基于北京高考静电场试题谈回归正常的物理教学*

陈绍辉

(北京市第一五九中学 北京 100033)

《普通高中物理课程标准(2017年版)》指出课程的目标是促进学生学科核心素养的发展，最终完成“立德树人”根本任务.教材、教学、评价是达成目标的3个基本方面.物理教材经过长时间的使用和反复修订，语言精练准确，内容丰富成熟，且与时俱进，为教学保证了正确的道路，为评价提供了很好的素材.总结、把握高考评价的特点，反思、改进中学物理教学，以更好地促进学生核心素养的发展，值得深入思考、持续探索.

1 对静电场相关试题的分析

核心素养在《高中物理课程标准(2017版)》被明确提出，是对三维教学目标的继承与发展.物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等4个方面.每个方面由3到4个要素构成，共14个要素，有物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念、模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新、问题、证据、解释、交流、科学本质、科学态度、社会责任.课程标准明确了核心素养各个方面的水平层级及具体标准.核心素养的水平标准是划分学业质量的主要维度；课程标准将高中物理学业质量划分为5个等级，每个等级的标准与核心素养的层级水平相一致.

北京高考将物理学科的能力要求划分为理解能力、推理能力、实验能力、应用能力和探究能力等5种能力，有15个具体要求.北京高考物理要求的学科能力和核心素养互有交叉、内含其间.

由上，核心素养的要求已经体现在北京物理高考中.

将2004—2018年北京高考静电场试题对核心素养的考查进行梳理，包括试题主要对应核心素养哪个方面、哪种要素、属于哪个水平，如表1所示.梳理有一定的主观性，因为一道试题往往会考查核心素养的多个方面、多种要素.为使结构层次更清晰，将部分试题归类.另外，实验探究类试题暂未入选，但需明确，做好实验是正常物理教学的基本要求之一.

表1 2004—2018年北京高考部分静电场试题对核心素养的考查

续表

续表

由表1的梳理，我们对北京物理高考试题特点、评价立意有如下认识.

(1)试题涉及核心素养的各个方面、各个水平，为不同发展水平的学生都能在考试中有所发挥提供了空间.体现以考生为中心、发挥学生所长的考试追求.

(2)试题回归教材.多数试题所述情境都能从北京地区所用的教材中找到原型或相关内容.体现了“走大道、求大气”的命题风格.

(3)试题着力考查核心概念.本块所涉及的核心概念包括电场、电场强度、电势能、电势等.多数试题都涉及到了这些概念，没有偏难繁怪，而是情境熟悉、问题简单，但往往非常深刻.体现了基础、简洁的命题理念.

(4)试题回归学科本质，以学科思想方法将各模块内在紧密相连.静电场所涉及思想方法有场的概念、能量观、守恒思想、宏观微观相联系的思想、比值定义法、类比法等.体现出宽广融通的命题思路.

2 对正常教学的回归与静电场核心概念教学设计案例

北京物理高考评价注重回归教材，以能力立意，在简单问题、熟悉情境中，考查了对学科思想方法的深入理解，考到了各模块的纵向融通，考出了学科的核心素养和关键能力；对中学物理教学回到正常状态起到了很好的引导作用.反观中学物理教学现状，老师讲学生记不用教材、介绍概念不建构概念、讲知识不讲思想方法等不正常的现象还比较普遍；在高考复习时，过度练习，局限在各模块内横向联系，不重视学科纵向融会贯通，更是广泛存在.

以静电场为例.在平时教学中，以下非正常的现象是“常态”.传授给学生库仑定律的表达式，记忆之后，讲练含有库仑力的各类力学难题，如两个电荷相互环绕做圆周运动、3个电荷的平衡等.给出电场强度、电势能、电势等的计算式，展示电场线、等势面分布图，记住之后讲练大量题目，且美其名曰“提高解决力电综合问题的能力”.对于静电平衡、电容，也多是传授结论、公式，记住之后，通过做题来强化相关知识.在复习阶段，觉得学生把知识忘了，先回顾、捋一遍知识点，之后进行大量“刷题”.总之，概念是“讲”的，且还要尽可能压缩“讲”的时间，挤出时间来练习做题.念念不忘、殚精竭虑地通过做题来落实知识点，对知识得出的过程、其间蕴含的方法、各模块之间的联系，思之甚少，即便偶有说到，也是无心之举而非有意为之.

由评价来反思教学，使教学回归到正常状态，应努力做到以下几点：(1)新授课注重核心概念的建立过程，着力加深对概念的理解；(2)复习课以学科思想方法为抓手，前后融会贯通，构建知识体系；(3)始终坚持多用教材，回归教材，而非盲目多做题.

下面就静电场核心概念的教学举例说明.

案例1：电场、电场强度的教学设计

环节一：复习提问，引导学生阅读教材(指人教版教材).初步了解“电场”“静电场”的存在.

环节二：形象化方法表示电场.与“风”类比，“风”看不见摸不着，可以画几条线来表示“风”，如图1所示(用PPT投影).可以用“看得见”的阴影来表示电场，如图2所示(用粉笔在黑板上涂画).

