知识拓展类课程目标下的电势概念教学预设

摘 要：作为浙江省普通高中四类选修课程之一的知识拓展类课程为必修教学提供了有力支撑。本文在此以“如何更好地实现物理知识拓展类选修课程与必修教学的相互融合”为研究课题，以电势概念为例进行教学预设，并就知识拓展类选修课程与必修教学的融合进行了探索。

关键词：知识拓展；概念；教学预设

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）1-0048-4

2012年9月浙江省启动了新一轮深化普通高中课程改革，此轮改革的一大亮点在于将选修课程摆在了一个突出的位置。选修课程学分占总学分比例提高至三分之一，其重要性可见一斑。浙江省教育厅颁布的《浙江省深化普通高中课程改革方案》将选修课程分为知识拓展类、职业技能类、兴趣特长类、社会实践类四类。

知识拓展类选修课程，旨在提供适合学生个性发展的课程，让学生认识学科的价值与研究方法，获得更为全面的知识与能力，培养创新精神，全面提升学科素养，为进一步学习打下扎实的基础[1]。在此背景下，如何充分利用好知识拓展类选修课程并促进其与必修教学的相互融合值得思考。一方面，知识拓展类课程可以有效弥补必修教学的某些局限性，丰富学生的认知体验，培养学生的兴趣；另一方面，必修教学可以为学生打下一定的基础，这可以成为学生学习知识拓展类课程的重要保障。知识拓展类课程与必修教学不应该是相互独立，而应该是相得益彰。

1 问题的提出

电势概念是高中物理知识结构中一个重要的节点，正确理解该概念是从能量角度解决电学问题的关键。按照2014版《浙江省普通高中学科教学指导意见》，针对电势概念的教学要求分为基本要求与发展要求，基本要求是“了解电场线的方向与电势高、低之间的关系”，发展要求是“知道电势是描述电场性质的物理量，了解电势概念及单位，知道电势的定义式，理解φ与EP、q无关；知道电势的相对性，知道电势是标量，知道正、负电势意义”[2]。教学指导意见为电势教学目标的确定起到了很好的导向作用，课堂教学也大致按照以上教学指导意见实施。考虑到班级学生的物理认知水平较高，研究者在课堂中还引导学生定性分析了等量同号点电荷电场的电势变化情况；但是，课后的一个小插曲却让人“哭笑不得”：物理课后学生在背诵等量同号点电荷电场的电势变化规律。这一片段也引发了研究者的思考：考虑到班级大部分学生都选择了物理知识拓展类选修课程，何不利用选修课引导学生在原有知识的基础上引入电势决定式为核心的电势概念拓展学习？

2 具体教学预设

2.1 教学目标

结合知识拓展类选修课程目标，给出教学目标如下：（1）知识與技能方面，解释电势决定式并学会在具体情境中尝试灵活运用，尝试电学知识结构图的构建。（2）过程与方法，感受电势决定式的推导过程，领悟定义式与决定式的应用差异；（3）情感、态度与价值观，领会电学知识体系的对称美，培养热爱电学的情感。

2.2 设计思路

基于上述教学目标，设计思路如下：①回顾电势能的定义，找准立足点；②补充微积分的知识，找准突破点；③推出电势的决定式，找准重难点；④应用知识，分析规律；⑤构建电学知识结构图。

2.3 具体预设阐述

1）回顾电势能的定义，找准立足点

回顾电势能的定义是本节课的立足点，可以引导学生在分析电场力做功的过程中回顾；此外，许多物理教学工作者结合重力做功与地势差的关系来分析电势能也为本部分的教学提供了参考[3]。此外，还需引导学生回顾电势能与静电力做功之间的关系，即静电力做功等于电势能的减少，这一关系可用关系式（1）表示。

WAB=EPA-EPB（1）

2）补充微积分的知识，找准突破点

微积分是解决普通物理学问题的重要工具。针对是否有必要补充微积分知识这一问题不同教师存在不同的看法。研究以为在高中教育改革不断深化的背景下对高水平学生适当引入微积分对于学生的理科思维（例如：高中物理常用的微元法）的培养大有裨益，同时这对于学生选修大学AP理科课程具有积极的帮助。但是，需要注意的是在实际教学中“引入”并不代表“深入”，就电势概念拓展教学而言，引入微积分仅仅立足于使学生明白电势决定式推导的过程这一基本点。

3）推出电势的决定式，找准重难点

电势决定式的理论推导很大程度上需借助微积分，因此在课堂教学中需补充少量微积分的知识，补充的目的是为了让学生知道电势决定式的由来。具体的理论推导如下：

①由于电荷在某点（假设为A点）的电势能等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功，通常把电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定为零，则电荷在A点的电势能等于把电荷从这点移动到无穷远处静电力做的功，即

WA∞=EPA-EP∞=EPA-0=EPA。（2）

其中，Q为场源点电荷的电荷量，r为A点到场源点电荷的距离。若电场由一组点电荷共同产生，各点电荷的电量分别为Q1，Q2，……Qn，则空间任一点的电势由场强叠加原理可求得为

