鲁科版高中物理《静电场》教学总结及思考

卿昭才

摘 要：本文从教材分析，教学方法的应用，科学探究主题的挖掘和实验教学实施四个方面对新教材关于静电场教学做了分析、总结和建议，为教师在本章教学时理解教材，合理运用科学方法和实验设计来突破教学难点，有效落实教学目标提供借鉴。

关键词：知识脉络；类比；科学探究；实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）7-0021-4

《静电场》是高中物理整个电磁学的开篇。本章的特点是概念多、规律多、结论多，同时也很抽象。一些基本概念如电场线、电场强度、电势、电势差等看不见摸不着，学生的感性认识很少，同时和力学规律联系紧密，所以本板块的学习是整个教材的重点，也是教学中的难点，还是对力学有关知识的再复习。笔者认为，对于这部分的教学应力求知识和方法并重，重视知识的产生过程和本章知识与学生生活、社会实践和现代科技的联系，运用科学的教学方法来突破难点，这不仅有助于学生对本章知识的学习，对以后《磁场》的学习也奠定了坚实的基础。

通过使用新教材进行了该板块的教学，现将笔者的教学感想总结如下。

1 领悟新教材编写意图，理解知识脉络

1.1 新、旧教材的内容对比

这部分知识在原教材中是第十三章，共十节内容，在鲁科版教材中是第1、2章，共八节内容。新教材在知识内容上的变动不大，其中和原教材最主要的差异是电势能、电势、电势差的知识线索不同。通过深入的比较和研究，新教材这样做的目的是进一步完善静电学中的知识链，从而体现新教材更重视知识的内在联系和产生过程。

1.2 新、旧教材的知识结构对比

新、旧教材的知识结构如图1：

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图1 新、旧教材内容知识结构图

从图1看出新教材通过与重力势能的类比自然得出电势能的概念，通过电场强度的比值定义法自然联想到电场中某点电势该如何定义，电势差概念的得出就水到渠成，电场力做功与电势能变化、电势差的关系的推导也就轻而易举了。由此可见，新教材的知识线索更加符合人的认知过程。也许从教师的角度已经习惯了原教材的传授顺序，但从更有利于学生建构知识网络的角度上，建议还是采用新教材的教学顺序。

1.3 探究主题的对比

与原教材相比，新教材增设了电场强度的实验探究，电场分布的实验探究，电场力做功特点的理论探究，电势概念的理论探究，电场力做功与电势差关系的理论探究，同时新教材还增添了不少迷你实验素材。可见，新教材更加注重科学探究这一核心理念。所以，教学时建议老师充分挖掘教材中的探究主题，做好实验，这对激发学生兴趣，培养他们的创新能力有着积极的推进作用。

2 运用科学方法教学，突破教学难点

类比是一种逻辑推理，它通过联想，把异常的、未知的事物对比寻常熟悉的事物，然后依据两对象之间存在着的某种类似或相似的性质，从已知对象的某种性质推出未知对象具有相应的一种性质。通过给这些陌生的抽象事物（概念，规律）赋予间接的直观形象，有利于启发思维，化难为易，使我们顺利而全面地认识物理现象，形成清晰的物理概念，达到深刻理解、掌握物理知识的目的，从而突破教学难点，提高了课堂教学的有效性。

在静电场这两章，类比这一科学方法，可以说几乎贯穿了这一整块的教学，从最初的“点电荷”到最后的“电容器”，从概念的认识到规律的应用，都可以用我们已学的知识，或生活规律来类比。通过类比，从而使这个看不见、摸不着的电场变得清晰、实在、熟悉。以下略举几例，说明类比这一教学方法在这两章的应用。

2.1 根据静电场与重力场的相似性，用因果类比推出静电场的一些性质

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图2 由重力场类比推出静电场的性质

2.2 类比电场强度的定义式得出电势的定义式

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图3 由电场强度的定义式类比推导电势的定义式

2.3 由轻小红飘带研究风力的大小和方向类比出由试探电荷研究电场的强弱和方向

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图4 由风力的大小、方向的研究方法类比出电场强弱、方向的研究方法

2.4 课本其他一些典型的类比

点电荷与质点的类比；库仑定律与万有引力定律的类比；等势面与等高线的类比；电容器和水容器的类比；带电粒子垂直进入电场后的偏转运动与平抛运动的类比。

2.5 注重其他科学方法的渗透

这两章除类比法之外，还渗透了比较、反证法、比值定义法等思维方法，也需要引起老师们的重视。

比较就是找出被比对象的同一性和差异性，从更普遍的意义上说，比较的作用就是确认和鉴别事物，对事物分类，对事物进行分析与归纳。学习的过程中，为了理解知识的内涵、外延，精准地把握知识，比较几乎在不断地进行着。深层次的比较要比较出同中之异和异中之同，帮助我们认识自然规律的多样性和统一性。这两章典型的比较有：重力场和电场的比较；电场力和电场强度的比较；电势能和电势的比较；点电荷和质点的比较；万有引力和库仑定律的比较；带电粒子在偏转电场中运动和平抛运动的比较等。

反证法是一种间接证明的方法，就是从假设结论不成立，推出与已知的规律或事实相矛盾，则原结论成立。在本两章的教学中，证明达到静电平衡的导体是等势体、表面电场线与导体表面垂直就是反证法的典型应用。

比值定义法是物理学中的一种常用方法之一，在这两章的教学内容中，像电场强度、电势、电容等概念都是用此方法来定义的，教学中要重视引导学生为什么要用此方法，怎么用比值定义法。

