指向深度學(xué)習(xí)的靜電場(chǎng)圖像教學(xué)

陳華琴

摘? ?要：通過靜電場(chǎng)的圖像教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，挖掘靜電場(chǎng)知識(shí)內(nèi)在的邏輯關(guān)系，建立多元聯(lián)系，建構(gòu)相關(guān)物理量間的知識(shí)體系，提煉知識(shí)所蘊(yùn)含的學(xué)科思想方法、思維方式、情感價(jià)值等，以深度教學(xué)來完整且深刻地處理知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);靜電場(chǎng);圖像;知識(shí)體系

深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者通過對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容內(nèi)在本質(zhì)的理解和對(duì)知識(shí)的批判性運(yùn)用，通過經(jīng)歷有效的遷移應(yīng)用和解決真實(shí)問題的過程，實(shí)現(xiàn)深度理解和發(fā)展高階思維的高投入性學(xué)習(xí)[ 1 ]。

深度學(xué)習(xí)的過程需要教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，在教師的引領(lǐng)下，通過學(xué)習(xí)活動(dòng)聯(lián)想、調(diào)動(dòng)、激活已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，以融會(huì)貫通的方式對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，從而建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)。它要求學(xué)生能夠抓住教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)屬性，全面把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，建立有邏輯、有結(jié)構(gòu)的知識(shí)體系，而不是簡(jiǎn)單地掌握零散的、碎片化的記憶性知識(shí)。這個(gè)過程不僅發(fā)展著學(xué)生的記憶、理解、關(guān)聯(lián)能力以及系統(tǒng)化的思維與建構(gòu)能力，還促使學(xué)生掌握學(xué)科核心知識(shí)，把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，體驗(yàn)知識(shí)本身蘊(yùn)含的豐富內(nèi)涵與意義，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

靜電場(chǎng)模塊的知識(shí)是歷年高考考查的熱點(diǎn)，試題主要集中在電場(chǎng)的性質(zhì)以及與力、能知識(shí)的綜合應(yīng)用上。因此在高三復(fù)習(xí)教學(xué)中，在系統(tǒng)復(fù)習(xí)了電場(chǎng)力和能的性質(zhì)，在學(xué)生初步理解并掌握了基礎(chǔ)內(nèi)容后，需要進(jìn)一步綜合運(yùn)用力、能的知識(shí)來處理電場(chǎng)問題，從而提高學(xué)生分析問題能力、綜合應(yīng)用能力、運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的能力等。用于表征靜電場(chǎng)性質(zhì)的物理量有電場(chǎng)強(qiáng)度（E）、電勢(shì)（？漬）、電勢(shì)能（Ep）、電勢(shì)差（U）等，為了更好地融合力、電、能的相關(guān)知識(shí)，深入理解各物理量之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建立完整的知識(shí)架構(gòu)，掌握靜電場(chǎng)知識(shí)的本質(zhì)，以下在描述靜電場(chǎng)規(guī)律的圖像教學(xué)中，突出呈現(xiàn)靜電場(chǎng)知識(shí)的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生把握知識(shí)的核心，掌握思想方法，促進(jìn)學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)。

1? 應(yīng)用圖像解決物理問題的意義

在物理教學(xué)中，除了用數(shù)學(xué)關(guān)系式即用解析法表示物理量之間的關(guān)系外，通常還采用圖像法描述物理規(guī)律、物理狀態(tài)、物理過程等。在探究物理規(guī)律時(shí)，借助圖像進(jìn)行分析、處理是一種重要的手段，對(duì)于分析和解決復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過程，圖像法更加清晰、形象、直觀，有時(shí)比用其他數(shù)學(xué)方法要簡(jiǎn)便、直接，但利用圖像法解決具體問題要求學(xué)生有較高的抽象思維能力及思維方法，學(xué)生往往感覺難度較大。因此，在靜電場(chǎng)圖像教學(xué)中先從學(xué)生最常見的v-t圖像入手，通過以下例題調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，讓學(xué)生從圖像中獲取信息，用數(shù)形結(jié)合的思想進(jìn)行邏輯推理、分析，教師對(duì)利用圖像分析物理規(guī)律，解決物理問題做完整的歸納：既要研究圖線的橫、縱坐標(biāo)及交點(diǎn)（截距）、拐點(diǎn)、斜率等，還要研究圖線包圍的面積、漸近線等幾何要素的物理意義，把物理圖像中可能隱含的物理信息進(jìn)行全面的總結(jié)，使學(xué)生深度理解圖像所反映的物理狀態(tài)、物理過程等。

