基于核心素养为导向的“静电感应”教学优化分析

摘 要：在新版高中物理教材必修三“电荷”这节或者老教材选修3-1“电荷及其守恒定律”这节主要内容有三种起电方式和电荷守恒等相关内容。这节内容实验操作有一定难度，文章主要从平时教学实际出发试图寻找出学生的科学思维上问题根源，结合实际情况以及部分案例来阐述优化过程。

关键词：核心素养;物理观念;科学思维;静电感应;感应起电

2020年1月开始实施的《浙江省普通高校招生选考科目考试说明》（以下简称《说明》）中高中物理关于“电荷及其守恒定律”这节内容考试要求是c级要求，在《说明》中c级要求为简单应用，指能将物理事实、现象与概念、规律建立联系，认识规律适用的条件，并用以解决简单问题。从要求中可以看出，该节内容有一定难度且要解决问题，从课堂和课后作业中来观察和分析，学生对静电感应现象掌握得并不如人意。

一、 存在和遇到的问题

这节内容学生存在和遇到的问题，文章将从教材内容、学生自身、教师、实验设计这几个方面结合核心素养中的物理观念和科学思维来一一探寻，试图找到问题的根源所在，有针对性地调整和優化。

（一）学生在教材中遇到的问题

新旧两版教材描述静电感应内容如下：当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。这种现象叫做静电感应。利用静电感应使金属导体带电的过程叫做感应起电。

内容描述非常简单，通过了解和调查，一般情况下学生在看书和理解过程抓住的关键词是“趋向”和“远离”，并不深究其中原因。在作业和听课过程中喜欢用这两个关键词去套用，而并没有理解其中作用过程和内涵本质。

（二）学生自身问题

学生在初中阶段简单接触了静电感应，诸如带电物体能吸引通草球这类知识点，但是其中原因并没有深入挖掘，如果高中阶段只用“近异远同”这样简单粗略的方式处理，那么学生实际上还是没有掌握其中的作用规律，只会一直停留在表面而不得要领。

（三）来自教师的问题

对于教材解读，在很多课堂中，教师往往着重强调“近异远同”，朗朗上口，但不利于学生掌握其中作用规律，学生以囫囵吞枣的形式去学习，在实际问题中用“近异远同”口诀去套题，很容易得出啼笑皆非的结果。

（四）实验设计所面对的问题

静电感应实验条件较苛刻，若空气湿度过大，实验成功率低，现象不明显，尤其这个实验还要设计更复杂的情况，如接地、两导体分开、撤去外部带电体等，所以设计实验存在一些障碍，但是可以适当地克服和优化。不管哪种情况其内在作用规律都要深入剖析，如果剖析不到位，实验并不能起到良好的效果，那么对这块内容和实验现象学生如同雾里看花。

二、 对策分析

（一）关于教材处理

引导学生在教材文字内容中找出关键词进行理解，在教学过程中特别重视和强调电荷间的相互作用，而弱化“近异远同”，不提这个口诀。并适当对“感应”一词出处和词义做出相应解释，“感应”一词出处：《汉书·礼乐志》：“《书》云：‘击石拊石，百兽率舞。鸟兽犹且 感应 ，而况於人乎？况於鬼神乎？”本义是受影响而引起反应。现代汉语词典对“感应”解释：某些物体或电磁装置受到电场或磁场的 作用 而发生电磁状态的变化叫做感应，也叫诱导。从教材内容和对感应一词的释义上可以看出，之所以产生感应，原因在于 作用和受影响 ，所以抓住电荷间的 相互作用 出发能从根本上突破静电感应这个难点，所谓静电感应现象其实就是电场对电荷 作用的 结果，所以师生不必刻意强化“近异远同”以及“近端和远端”。

（二）关于学生的对策和准备

学生要先预习，并能经过科学思维初步分析产生静电感应现象的基本原因，而不是去识记“近异远同”以及“近端和远端”，该物理作用过程内在规律其实不难，学生能大概理解静电感应产生原因就是电荷排斥力和吸引力作用的结果，所以师生的重点应该放在电荷相互作用上，而不是“近异远同”。

（三）关于教师引导对策

引导学生抓住关键词“吸引”和“排斥”，从这两个关键词出发，引导学生从受力特点经过科学思维得出“趋向”和“远离”带电体，导致导体上的电荷分布发生变化，得出内部电荷的分布特点：靠近带电体一端带异种电荷，远离带电体一端带同种电荷。这个过程充分体现了科学思维，在逻辑严密的科学思维推理下，学生的物理观念进一步得到强化，学生的科学素养得到提升，培养了学生的物理核心素养。

（四）关于实验引导对策

教材实验设计非常到位，在实验条件良好情况下，可操作性很强，如下操作图示。

观察静电感应现象

取一对用绝缘柱支持的导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在下部的两片金属箔是闭合的（如图）。