为了使学生能够更加深入地理解电势决定式，建议可以提及以下几点：

①公式的适用范围：真空、（场源）点电荷。（注：讲解电势决定式的适用范围可以结合点电荷的场强公式进行讲解。）

②当场源电荷Q为正时，电势为正；当场源电荷Q为负时，电势为负。离场源正（负）点电荷越远，电势越小（大），无穷远处电势最小（大），其值为零。

③若电场由一组点电荷共同产生，各点电荷的电量分别为Q1，Q2，……Qn，则空间任一点的电势由场强叠加原理进行求解[5]。

4）应用知识，分析规律

课堂教学可以结合具体情况选用典型问题引导学生对电势决定式进行应用，在应用的过程中分析相关规律，避免学生对规律的机械记忆。

例题1 如图1所示，A、B是电荷量均为+q的固定点电荷，它们之间相距为r，试分析A、B点电荷形成的电场中电荷连线上电势变化情况。

例题2 （2015年江苏物理第8题）两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图2所示。 c是两负电荷连线的中点， d点在正电荷的正上方， c、d到正电荷的距离相等，则（ ）

A.a点的电场强度比b点的大

B.a点的电势比b点的高

C.c点的电场强度比d点的大

D.c点的电势比d点的低

预设分析过程：本题中根据电场线的疏密可以判断A、C两个选项。在分析B、D选项时，若运用电势决定式则会使问题变得简单。根据电势决定式可以定性判断，某点离正电荷越近，电势越高，离负电荷越近，电势越低。因而，可以判断出b点的电势比a点的电势高，同理可以判断出c点的电势比d点的电势低。

例题1引导学生在应用电势决定式的过程中发现一对等量正电荷形成的电场中电荷之间连线上电势变化的规律，而且这一规律是在学生探究基础之上习得的，实践证明这样的效果要比学生单纯记忆要好。例题2中学生通过电势决定式的应用初步明白了离正（负）电荷越远，电势越小（大）的道理。在某种意义上，学生理解了电势决定式之后可以较大程度地避免对规律的机械记忆。

5）构建电学知识结构图

许多课程设计的方法使得学生难以进行有意义的知识组织，通常在转入下一主题前，只能触及到一些表面性的事实知识。没有时间形成重要的、组织起来的知识。课文有时仅强调事实知识，而没有提供理解的支持[6]。电势概念拓展教学尝试以知识结构图来对学生的理解提供有力的支持。

知识结构图通常以某一主题知识为中心，然后将相关的概念用连线连接，连线上标明两个概念之间的意义关系，是用图形来组织和表征知识的工具[7]。研究者针对静电场构建的初步知识结构图如图3所示，基于学生的学习水平较高，课后可以引导学生对知识结构图进一步补充和优化。

3 促进知识拓展类选修课程与必修教学融合的策略

在浙江省进一步深化普通高中课程改革的背景下，高中教育鼓励每一位学生在全面发展的基础上实现个性化发展。选修课程为学生的个性化发展提供了平台，旨在让学生认识学科的价值与研究方法，获得更为全面的知识与能力，培养创新精神，全面提升学科素养的知识拓展类课程在学生的个性化发展中扮演的重要角色不容忽视。关于知识拓展类选修课程与必修教学的融合，以下几点值得关注。

3.1 結合学生的实际诉求，加强顶层课程体系设计

选修课程的开发与实施不是杂乱无章的，需要有一个起着统领作用的顶层课程体系。顶层课程体系的设计需要结合学生的实际诉求进行，例如：电势概念的拓展教学是为了帮助学生在必修知识学习中告别僵硬记住物理规律的尴尬处境。学生刚学习必修电学知识会遇到一些挫折，产生挫败感甚至恐惧物理，开发相应的知识拓展类选修课程可以立足于学生的实际诉求，从宏观上加强课程体系设计，从微观上帮助学生克服必修物理学习的困难，在课程成熟情况下进一步朝着特色课程群方向而努力。

3.2 基于学生认知特点，注重必修选修知识衔接

在知识拓展类选修课程的开发与实施过程中，学生的认知特点也是值得关注的。不应该脱离课程体系而僵硬补充一些难、繁、偏、旧的知识，如此做法的后果将加重学生（下转第53页）（上接第50页）的学习负担，而是要注重必修选修知识的衔接。例如：教学预设中回顾电势能的定义便是为了将必修知识与选修知识进行衔接，立足于必修知识的基础上引导学生后续学习。

3.3 立足学生发展规律，明确选修课程开发目标

在浙江省新高考改革背景下，高校自主招生、“三位一体”招生等为学生步入高等院校深造拓宽了路径，这其中学生综合素质起着重要作用。一方面，学生的综合素质的提供亟需选修课程作为支撑，另一方面，对“课程”“课程开发”内涵理解的不到位往往使教师将选修课程开发等同于教师自编教材与辅导材料[8]。这一矛盾的解决需要教师深入研究学生的发展规律，在明确选修课程开发目标的基础上进行知识拓展类选修课程的开发。

参考文献：

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

20120619152225.html.

[2]浙江省基础教育课程改革专业指导委员会.浙江省普通高中学科教学指导意见（2014版）[M].杭州：浙江教育出版社，2014：33.

[3]林辉庆，邱建友.电势的教学设计——先行组织者在教学中的应用[J].物理教学，2010，32（3）：10-11.

[4][5]贾起民，郑永令，陈暨耀.电磁学（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2001：25.

[6]Beck I L， McKeown M G， Gromoll E W.Learning from social studies texts[J].Cognition and Instruction，1989，6（2）：99

-158.

[7]张佩.知识结构图对高中生物理学习能力的影响研究[D].洛阳：洛阳师范学院硕士学位论文，2015.

[8]黄晓，李春密，黄端文.浙江省普通高中选修课程开发与实施的成绩、问题与建议[J].教师教育研究，2015，27（2）：60-66.

（栏目编辑 陈 洁）