【例題1】如圖1中AB是某電場(chǎng)的一條電場(chǎng)線，一帶電粒子僅受電場(chǎng)力作用沿電場(chǎng)線向右運(yùn)動(dòng)，其質(zhì)量為m、電荷量為-q。粒子過A點(diǎn)時(shí)速度為v0，過B點(diǎn)時(shí)速度減為0，A、B間距為d，下圖為粒子運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，以下判斷正確的是

A. A點(diǎn)電勢(shì)一定高于B點(diǎn)，可求出A點(diǎn)電勢(shì)

B. A點(diǎn)電勢(shì)一定高于B點(diǎn)，可求出UAB=mv02/2q

C. 粒子在A點(diǎn)受到的電場(chǎng)力一定等于在B點(diǎn)受到的電場(chǎng)力

D. 粒子在A點(diǎn)的電勢(shì)能一定大于B點(diǎn)的，可求出WAB=mv02/2

本題根據(jù)v-t圖象的物理意義，判斷粒子速度變化，從能的角度分析粒子動(dòng)能變化及電場(chǎng)力做功情況，進(jìn)而確定電場(chǎng)電勢(shì)能的變化、電勢(shì)差、電勢(shì)的高低、電場(chǎng)的方向等。還可由圖線的切線斜率變化判斷加速度的方向及大小的變化，從力的角度確定粒子受電場(chǎng)力的方向與大小變化情況，進(jìn)而確定電場(chǎng)的方向、電勢(shì)的高低及電勢(shì)能的變化等。

通過本環(huán)節(jié)的教學(xué)幫助學(xué)生分別從力、能的角度理清解決靜電場(chǎng)問題的兩條思路，把其中涉及的物理量間的關(guān)系建立如圖2的完整的知識(shí)架構(gòu)，讓學(xué)生更深刻理解各物理量之間的聯(lián)系，建立清晰的邏輯關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生分析問題的思維更加縝密，更能熟練遷移應(yīng)用靜電場(chǎng)知識(shí)解決實(shí)際問題。

2? 靜電場(chǎng)圖像的關(guān)聯(lián)教學(xué)

深度學(xué)習(xí)的過程是一個(gè)逐步深化的過程，學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)所能達(dá)到的深度，有賴于教師對(duì)知識(shí)的處理引導(dǎo)，課堂教學(xué)需要通過教師對(duì)知識(shí)的處理，使學(xué)生在認(rèn)知方式、思維品質(zhì)、情感體驗(yàn)等多方面產(chǎn)生質(zhì)的變化。課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)的完整理解和深刻學(xué)習(xí)，而教師引導(dǎo)學(xué)生深刻學(xué)習(xí)應(yīng)著眼于對(duì)知識(shí)的深層次理解和深度處理。

從知識(shí)的內(nèi)在構(gòu)成來看，知識(shí)都擁有其特定的內(nèi)在邏輯，這種邏輯也包括思維方式、學(xué)科方法等，沒有把這些內(nèi)在邏輯理順、理清，分析透徹，學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)就難以構(gòu)成體系，就只能是表層的、片面的學(xué)習(xí)。學(xué)生在理解知識(shí)時(shí)，是僅僅知道知識(shí)表層的東西，還是進(jìn)一步引起其對(duì)知識(shí)內(nèi)含的各種意義的理解，需要教師對(duì)知識(shí)所隱含的邏輯關(guān)系、思維方式等的深刻處理和深層追問，讓學(xué)生學(xué)會(huì)解決真實(shí)的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)遷移。因此，在完成了利用圖像對(duì)力、電、能知識(shí)的內(nèi)在邏輯進(jìn)行梳理后，下面再通過？漬-x、E-x、Ep-x三種圖象對(duì)靜電場(chǎng)的知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)教學(xué)，進(jìn)一步對(duì)利用圖像對(duì)靜電場(chǎng)的問題進(jìn)行深層追問，培養(yǎng)學(xué)生的遷移應(yīng)用、邏輯推理、應(yīng)用數(shù)學(xué)方法解決物理問題等能力。

2.1? ？漬-x圖象

【例題2】x軸上有兩個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2，如圖3為其在空間產(chǎn)生的靜電場(chǎng)電勢(shì)？漬在x軸上的分布，以下說法正確的是

