问题导学，环环相扣，激活学生思维

金灿

一、设计思路

本节内容是人教版高中《物理》选修3的第一章第一节。作为“静电场”的第一节，是本章的预备性知识，也是高中阶段电学内容的开始，必须为后面的学习打好基础。本节由电荷、起电方式、电荷守恒定律、元电荷四个部分内容组成。关于静电现象方面的知识，初中已有介绍，而高中更侧重从物质微观结构的角度认识物体带电的本质，结合摩擦起电和感应起电的具体情景，理解电荷守恒定律是本节的重点。

新课程标准的理念是教学应以教师为主导，学生为主体。因此，在教学过程中如何充分发挥学生的主动性和积极性，促进学生在课堂上积极主动地思考、生动活泼地参与，应是教师需要研究的主要问题，也应是教师进行教学设计的指导思想。

1.以问题促进思考，一石激起千层浪。

问题导学是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学策略。在教学过程中，教师将教学目标和教学内容体现于问题之中，引导学生通过完成任务达到掌握知识、培养能力的目的。在物理这种实践性较强的学科中合理运用问题导学法，有利于激发学生学习物理的兴趣，培养学生自主研究和合作学习的能力。本节内容采用问题导学，以解决几个核心问题为主线，以子问题串的形式，层层深入，促进学生思考。激发学生生动活泼地参与课堂，以期突破教学重点和难点。

应用问题导学时，问题的设置是关键。本节课一共提出6个主要问题。问题1：初中我们学过哪些与电荷有关的知识？问题2：摩擦为什么可以使物体带电？问题3：怎样判断塑料棒是否带电呢？问题4：正电荷是怎样带上的？问题5：为什么带电体靠近导体，指针张开，远离，指针又闭合呢？问题6：各种起电过程是否创造了电荷？

解决了这6个问题，基本上就完成了本节的教学目标。因此，问题的设置不应该是教学内容的简单拼凑，也不应该为了提问而提问，问题的提出应该紧扣学生的已有知识，着眼于学生的最近发展区，所提问题要梯度恰当，环环相扣，层层递进，才能真正促进学生思考，起到一石激起千层浪的良好效果。

2.做好实验，从直观现象到本质思考。

物理学是实验科学，做好实验不仅可以激发学生的学习兴趣，营造宽松、和谐的学习气氛，还可以促使学生从感性认识上升为理性认识。初中学生对电荷已有接触，但了解不多，且仅停留在感性认识上，进入高中阶段，这部分内容增加了较为抽象的概念，如电荷量、元电荷。面对看不见摸不着的电荷，如何化抽象为形象，帮助学生在初中学习的基础上更好地了解电荷、理解起电的本质，是执教者不可回避也不能忽略的问题。验电器是学生在初中已经有所接触和了解的实验器材，验电器锡箔片或指针的张开可以让学生切实感受到电荷的存在。如果能用好验电器，让学生直观地感受到电荷，分析电荷的存在与转移，对学生理解起电本质会起到事半功倍的效果。因此笔者自制教具，对验电器进行了改装，并在此基础上设计了探究实验，以期实现学生在思想认识和实践能力方面的提升，达到以学习内容为载体，在知识的形成、联系、应用过程中，促进学生养成科学的态度，实践科学行为，获得科学方法。