请你手握绝缘棒，把带正电荷的带电体C移近导体A，金属箔有什么变化？

这时手持绝缘柱把导体A和B分开，然后移开C，金属箔又有什么变化？

再让导体A和B接触，又会看到什么现象？利用金属的结构模型，解释看到的现象。

第一步操作后现象很明显，也很容易分析和理解;难点是第二步操作，这一步建议引导学生仔细观察操作过程，不能放过任何细节。

三、 优化过程

教师实验操作如下图所示。考虑实际情况，我们可以用橡胶棒与毛皮摩擦后，用橡胶棒去靠近A;或者使用感应起电机手摇起电后用带电小球去靠近A。我们一般采用橡胶棒与毛皮摩擦，用橡胶棒去靠近A，学生更容易接受。

师：请大家观察并思考，把带负电荷的橡胶棒C靠近导体A，观察金属箔有什么变化？

生：A和B两端的金属箔都会张开。

师：为什么张开？

生：金属箔带同种电荷，电荷相互排斥，所以张开。

师：你能判断出两金属箔分别带何种电荷吗？

生：A端的金属箔带正电荷，B端的金属箔带负电荷。

师：什么原因导致的呢？

生：因为导体中正电荷被C上的负电荷吸引过来，导体中负电荷被C上的负电荷排斥开来。

师：很好，这种现象我们称为静电感应现象，请问是什么原因导致的呢？

生：是电荷之间的相互吸引力或者排斥力导致的。

师：金属中原子核才带正电荷，所以实际情况中，正电荷不会移动，是带负电的电子被C中负电荷排斥到远处的B端，从而导致A端中的负电荷变少，呈现出带正电荷，B端因为聚集了电子，从而B端带负电。

师：请仔细观察和思考，把A和B分开，又有什么变化？

生：金属箔张开夹角几乎不变。

师：为什么会这样呢？

生：因为C中负电荷一直在吸引A中的正电荷和排斥B中的负电荷，金属箔中的电荷继续受力的作用。

师：如果撤去C呢？又有什么变化？

生：可能闭合，可能不变，可能夹角变小。

继续观察实验，发现夹角变小，但是没有完全闭合。

师：请思考导致这种现象的原因。

生：因为C撤去后，金属箔上的电荷不再受到C中的负电荷作用，金属箔中的电荷相互排斥，导致一部分电荷分布到金属导体其他部位，所以金属箔带电减少，张开夹角变小。

师：如果让A和B接触呢？

生：金属箔闭合，电荷中和。

师：归根到底，产生该实验现象的原因是什么？

生：电荷之间的相互作用。

师：很好，静电感应现象的本质原因是什么？

生：电荷之间的相互作用。

师：大家以后在面对静电感应问题时，从电荷间的相互作用出发就可以解决问题。

师：那我们来看看这种情况（如下图），麻烦×××同学上来，用手指接触B端，我们再来重复之前过程，仔细观察两金属箔的变化。

生：A端的金属箔张开，B端的金属箔不张开。

师：你能用刚才所学的内容解释这个现象吗？

生：因为C中的负电荷，会把导体中电子排斥到人体中去，B端金属箔不带电了。

师：非常好，那接下來，在C不动的情况下，我们把A和B分开，又会观察到什么现象呢？

生：A端金属箔继续张开，因为正电荷继续受到吸引力，B端还是不带电，金属箔不张开。

师：如果撤去C呢？

生：A中的正电荷不受C中的电荷作用力，A端金属箔电荷一部分分布到导体上，所以夹角变小。

师：非常好，说明大家一直在抓住电荷间相互作用在分析。那如果手指接触A端再来重复上述过程，大家猜想一下能观察到什么现象？

生：A端金属箔会闭合，B端金属箔张开……

师：请大家继续观察。

生：跟前面手指接触B端情况一样，还是A端金属箔张开，B端金属箔闭合。

师：为什么情况一样？

生：因为A端的正电荷还是被C中的负电荷吸引，而导体中的负电荷还是会被排斥到人体上，那么B端不会带电。

师：非常好，大家能用电荷的相互作用分析静电感应现象，说明静电感应现象大家已经基本掌握。

通过实验以及合理的引导和优化，学生能从电荷相互作用的角度非常清晰地理解静电感应现象，这样静电感应现象不再显得那么神秘而抽象，在实验过程中，培养了学生的物理观念，学生的科学思维和科学探究能力得到了有效的锻炼。在课后作业中，学生着重从电荷的相互作用分析静电感应现象，学生掌握情况和作业效果都有明显的提高。

参考文献：

[1]浙江教育考试院.浙江省普通高校招生选考科目考试说明[M].浙江摄影出版社，2020.

[2]何文明.指向学科核心素养的普通高中课堂教学设计 物理必修3[M].浙江教育出版社，2020.

[3]严育洪.微雕课堂：教学的细节功夫[M].首都师范大学出版社，2010.

作者简介：

朱吴军，浙江省杭州市，杭州市富阳区第二中学。