浅谈提升高中物理生态课堂品质的立意研究——以“库仑定律”的同题异构为例

吴建忠

(张家港市塘桥高级中学，江苏 张家港 215611)

“高中物理生态课堂是一个微型的生态系统,核心是遵循学生的认知规律、教师尊重教育规律的本真课堂”,是高品质的课堂．高品质的课堂需要教师对教育的理解有较大格局,具有较为先进的教学主张或教学思想．正如习总书记指出“教师做的是传播知识、传播思想、传播真理的工作,是塑造灵魂、塑造生命、塑造人的工作．教师不能只做传授书本知识的教书匠,而要成为塑造学生品格、品行、品味的‘大先生’……”．即便是同一课题,由于教师的教育理念不同,决定了教师在课堂设计的立意也不尽相同,这直接导致了课堂品质的高下．

2019年上半年,我参加了市青年教师评优课的评委工作．本次评优课是采取的是同题异构的方法,课题是人教版选修3-1“库仑定律”．应该说这几节课都是在教师精心备课后的展示,课堂呈现过程精彩,教法各有特色,全都是好课．由于参评教师仅在上课前一天下午知道课题,准备时间非常有限,无法进一步磨课,从而也真实地反映了教师个人的教学基本功,同时也折射出教师的教学理念．我认为这样的课堂是真实的,原生态的．

课堂是遗憾的艺术,尽管五节参赛的课都比较精彩,但总有遗憾和不足的地方,那么高中物理生态课堂究竟该如何打造呢?下面我结合江苏省“十三五”课题“基于核心素养的高中物理生态课堂的实践与探索”的研究,以“库仑定律”为例,从课堂的立意角度来谈一些个人的粗浅看法．

“库仑定律”这节课的主要内容是库仑定律的内容及其应用．这节课究竟该如何设计呢?现结合参赛评优课、课题研究课和日常听课的情况,提供几个案例以观课堂立意．

1 局限于知识传授的课堂立意

案例1:教师先让学生阅读教材,根据教材内容了解电荷间的相互作用力与哪些因素有关,教师结合电荷平分原理和介绍库仑扭秤实验得出库仑定律．然后围绕本节课的知识点精心设计典型例题和习题进行训练．例题和练习或从点电荷成立的条件,或从带电体在库仑力作用下的平衡问题,或从和其他力共同作用下的变加速运动等力学问题来进行设计．

点评:由于这节课教学内容相对单一,学生只要通过适当的习题训练,就可以较好地巩固“库仑定律及其应用”这一学习内容．如果单纯从考试的角度来评价和检测课堂学习的达成,其效果有时是非常地好．从知识接受的角度来看,这种直接接受式的学习效率最高．

反思:这样的课堂,教师运用灌输的方法来组织课堂教学,教学任务顺利地完成了．教师的立意仅仅是传递知识,分数至上的目的性太强,应试思想过于严重,俨然把学生看成一个接受知识的容器,尽最大可能让学生掌握知识并运用知识来处理习题,应付考试．在现实生活中,由于高考指挥棒的作用,有些学生和家长也欢迎这种直接的知识传授,但这样的课堂是否合格值得商榷．从发展学生核心素养的角度来看,可以说是一堂相对较低品质的课堂．

2 加强实验教学的课堂立意

案例2:教师先复习回顾上节课的内容,师生重温“同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引”的规律,从而引出电荷之间存在相互的作用力．教师从中启发学生猜想电荷间的相互作用力与哪些因素有关．有的同学猜想与带电体带电量的多少有关,有的同学猜想与带电体的形状、材质有关,有的同学猜想与带电体之间的距离有关等等．教师针对同学的猜想进行归纳问题,并参考教材内容通过演示实验加以验证．