二、教学过程

（一）引入新课

师：（展示魔球）老师给同学们带来一个魔球，如图1，你想摸一摸吗？

学生活动：学生上讲台感受魔球，体验绚丽的弧光现象。

师：其实自然界中也有类似的现象。

学生观看闪电视频。

师：为什么会有这么奇妙又震撼的电现象呢？为了更多地了解电，也为了更好地利用电，今天我们进入物理学习的新篇章电学部分。

（设计意图：通过魔球体验激发学生的好奇心与兴趣，通过观看视频体会静电现象就在我们身边，让学生产生学习需求。）

（二）回顾初中已学知识

【问题1】初中我们学过哪些与电荷有关的知识？

学生回忆与电荷相关的知识，并回答交流。

生：（1）有两种电荷，正电荷与负电荷；

（2）摩擦可以起电；

（3）尖端放电；

……

教师评价：同学们知识面很广，懂的很多。

（三）三种起电方式

1.摩擦起电。

师：刚才有同学提到摩擦起电，能举个例子吗？

学生结合已有知识和生活经验举例：丝绸和玻璃棒摩擦，毛皮和橡胶棒摩擦，冬天脱毛衣时有电火花……

教师评价：物理源于生活。

【问题2】摩擦为什么可以起电？它的本质原因是什么？

学生思考、回答。

教师评价：他/她想到了从微观进行解释。

【PPT展示】摩擦起电微观示意动画，如图2。

师：你能以毛皮和橡胶棒摩擦为例说一说电子得失情况吗？

设计意图：要求学生以毛皮和橡胶棒摩擦为例，目的在于及时应用摩擦起电的原理解释现象，加深对摩擦起电本质的理解。

师：如果用海绵和塑料棒摩擦，塑料棒会不会带电呢？

学生猜想：可能带电。

【问题3】怎样判断塑料棒是否带电？

学生思考，回答：（1）带电体会吸引轻小物体；（2）验电器。

【演示1】海绵摩擦塑料棒，吸引轻小物体如验电羽、头发、泡沫屑等。

【PPT展示】动画：粘上泡沫屑的猫，如图3。

师：泡沫屑为什么会粘在猫身上？

【演示2】海绵摩擦塑料棒，与验电器接触使指针张开。

（设计意图：吸引轻小物体的演示和猫的动画，生动有趣，可以极好地调动学生的学习热情，活跃课堂气氛。教材中出现了静电计，这里简要介绍静电计的结构，为后续学习打下基础，不做过多阐述。）

2.接触起电。

师：在判断塑料棒是否带电的同时，我们发现验电器指针张开，说明什么？验电器上的电荷是怎样带上的？

学生思考：接触带电。

【PPT展示】两个完全相同的金属小球，电荷量会怎样分配，如图5？

学生思考、猜想、回答

教师揭示答案：“电荷均分”法则并补充说明；指出条件“完全相同的导体”。

师：接触起电的本质原因是什么？

学生思考，回答：接触起电的本质是电荷的转移。

师：接触起电的本质是电荷的转移，电荷是怎样转移的呢？

【PPT展示】动画：金属导体内部特征，如图6。

师：观察这个动画，你认为金属中能自由移动的是什么？

【演示3】用丝绸摩擦玻璃棒，接触验电器，使指针张开。

【问题4】你认为验电器的指针带什么电？正电荷是怎样带上去的？

学生思考、讨论、交流、回答。

3.感应起电。

（1）静电感应现象

师：如果不接触能否使验电器指针张开呢？

学生猜想。

【演示4】丝绸摩擦玻璃棒，靠近验电器金属小球，指针张开；远离，指针闭合，如图7。

【问题5】为什么会带电体靠近导体，指针张开，远离，指针又闭合呢？

学生思考、讨论、交流、回答。

【PPT展示】动画重现并解释刚才的演示，引出静电感应现象。

师：如果这个演示实验中改用与毛皮摩擦的橡胶棒，电荷分布又是怎样的？你发现静电感应现象中电荷分布有怎样的规律？

（设计意图：该教学片段以问题设疑，引发学生猜想，再通过实验解疑，符合学生的思维过程。在动画重现并解释问题的过程中设计了两个小问题进行追问，进一步推进学生的思考深度，引导学生明确两点：①同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引；②金属中能自由移动的是电子。）