A. x1處電場(chǎng)強(qiáng)度等于零

B. q1、q2一定帶異種電荷

C. 將一負(fù)點(diǎn)電荷從x1處移到x2處，它的電勢(shì)能減小

D. 將一負(fù)點(diǎn)電荷從x1處移到x2處，它受到的電場(chǎng)力增大

根據(jù)？漬-x圖像中沿x坐標(biāo)軸方向上各點(diǎn)電勢(shì)高低變化可確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，進(jìn)而知道負(fù)電荷在x1處的電場(chǎng)力方向，那么從x1移到x2電場(chǎng)力做功情況、電勢(shì)能變化情況均可做出判斷。還可根據(jù)圖像直接看出電勢(shì)有正有負(fù)，可判斷q1和q2帶有異種電荷，從電勢(shì)的變化可判斷電荷移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能的變化，進(jìn)而分析電場(chǎng)力做功的正負(fù)。又分析圖線的切線斜率，其大小表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，可確定x1、x2處的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，從而判斷電場(chǎng)力大小。進(jìn)一步分析？漬沿x軸上的漸近線的意義，可知無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零等等，多角度、全方位地挖掘圖像所包含的信息，幫助學(xué)生拓寬思路，拓展思維，逐步完善知識(shí)的構(gòu)建、強(qiáng)化思維品質(zhì)的提升。

2.2? E-x圖象

【例題3】真空中，x軸上的x1=0和x2=3a兩個(gè)位置分別固定點(diǎn)電荷M和N。如圖4為它們連線上電場(chǎng)強(qiáng)度E隨x變化的關(guān)系圖像，下列判斷正確的是

A. M、N一定帶同種電荷

B. x=2a處電勢(shì)一定等于零

C. M的電荷量大于N的電荷量

D. 將一正點(diǎn)電荷從1.5a處沿x軸移到2.5a處的過程中，電勢(shì)能一直減小

本題雖然不知道兩個(gè)點(diǎn)電荷的帶電性質(zhì)，但根據(jù)電場(chǎng)方向的變化，結(jié)合粒子運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)一步確定粒子的所受電場(chǎng)力的變化、電場(chǎng)力做功的變化、電勢(shì)能的變化等情況。本環(huán)節(jié)可以設(shè)置讓學(xué)生自主完成，學(xué)會(huì)把以上所學(xué)分析思路、解題方法遷移應(yīng)用，而后進(jìn)行分享交流，創(chuàng)造學(xué)生展示學(xué)習(xí)的平臺(tái)，同時(shí)也能暴露學(xué)生思維的盲點(diǎn)、誤區(qū)，教師及時(shí)糾正、彌補(bǔ)。對(duì)于E-X圖象，學(xué)生易犯的錯(cuò)誤是認(rèn)為圖像的切線斜率大小表示電勢(shì)的大小，此時(shí)通過學(xué)生的自主分析，在常見錯(cuò)誤的基礎(chǔ)之上糾正的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢(shì)差，“面積”大小表示電勢(shì)差大小，完善學(xué)生對(duì)表征靜電場(chǎng)的各物理量之間正確關(guān)系，建立更加深刻、完備的知識(shí)體系。

2.3? Ep-x圖象

【例題4】一帶負(fù)電的微粒僅受電場(chǎng)力作用沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，如圖5是它的電勢(shì)能Ep隨X變化關(guān)系圖像，以下說法正確的是

A. x1處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小大于x2處的

B. x1、x2處電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿x軸正方向

C. x1處的電勢(shì)比x2處的電勢(shì)低

D.微粒從x1處運(yùn)動(dòng)到x2處的過程中電場(chǎng)力做正功

本題圖線的切線斜率變化反映了電場(chǎng)力大小的變化，可以判斷出加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、動(dòng)能等物理量隨位移的變化情況。借助本題對(duì)靜電場(chǎng)中的圖像問題進(jìn)一步做完整的總結(jié)，綜合幾種典型靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)能在空間隨著位置變化的情況，形成力、電、能綜合的知識(shí)架構(gòu)。

3? 結(jié)束語

深度學(xué)習(xí)不是簡(jiǎn)單地對(duì)知識(shí)進(jìn)行機(jī)械的訓(xùn)練，教學(xué)中教師不能無限制地增加知識(shí)的難度和解題的數(shù)量，而應(yīng)該通過挖掘知識(shí)內(nèi)蘊(yùn)含的豐富價(jià)值，在知識(shí)內(nèi)在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，完整地處理知識(shí)，觸及知識(shí)的核心和物理學(xué)科的本質(zhì)，走進(jìn)學(xué)生思維和情感深處，引導(dǎo)學(xué)生從表層學(xué)習(xí)進(jìn)入知識(shí)內(nèi)在的邏輯和有意義的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生深刻理解知識(shí)的內(nèi)涵[ 2 ]。深度學(xué)習(xí)的過程中教師要幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，教會(huì)學(xué)生遷移應(yīng)用知識(shí)，解決實(shí)際問題，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，從而發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭元祥.論深度教學(xué)：源起、基礎(chǔ)與理念[J].教育研究與實(shí)驗(yàn)，2017（3）：1—11.

[2] 徐波.深度學(xué)習(xí)與深度教學(xué)研究概述[J].中學(xué)地理教學(xué)參考，2017（5）：10—12.