“五星教学模式”在物理教学实践中的应用

刘文震

摘   要：为了满足人们享有高质量教育的要求，教育工作者从理论和实践两个方面对多种教学模式进行研究和探索，并取得了丰硕的研究成果，“五星教学模式”就是其中之一。就其实质而言，就是根据具体的教学内容，创设真实的情境，把教学内容置于实际问题之中，通过解决实际问题展开教学。文章以人教版高中物理选修3-1第一章第七节“静电现象的应用”的教学设计为例，说明“五星教学模式”在高中物理教学中的应用。

关键词：教学模式;静电现象;物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）5-0008-4

具体的教学任务应被置于循序渐进的实际问题解决情境中来完成，即先向学习者呈现问题，然后针对各项具体任务展开教学，接着再展示如何将学到的具体知识运用到解决问题或完成整体任务中去。只有达到了这样的要求，才是符合学习过程和学习者心理发展要求的优质高效的教学。

“五星教学模式”是国际著名教育心理学家梅瑞尔（M. David Merrill）教授2002年提出，浙江大学盛群力等人将其引入我国，其主要把教学过程分为五大基本要素，即“聚焦问题”“激活旧知”“论证新知”“应用新知”和“融会贯通”[2]。这五大基本要素既符合学生的基本认知规律，也符合建构主义理论的要求。“五星教学模式”为物理教学提供了一种可供借鉴的教学模式。

1    “五星教学模式”的基本结构

“五星教学模式”包括五个主要要素（“聚焦问题”“激活旧知”“论证新知”“应用新知”“融会贯通”）以及进行评估的15条标准（见表1）。

2    基于“五星教学模式”的教学设计——以“静电现象的应用”为例

“五星教学模式”在高中物理教学中如何有效运用呢？下面以人教版选修3-1第一章《静电场》第七节的内容“静电现象的应用”[3]为例进行说明。

2.1    聚焦问题

（1）开门见山引入新课

环节1：在黑板上张贴课题静电贴，让学生观察。

环节2：让学生穿静电屏蔽服利用特斯拉音乐线圈表演真人闪电秀（图1），激发学生的学习兴趣。然后脱下衣服让其他同学观察并思考。

（2）提出问题引发思考

问题1：大家除了感受到惊险刺激以外，还有哪些思考与感受？为什么这位同学不怕高压电呢？（同时让表演者脱下屏蔽服让学生观察）

問题2：金属网是导体，为什么穿上“金属网”反而不怕电呢？这种“超能力”背后有什么物理规律呢？

设计意图：首先让学生把注意力聚焦到本节课的学习任务上，同时利用强烈的视觉冲击，吸引学生的注意力，出乎意料的结果能激发他们解决疑问的热情和好奇心。同时，也为研究电场中的导体增加了感性认识。

2.2    激活旧知

通过上述问题的设置，激活了学生脑中静电场的知识储备，在理解了电场强度和电势这两个反映电场基本性质的重要物理量的基础上，建立物理模型。

（1）建立模型理论分析

构建一个简单的物理模型，将一个不带电的实心金属导体置于匀强电场中，如图2所示，通过分析总结得出静电平衡状态的概念就是导体内部及其外表面的电子不再发生定向移动的状态。

（2）提出问题

问题3：图2中这些自由电子在外加电场的作用下会如何运动？它们会移动到哪里？不能再移动的位置在哪里？金属导体内部的自由电子会源源不断地向外表面运动吗？

设计意图：创设物理情境，调动学生已有的知识储备，通过理论探究，总结静电平衡的概念，为后面进一步分析空腔导体的静电平衡埋下伏笔。

2.3    论证新知

（1）理论探究一

问题4：如图2所示，静电平衡状态下导体内部场强因为感应电场与原电场抵消而为零，如果不为零会怎样？感应电荷分布在哪里？内部有感应电荷吗？导体上任意两点之间的电势差等于多少？

老师鼓励学生用所学知识总结不带电实心导体静电平衡下的特点，通过学生理论分析得出结论：处于静电平衡下的导体内部场强处处为零;感应电荷只分布在外表面;整个导体是等势体，表面是等势面。

（2）理论探究二

问题5：使得内部场强为零的原因是什么？中间部分的电荷对静电平衡没有贡献。既然没有贡献，把中间挖去会对静电平衡有影响吗？挖成金属壳呢？挖成金属网呢？

通过学生进一步理论分析得出结论，空腔导体在电场中的特点：内部场强处处为零;感应电荷只分布在导体的外表面;整个导体是等势体，表面是等势面。

设计意图：让学生用已有知识解决新问题，学会从不同角度思考问题得出静电平衡状态下导体的电场强度和电势特点。并通过对空腔导体静电平衡的理论探究进一步加强学生对静电平衡的全面认识，体会从特殊到一般的科学思维方法，领悟建模的意义。同时也能让学生感受到理论分析的精彩。