（2）感应起电

师：最终移走带电体，验电器指针闭合，即验电器并没有带上电荷，我们所指的带电是指带上净电荷，即剩余电荷（excess charge）。

【实验探究1】

提供器材：海绵、塑料棒，两个与验电器相连接的导体，如图8。

探究目标：设法让这两个导体都带上电荷。

请小组讨论，拿出方案，并给出具体操作步骤。

学生思考、探究、讨论、交流，设计方案，拿出具体步骤，以小组为单位，派两位代表上讲台阐述方案，其中一个学生汇报方案，另一个学生演示操作步骤（至少两组）。

小组1：方案一——用海绵与塑料棒摩擦，把塑料棒分别与两个验电器接触。

师：同学们认为他们的方案可行吗？

采访一下这组同学代表，你们采用的是哪种带电方式？两个导体上所带电荷量相同吗？电性是否相同？还有其他方案吗？

小组1：方案二——用海绵与塑料棒摩擦，先把两个导体接触，把塑料棒与其中一个验电器接触。

师：这种带电方式，两个导体上所带电荷量相同吗？电性是否相同？还有其他方案吗？

小组2：先把两个导体接触，用海绵与塑料棒摩擦，把塑料棒靠近其中一个导体，分开两个导体。

师：同学们认为他们的方案可行吗？你们是怎么想到这种方法的？两个导体上所带电荷量相同吗？电性是否相同？还有其他方案吗？

【PPT展示】动画重现、整理感应起电的方法和步骤。

如果先移走带电体，再分开两个导体，能成功吗？为什么？如果让两个带电导体再接触，将会看到什么现象？说明两个导体所带电荷量有什么关系？

小结：你认为感应起电的本质是什么？

学生思考、回答。

（设计意图：该教学片段把教材上的实验设计成探究的形式，而且没有限定起电的方法，给了学生很大的设计空间。小组1提供了两个方案，都是摩擦起电，教师追问了两个导体上带电荷量的特点，学生都能正确回答。小组2提供的方案正是教师期望他们能设计出的感应起电方式。在这里顺利引出了感应起电的方式，实验之后的动画重现，主要是为了帮助学生梳理感应起电的方法和步骤，同时分析感应起电中电荷分布的特点。该处的探究实验，对学生要求较高，但是课堂实践表明，只要设置的铺垫合适，教师的引导到位，学生的思考能力和创新能力完全超乎教师的预期。）

【实验探究2】

提供：海绵、塑料棒和一个与验电器相连接的导体，如图9。

探究目标：设法通过感应起电让这个导体带上电荷。

请小组讨论，拿出方案，并给出具体操作步骤。

学生思考、探究、讨论、交流，设计方案，拿出具体步骤。

该环节学生遇到困难，教师引导：现在缺少一个导体，能不能就地取材，寻找一个导体，完成感应起电？学生在教师启发之后很快想到人也是导体。

学生活动：继续思考、探究、讨论、交流，设计方案，拿出具体步骤，并以小组为单位，上讲台阐述方案。

小组3：用海绵与塑料棒摩擦，把塑料棒靠近导体，用手触摸导体，移开手，再移走塑料棒。

（设计意图：实验探究2是感应起电的进一步理解和应用，起到推动和深化学生的思考的作用，但是该环节对学生要求较高，根据不同的学情应做适当的调整。）

【PPT展示】以问题的形式总结三种起电方式

【问题6】

（1）各种起电过程是否创造了电荷？

（2）在电荷转移的过程中，是否有电荷消失？总量有无变化？

（3）物体显中性，是否是物体中没有电荷？

学生思考、回答。

教师总结并过渡：其实无论哪一种起电方式都遵循自然界的一个基本规律——电荷守恒定律。

（四）电荷守恒定律

【PPT展示】电荷守恒定律的内容

学生朗读定律内容，熟悉电荷守恒定律。

类比：前面我们还学习了什么守恒定律？

教师补充：除了电荷守恒定律、能量守恒定律，后面还将学习其他的守恒定律，守恒的思想是物理学中的一个重要思想。

【实例应用】教师展示起电机，并演示放电现象，如图10。

师：起电机就是起电方式和电荷守恒定律的应用，等量异种电荷会分别储存在两个瓶中，当电荷量达到一定程度，会击穿空气，发生放电现象，与自然界中闪电的原理基本类似。

（五）元电荷

师：如果想知道起电机到底发了多少电，我们就要定量地描述电荷。

【PPT展示】请阅读教材《元电荷》部分，思考以下问题：

（1）什么是电荷量？它的单位是什么？

（2）什么是元电荷？数值是多少？由谁测得？

（3）电荷量与元电荷有怎样的关系？

（4）什么是比荷？电子的比荷是多少？

学生活动：自学《元电荷》部分，思考并回答问题。

（设计意图：这部分内容相对简单，学生完全有能力通过自学完成教学目标，因此该环节让学生自学为主，培养学生的自学能力。）

（六）课堂总结

师：本节课我们学习了一个守恒定律、两种电荷、三种起电方式以及元电荷的概念。

（七）学以致用

思考1：如图所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电。试问：（1）如何使A、B都带等量正电？（2）如何使A、B都带等量负电？（3）如何使A带负电，B带等量的正电？