图1 库伦力定性演示实验

实验过程如下:如图1,通过丝绸摩擦过的玻璃棒给直径大约10 cm表面涂有金属材料的轻质塑料球A带电,另给悬挂在绝缘细线下面轻质小球B带电(直径约为2 cm、表面有金属粉材料)．用不带电的金属球C多次轻触A球,发现当B球静止时,细线与竖直方向之间的夹角明显地变小．再通过改变A球和B球之间的距离,可以发现A球、B球之间的作用力随着两球之间的距离增大而减小,反之亦然．

在此基础上,教师再通过教材介绍库仑通过扭秤装置实验,并通过库仑定律的动画模拟实验得出库仑定律的内容．教师再精选和设计一定量的例题和习题组织学生进行练习巩固．

点评:本节课教师按照教材内容开展课堂教学活动,对演示实验进行了充分的准备,实验现象较为明显．学生直观地观察到静电力与带电体的带电量和带电体之间的距离有关,并了解了电量平分的巧妙思想．学生通过教师对例题的示范讲解、针对性练习的训练能基本掌握库仑定律的主要知识．教师的教学中规中矩,学生的学习也中规中矩．应该说课堂顺利地完成了教学任务,达到了预期的教学目标．

反思:听课之余,总感觉到教师的立意仅仅是传播知识,与“传授书本知识的教书匠”比较相似,与塑造学生的品格、品行、品味的‘大先生’还有一定的距离．实验教学的重点仅表现在验证学生的猜想,库仑定律实验的动画模拟能帮助学生理解库仑扭秤的精妙之处,但会让学生对扭秤实验产生一定仰视感、距离感,缺少激发学生实验的兴趣培养．主要原因还是教师对本课教学重点(电荷间作用力的定量研究)没有进一步的探索．

3 注重思维开发的课堂立意

案例3(要点部分):

教师先展示一组电子绕原子核圆周运动的动画,引导学生回忆“地球绕日转动”模型,通过两种运动模型的相似性猜想电荷间的作用力与哪些因素有关,并进一步猜想电荷间作用力的表达式．

接着教师讲述库仑定律的探究历程:1760年伯努利首先猜测电荷间的作用力与万有引力一样,与电荷间距离的平方成反比．后来富兰克林和普里斯特利也作了同样的猜测,但遗憾地没有作进一步的验证．1769年鲁宾逊通过实验求得r上的指数n=2.06后,卡文迪许通过实验求得n在1.98～2.02之间,可惜他没有发表结论．1785年库仑用扭秤等实验证明了电荷间作用力遵从平方反比规律．之后,还有如法拉第和麦克斯韦等科学家通过更精巧的实验进行了验证、修正和推广,证实了库仑定律的正确性．

点评:本节课教师另辟蹊径,通过类比的方法启发学生猜想电荷间的作用力可能与万有引力相似,从而推演库仑力的影响因素及其表达式．尽管课堂上没有精彩的实验、没有一定量的典型例题和练习加以训练,但这节课如果能够影响一个或几个学生通过类比、猜想、实验验证等方法来发展学生的物理思维的话,不妨也是一种较好的教学方法．

反思:教无定法,教学有法．教师不拘泥教材,通过讲解库仑定律的发现历程,让学生在了解物理学家研究库仑定律的进程,同时领略物理学家的思考方法,感受物理学家的严谨治学态度．如果在一定的条件下,高中教师在不影响教学任务的同时,采取专题形式的方法渗入诸如类比、演绎、对称、守恒等物理思维教学,对于开发学生思维来说,是非常有意义的．如果这节课能够影响一个或几个学生的科学研究方法、态度和价值观的话,无疑是成功的．从这个角度来看,教师的课堂立意还是比较高的．

4 突出发展核心素养的课堂立意

案例4(要点部分):

(1) 在验证电荷之间的相互作用力与电性之间的关系时,教师组织学生进行分组实验,由两位同学形成一个小组．

实验方法如图2:通过毛皮摩擦一根橡胶棒后,快速把它放在旋转支架上,然后再让第二根橡胶棒带电后，用橡胶棒和毛皮靠近或远离它，可以发现支架上的橡胶棒发生转动,从而验证了同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的规律．