（3）实验验证一

【师生一起设计实验】

预设方案：让自制验电羽分别处在金属笼的内外，观察羽须张角。

方案：金属网罩的内外壁粘验电羽，让其处在电场中观察羽须张角的变化情况。

课本安排了法拉第圆筒实验，说明导体的净电荷分布在导体的外表面，但效果不明显。为此，授课教师用内外验电羽直接显示电荷的分布特点，培养学生的实验创新能力。

实验器材（图3）：感应起电机、放电杆、金属板、金属笼、零散的验电羽、验电器、导线等。

（4）提出问题

问題6：感应电荷分布在什么位置？金属网外部验电羽有张角能说明感应电荷分布在外表面吗？

设计意图：通过直观的实验现象，加深学生对静电平衡特点的认识和理解，培养学生理论联系实际的能力，激发学生的质疑精神，同时过渡到探究带电导体的电场和电荷分布特点。

（5）实验验证二

【带电导体的电场和电荷分布特点】

实验器材：金属笼、起电机、验电羽等。

起电设备让内外都有验电羽的金属笼带电，发现外部验电羽有张角，内部验电羽没有张角。

【最终揭秘】 让学生解释引入环节中产生的“超能力”背后的原因。

设计意图：物理知识源于生活，而又要回归于生活，震撼的实验激发了学生的兴趣，同时过渡到静电的应用，起到承上启下的作用。

2.4    应用新知

（1）应用1：静电屏蔽（金属壳使其内部不受外电场影响的作用）

问题7：课前放电实验中特斯拉音乐线圈的哪一部分首先对人体放电？为什么尖端更容易放电呢？在刚才的实验中观察到越尖锐的位置验电羽须张角越大的现象了吗？

引导学生利用学过的新知识进行理论分析，并设计实验让学生观察分析。

实验验证：如图4所示，越尖锐的顶端羽须张角越大。

（2）应用2：点火器、避雷针

问题8：空气是绝缘体，但尖端电荷密度大的地方却容易放电。自然界当中有一种特别剧烈的尖端放电现象是什么？

问题9：雷电是自然界当中一种剧烈的放电现象，中国每年有1000多人死于雷击，尤其在野外遇到雷电是很可怕的事情，我们如何科学避雷呢？为保护高大的建筑物和参天大树也需要给它们罩金属网吗？

【实验自制避雷针模拟演示】 如图5所示。

步骤一：用感应线圈的正负极分别连接装置的上下极板，接通电源;

步骤二：极板间安装削尖的2B铅笔，对2B铅笔放电，看到强电弧;

步骤三：平行安装不同高度上端带有石墨球的2B铅笔，接通电源，高度较高的铅笔最容易放电;

步骤四：取走矮的2B铅笔，换为高度与带石墨球的2B铅笔相同的尖形2B铅笔，比较发现削尖的2B铅笔容易放电;

步骤五：安装一株“金丝楠”（鲜树枝），让学生猜想会出现什么后果？要怎么保护？

步骤六：树枝旁边安装底部绝缘的2B铅笔，装置对树枝放电，大树起火，未能起到保护作用。

步骤七：换底部露出铅芯（接地）的“2B铅笔”避雷针，重复上述实验，有效地保护了大树。

设计意图：教材上只介绍了避雷针，但缺乏实验方案。该实验层层递进，步步深入，既解决了尖端放电的问题，又让学生真实感受到了避雷针的原理，还渗透了科学避雷的安全知识教育。通过解决如何科学避雷的问题，提高学生解决实际问题的能力，加强对学生的安全教育。

2.5    融会贯通：带着思考结束新课

预设问题1：课题贴是用胶或磁铁粘到黑板上的吗？

预设问题2：课本中介绍夜间高压线上会看到绿色的光晕，为什么不是其他颜色？

预设问题3：如何避免场源对外部的干扰？

设计意图：让学生感受到生产、生活中静电现象的应用还有很多，激发学生继续研究、学习的兴趣。同时，对所有的教学内容进行回顾和整理，让学生在头脑中建构出自己的知识结构，培养学生学习物理的良好习惯和方法。

3    结束语

本节内容通过应用“五星教学模式”，克服了传统多媒体讲授教学的弊端，通过实验情景设置，激活学生的已有知识与求知欲望，构建“电场中的导体”模型，层层递进、步步深入，从简单到复杂，从特殊到一般，理论分析和实验验证相结合，总结出不带电实心导体、空腔导体和带电导体在电场中达到静电平衡时的共性特点，发展了学生的思维，培养了学生的理论探究能力和实验探究能力。

参考文献：

[1]袁林玉.高等数学教学中五星教学模式的运用[J].信息系统工程，2018（3）：172.

[2]盛群力，宋洵.五星教学模式的应用探讨——兼及一堂课的分析[J].湖南师范大学教育科学学报，2008（1）：69-72.

[3]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2004.

（栏目编辑    赵保钢）