思考2：如图所示，带电小球A附近有用绝缘支架支撑着的金属导体B，当开关S1、S2断开时，导体B左端带有负电荷，右端带有正电荷。下列说法中正确的是（ ）。

A.闭合开关S1，则导体B左端不再带有电荷

B.闭合开关S1，则导体B右端不再带有电荷

C.闭合开关S2，则导体B左端不再带有电荷

D.闭合开关S2，则导体B右端不再带有电荷

（设计意图：用与教材配套的教师用书上的两道补充练习让学生自主解决，巩固深化所学的重点内容。）

（作者单位：江苏省天一中学）

学生朗读定律内容，熟悉电荷守恒定律。

类比：前面我们还学习了什么守恒定律？

教师补充：除了电荷守恒定律、能量守恒定律，后面还将学习其他的守恒定律，守恒的思想是物理学中的一个重要思想。

【实例应用】教师展示起电机，并演示放电现象，如图10。

师：起电机就是起电方式和电荷守恒定律的应用，等量异种电荷会分别储存在两个瓶中，当电荷量达到一定程度，会击穿空气，发生放电现象，与自然界中闪电的原理基本类似。

（五）元电荷

师：如果想知道起电机到底发了多少电，我们就要定量地描述电荷。

【PPT展示】请阅读教材《元电荷》部分，思考以下问题：

（1）什么是电荷量？它的单位是什么？

（2）什么是元电荷？数值是多少？由谁测得？

（3）电荷量与元电荷有怎样的关系？

（4）什么是比荷？电子的比荷是多少？

学生活动：自学《元电荷》部分，思考并回答问题。

（设计意图：这部分内容相对简单，学生完全有能力通过自学完成教学目标，因此该环节让学生自学为主，培养学生的自学能力。）

（六）课堂总结

师：本节课我们学习了一个守恒定律、两种电荷、三种起电方式以及元电荷的概念。

（七）学以致用

思考1：如图所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电。试问：（1）如何使A、B都带等量正电？（2）如何使A、B都带等量负电？（3）如何使A带负电，B带等量的正电？

思考2：如图所示，带电小球A附近有用绝缘支架支撑着的金属导体B，当开关S1、S2断开时，导体B左端带有负电荷，右端带有正电荷。下列说法中正确的是（ ）。

A.闭合开关S1，则导体B左端不再带有电荷

B.闭合开关S1，则导体B右端不再带有电荷

C.闭合开关S2，则导体B左端不再带有电荷

D.闭合开关S2，则导体B右端不再带有电荷

（设计意图：用与教材配套的教师用书上的两道补充练习让学生自主解决，巩固深化所学的重点内容。）

（作者单位：江苏省天一中学）

学生朗读定律内容，熟悉电荷守恒定律。

类比：前面我们还学习了什么守恒定律？

教师补充：除了电荷守恒定律、能量守恒定律，后面还将学习其他的守恒定律，守恒的思想是物理学中的一个重要思想。

【实例应用】教师展示起电机，并演示放电现象，如图10。

师：起电机就是起电方式和电荷守恒定律的应用，等量异种电荷会分别储存在两个瓶中，当电荷量达到一定程度，会击穿空气，发生放电现象，与自然界中闪电的原理基本类似。

（五）元电荷

师：如果想知道起电机到底发了多少电，我们就要定量地描述电荷。

【PPT展示】请阅读教材《元电荷》部分，思考以下问题：

（1）什么是电荷量？它的单位是什么？

（2）什么是元电荷？数值是多少？由谁测得？

（3）电荷量与元电荷有怎样的关系？

（4）什么是比荷？电子的比荷是多少？

学生活动：自学《元电荷》部分，思考并回答问题。

（设计意图：这部分内容相对简单，学生完全有能力通过自学完成教学目标，因此该环节让学生自学为主，培养学生的自学能力。）

（六）课堂总结

师：本节课我们学习了一个守恒定律、两种电荷、三种起电方式以及元电荷的概念。

（七）学以致用

思考1：如图所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电。试问：（1）如何使A、B都带等量正电？（2）如何使A、B都带等量负电？（3）如何使A带负电，B带等量的正电？

思考2：如图所示，带电小球A附近有用绝缘支架支撑着的金属导体B，当开关S1、S2断开时，导体B左端带有负电荷，右端带有正电荷。下列说法中正确的是（ ）。

A.闭合开关S1，则导体B左端不再带有电荷

B.闭合开关S1，则导体B右端不再带有电荷

C.闭合开关S2，则导体B左端不再带有电荷

D.闭合开关S2，则导体B右端不再带有电荷

（设计意图：用与教材配套的教师用书上的两道补充练习让学生自主解决，巩固深化所学的重点内容。）

（作者单位：江苏省天一中学）