图2 同性相斥实验

(2) 在探究电荷之间的相互作用力与带电体的电荷量、带电体之间的距离关系时,教师进行了演示实验．

图3 库仑力定量探究实验

实验方法:实验装置如图3,将表面包有铝箔A的针状物体用长约45 cm细线悬挂起来,悬挂处固定一块标有角度刻度线的木板(相当于量角器),零刻度线与竖直细线重合．附近另有一个直径约为10 cm的轻质金属球B,金属球B的竖直支架上固定一根水平横梁,横梁上放置一个可以移动的竖直指针,用于标记铝箔A的位置．

步骤1:让铝箔A与金属球B带电,保持两者距离不变,用不带电金属球C(与金属球B完全相同)多次轻轻地接触B球,观察细线的摆角变化(角度小于5°),进而定量计算出铝箔A与金属球B作用力的大小．由此可以推断出作用力与两者电量之间的关系．

步骤2:让铝箔A与金属球B带电,保持两者电量不变,多次移动金属球B,通过指针读出水平横梁上的刻度读出铝箔A与金属球B之间的距离．由此可以推断出作用力与两者距离之间的关系．

……

由此得出库仑力的表达式．

……

点评:中学阶段的静电实验很难通过定量的方法进行探究,通常情况下学生只能通过观看视频或动画来了解实验的装置和实验过程,而本节课老师通过改进教材的演示实验,直观、精确地展示实验过程．学生惊奇地发现物理规律的探究也不是那样的神秘!可谓是“瓶瓶罐罐当器材,拼拼凑凑做实验”．这种自制的实验带给学生情感和思想的冲击力有时是非常大的,甚至是震撼的．它可以极大激发学生学习物理的兴趣,激起对未知问题探究的欲望,产生亲手实验的冲动．

反思:毫无疑问,本节课的立意将培养学生学习物理的兴趣放在首位,将培养学生的实验能力、创新能力放在突出位置,将培养学生的科学思维放在课堂教学中的重要位置,而不是急功近利地训练学生应试解题．教师旨在让学生在课堂学习中形成学习物理、研究物理必备的品格和关键能力,这样的课堂无疑是高品质的．

如果将课堂的立意看成是教师教育思想或教学主张的反映,是教师对一种教学期望、教学目的．那么教师对教学活动具体的、明确的任务指向就是教学目标．相对于教学目标来看,课堂立意较为宏大、深远,如党的十九大提出的“立德树人”,教育部提出“发展学生的核心素养”等等．本文选择了4个教学案例,如果单纯地从教学目标的达成角度来看,4个案例都完成相应的教学任务．但四个案例的教学方式迥然不同,其根本原因还是四位教师的教育的理念或教育主张有所不同,故课堂的立意也就不同．案例一教师教学目标明确,教学任务达成意识强,但整堂课反映了教师的立意格局较小,局限于库仑定律知识的传授和训练方面,对于培养学生的学习兴趣等方面有明显不足．案例二教师有意识地渗入实验思想,虽然该实验现象与学生的预期几乎相同,不一定能很好激发学生的好奇心．但从中反映出教师的立意不仅仅是满足于知识的传播,教师通过实验的客观现象来加强学生遵从事实,实事求是的思想．案例三教师不仅仅是运用类比等物理思维的方法来组织教学,还侧重于通过物理学史的讲述从情感和价值观的角度来感染学生．也许从库仑定律的知识掌握角度来看,训练是不足的,但教师的立意还是值得肯定的．案例四教师把中学常规的库仑定律定性研究变成定量研究,首先值得肯定的是教师的实验探究精神,这种言传身教的教育意义远远要比语言的教育更远更深．其次,教师把培养学生对物理学习的兴趣、物理研究的态度和科学观放在突出位置,在传播库仑定律知识的同时,传播着科学思想和科学真理,并把塑造学生的品格、品行和品味作为教学重要目标,其较高的课堂立意决定了其优秀的课堂品质．