图1 用几条线来表示风

图2 用阴影来表示电场

环节三：初步认识电场性质.通过图2认识到电场对电荷有力的作用，认识电场有强弱和方向.

环节五：推导点电荷电场场强的表达式.按库仑定律和电场强度定义式推导点电荷场强表达式.并与定义式做对比，认识两者的联系和区别.

环节六：场强的叠加.通过具体例子掌握场强的矢量叠加.

环节七：电场线.通过理论分析、实验演示、阅读教材对各种典型电场的电场线分布有初步的理解，不可简单告知.对电场线不会相交相切等特点应用“反证法”予以分析证明.

案例2：电势能、电势的教学设计

环节一：复习回顾重力场中功、能特点.

环节二：创设情境，提出问题.如图3所示，引出“电场的能”.是不是势能呢？关键就看电场力做功是否与路径无关.

图3 “电场的能”的引入情境

环节三：电场力做功的特点.利用图4推导“电场力做功与路径无关”.相较教材，图4多了乙图、丙图，搭接“思维台阶”.

图4 推导电场力做功的特点

环节四：电势能的引入.类比“重力做功与路径无关，可引入一个与位置有关的重力势能”，在图3情境中“电场的能”正是电势能Ep电.仍在图3情境中，讨论“电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增大”.分析得出，试探电荷无论正负，这一结论都成立.由能量守恒有“ΔEp电=-ΔEk”，由动能定理“W合=W电=ΔEk”，得到“W电=-ΔEp电”.进一步得到“W电=Ep电初-Ep电末”，与“WG=Ep初-Ep末”类似，不难得出“电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能点电场力所做的功”.

环节五：做一道题.如下.

【题目】A和B为电场中某条电场线上的点，如图5所示，将q=1 C的正电荷从A点移到B点电场力做功5 J，则:

(1)电场方向由A到B，还是由B到A？(A到B)

(2)电荷在哪点的电势能大？大多少？(A点大，5 J)

(3)规定B点为零电势能点，在A点电势能多大？(5 J)

图5 题图

环节六：电势的比值定义.利用上述例题，提出问题，详细讨论A，C点“电势能与电荷比值”的变与不变.并与图6重力场类比.最后得出电势定义，是电势能与电荷的比值.

图6 重力场

环节七：等势面.注意与等高线类比，用反证法证明等势面一定与电场线垂直.掌握几种常见电场的等势面分布，教材中没有的要补充.

3 基于学科思想方法贯通的复习课教学建议

(1)场的概念.高中物理涉及重力场、引力场、磁场、恒定电场、涡旋电场等.可从场怎样产生、强弱如何描述、是否有“势”、可否组合为复合场、物体在场中能做何运动、涉及哪些能量等角度进行认识.并对各种场做比较、找异同.

(2)能量观.回顾重力势能、弹性势能、引力势能、电势能、分子势能等，弄清对应何种力做功.领悟势能是与位置有关的能量，当力做功与路径无关时才能引入.将各势能做比较、找异同.从能量的视角审视静电场一些典型情境.比如，两个电荷之间是否有电势能、随距离如何变化？静电感应是否会“创造”能量？电容器充放电和极板发生相对运动时能量如何转化、怎样计算？

(3)守恒的思想.电荷、能量、动量的守恒自不必说.北京物理高考涉及点电荷周围电场线条数在各个球面上相等，这是守恒思想的深化.可进一步引导学生认识在同一电路“电流相等”、同一管道“水量不变”等，拓展对守恒思想的认识.

(4)宏观微观相互联系的思想.通过阅读教材，掌握金属的微观结构.静电感应是宏观现象，微观本质是电子的转移，具体过程如何？宏观电路电流现象，微观本质是电荷在电场中受力、运动、做功能量转化.

(5)物理量的定义方式和表达方法.电场强度、电势、电容都用了比值定义，又有对应的决定式，此间共性可以贯通前后.物理量可以用公式、坐标图、图景来表达，我们往往注重某一方式而忽略其他.比如电场强度E，电势φ，公式表达比较常见，电场线、等势面等图景表达也比较熟悉，但是用坐标图表达容易被忽视.可引导学生画一画E-x和φ-x图，能够更好理解相关物理量.

类比法、反证法等前文多有论述，本块还有涉及此类学科方法的其他内容，应努力挖掘，限于篇幅，不再论述.

4 结束语

静电场的核心概念比较抽象，直接告知记忆，辅以大量练习，会导致死记硬背、生搬硬套、越学越糊涂.在教学中应利用形象化的手段和类比的方法，抽丝剥茧、环环相扣、层层递进，经历过程，帮助学生建立正确的概念.

虽然高中物理学被习惯地分为力、热、电、光、原子5块，但是各模块之间可由学科核心概念、思想方法紧密关联.新授课，应予渗透；复习课，应明示各模块的知识关联和逻辑联系，帮助学生形成对学科内容的整体认识.

这样做，是对正常教学的回归，也与北京物理高考评价相一致，做到教学与评价相得益彰.