學(xué)知識結(jié)構(gòu)圖

許多課程設(shè)計的方法使得學(xué)生難以進(jìn)行有意義的知識組織，通常在轉(zhuǎn)入下一主題前，只能觸及到一些表面性的事實知識。沒有時間形成重要的、組織起來的知識。課文有時僅強(qiáng)調(diào)事實知識，而沒有提供理解的支持[6]。電勢概念拓展教學(xué)嘗試以知識結(jié)構(gòu)圖來對學(xué)生的理解提供有力的支持。

知識結(jié)構(gòu)圖通常以某一主題知識為中心，然后將相關(guān)的概念用連線連接，連線上標(biāo)明兩個概念之間的意義關(guān)系，是用圖形來組織和表征知識的工具[7]。研究者針對靜電場構(gòu)建的初步知識結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)水平較高，課后可以引導(dǎo)學(xué)生對知識結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步補(bǔ)充和優(yōu)化。

3 促進(jìn)知識拓展類選修課程與必修教學(xué)融合的策略

在浙江省進(jìn)一步深化普通高中課程改革的背景下，高中教育鼓勵每一位學(xué)生在全面發(fā)展的基礎(chǔ)上實現(xiàn)個性化發(fā)展。選修課程為學(xué)生的個性化發(fā)展提供了平臺，旨在讓學(xué)生認(rèn)識學(xué)科的價值與研究方法，獲得更為全面的知識與能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，全面提升學(xué)科素養(yǎng)的知識拓展類課程在學(xué)生的個性化發(fā)展中扮演的重要角色不容忽視。關(guān)于知識拓展類選修課程與必修教學(xué)的融合，以下幾點(diǎn)值得關(guān)注。

3.1 結(jié)合學(xué)生的實際訴求，加強(qiáng)頂層課程體系設(shè)計

選修課程的開發(fā)與實施不是雜亂無章的，需要有一個起著統(tǒng)領(lǐng)作用的頂層課程體系。頂層課程體系的設(shè)計需要結(jié)合學(xué)生的實際訴求進(jìn)行，例如：電勢概念的拓展教學(xué)是為了幫助學(xué)生在必修知識學(xué)習(xí)中告別僵硬記住物理規(guī)律的尷尬處境。學(xué)生剛學(xué)習(xí)必修電學(xué)知識會遇到一些挫折，產(chǎn)生挫敗感甚至恐懼物理，開發(fā)相應(yīng)的知識拓展類選修課程可以立足于學(xué)生的實際訴求，從宏觀上加強(qiáng)課程體系設(shè)計，從微觀上幫助學(xué)生克服必修物理學(xué)習(xí)的困難，在課程成熟情況下進(jìn)一步朝著特色課程群方向而努力。

3.2 基于學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，注重必修選修知識銜接

在知識拓展類選修課程的開發(fā)與實施過程中，學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)也是值得關(guān)注的。不應(yīng)該脫離課程體系而僵硬補(bǔ)充一些難、繁、偏、舊的知識，如此做法的后果將加重學(xué)生（下轉(zhuǎn)第53頁）（上接第50頁）的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，而是要注重必修選修知識的銜接。例如：教學(xué)預(yù)設(shè)中回顧電勢能的定義便是為了將必修知識與選修知識進(jìn)行銜接，立足于必修知識的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)。

3.3 立足學(xué)生發(fā)展規(guī)律，明確選修課程開發(fā)目標(biāo)

在浙江省新高考改革背景下，高校自主招生、“三位一體”招生等為學(xué)生步入高等院校深造拓寬了路徑，這其中學(xué)生綜合素質(zhì)起著重要作用。一方面，學(xué)生的綜合素質(zhì)的提供亟需選修課程作為支撐，另一方面，對“課程”“課程開發(fā)”內(nèi)涵理解的不到位往往使教師將選修課程開發(fā)等同于教師自編教材與輔導(dǎo)材料[8]。這一矛盾的解決需要教師深入研究學(xué)生的發(fā)展規(guī)律，在明確選修課程開發(fā)目標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識拓展類選修課程的開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]浙江省教育廳.浙江省深化普通高中課程改革方案[EB/OL].http：//www.zjedu.gov.cn/gb/articles/2012-06-19/news

20120619152225.html.

[2]浙江省基礎(chǔ)教育課程改革專業(yè)指導(dǎo)委員會.浙江省普通高中學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見（2014版）[M].杭州：浙江教育出版社，2014：33.

[3]林輝慶，邱建友.電勢的教學(xué)設(shè)計——先行組織者在教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理教學(xué)，2010，32（3）：10-11.

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[7]張佩.知識結(jié)構(gòu)圖對高中生物理學(xué)習(xí)能力的影響研究[D].洛陽：洛陽師范學(xué)院碩士學(xué)位論文，2015.

[8]黃曉，李春密，黃端文.浙江省普通高中選修課程開發(fā)與實施的成績、問題與建議[J].教師教育研究，2015，27（2）：60-66.

（欄目編輯 陳 潔）