3 充分挖掘科学探究的主题，确保教学目标的落实

凸显科学探究是新教学理念核心的体现，也是教材改版后的最大特点。所以，在教学中要充分挖掘本章的探究主题，精心设计，让学生充分感受物理知识的产生过程，确保教学目标的落实。笔者主要在这样几个地方尝试了探究性课堂教学：

3.1 电场强度概念的探究性教学

第一步：创设情境，提出探究课题

1）风是看不见、摸不着的，我们用什么方法可以得知风力的方向和大小呢？电场也是看不见、摸不着而又是客观存在的物质，我们又如何来认识它的特性，摸清它的“脾气”？

2）电场最基本的性质是什么？这对我们研究问题有何启发？

3）把电荷放入电场中，通过研究电荷的受力情况，可以探明电场的属性。那么，对放入电场中的电荷有没有要求？可不可以随意找一个带电体放入电场？

4）电场中各点的电场强弱与什么因素有关？如何描述电场的强弱？请同学们针对这个主题展开研究，看能得出什么结论？

第二步：猜想假设，设计探究方案

请同学们猜想电场中各点的强弱可能会与哪些因素有关？设计怎样的方案去研究解决这个问题？

可引导学生先用实验做一些初步的定性探究（如图5），再利用点电荷的电场进行理论性探究。

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图5 学生初步定性探究实验

第三步：收集证据，论证探究假设

电场强度是《电场》一章重要的基本概念，在教学设计上，不必期望学生通过一节课的学习，就将电场强度理解得非常透彻。这一节的重点是让学生初步建立电场强度的概念，认识到电场强度是描述电场强弱的物理量，是表示电场本质属性的物理量。学生通过一段时间的学习，会逐步深化对此概念的理解。同时，采用教师引导下的科学探究式教学方法，充分研究、挖掘教材的科学探究素材，依据学生的认知规律，以科学探究为学生的主要学习方式，发挥学生的积极性、主动性和创造性。由于电场强度的概念高度抽象，单纯采用教师讲授、学生接受的教学方法或放手让学生讨论、探究，可能都收不到良好的教学效果。若通过设计上述方案，采用教师引导下学生探究的教学方法实施教学，学生围绕任务开展紧张的思考活动，亲历物理学的研究方法，伴随着问题、尝试、思考、对话而获得探究性体验，对电场强度概念的建立过程留下深刻的印象，因而效果比较理想。

3.2 等势面的探究性教学

类比等高线提出等势面的概念后，我们是以问题的形式引导学生探究等势面的特点，并要求学生尝试自己画出匀强电场、点电荷的等势面，以及等量同、异种电荷等势面的大致分布情况，这样的教学方式有利于学生对等势面的深刻理解与掌握。

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绍是通过课本思考与讨论的形式出现的。若教师还设计有梯度的问题窜，学生通过对这些问题的思考、推导，其本身就是一个很好的科学探究过程，有利于学生对知识的综合应用能力和空间想象能力的提高。

4 重视演示实验的作用，加强物理知识的应用

这两章内容比较抽象，学生的感性认识很少。因此，物理规律和概念的构建有一定困难。所以，尽可能做一些演示实验，把抽象的问题直观地展示出来，这对于突破教学难点，构建物理概念，探究、理解物理规律有很重要的作用。物理知识从实际中来，但学习物理的最终目的是要回到实际中去解决问题。所以，加强物理知识的应用，既是对所学知识的巩固，又是培养学生解决实际问题的能力的有效途径。本章课本上出现的一些阅读材料，如《静电复印》《密立根实验——电子电荷量的测定》《范德格拉夫静电加速器》等，教师应指导学生认真阅读，不能一带而过。笔者通过这两章的教学，就几个演示实验做简介。

4.1 电场线的分布实验

有机玻璃板内，布有许多细头发屑，无规则地悬浮在蓖麻油中。用静电感应器给头发屑加上电场，可以清晰地观察到头发屑由无序转化为一定规则排列的整个过程。

4.2 电容器的充放电演示

用电池先给电容器充电，再通过它给一只发光二极管放电，可以观察到二极管闪烁了一下，这样学生对电容器的放电有了直观的认识。

也可用两只塑料杯，外部分别包上锡箔纸，组成一个电容器。用毛皮摩擦橡胶棒，给电容器充电，充电完毕后，请两个学生用手接触电容器的两极板，体验其放电的过程。这个实验作为课题引入，不仅能迅速调动起学生对电容器的学习兴趣，而且对电容器的构造及储存电量的特性也有了深刻的印象。

4.3 电子在匀强电场中的偏转演示

带电粒子在电场中的偏转是本章教学的重点，一般就是从理论上做推导。但若在课题引入中演示这种运动，学生兴趣大增，想知道为什么做这样的运动，同时也有助于对示波管直观感受和对原理的理解。

用两块相同、稍大的金属板正对固定在铁架台上构成平板电容器，把阴极射线管也固定在两板之间，然后用静电感应器给两极板充电，在两板间形成匀强电场，这样就能清晰地观察到电子在阴极射线管中的偏转轨迹。

参考文献：

[1]廖伯琴，等.中学物理课程改革的目标与实施[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]廖伯琴.鲁科版普通高中课程标准教科书（物理选修3-1）[M].济南：山东科技出版社，2011.

[3]廖伯琴.鲁科版普通高中课程标准教师用书（物理选修3-1）[M].济南：山东科技出版社，2011.

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

（栏目编辑 刘 荣）