指向深度学习的静电场图像教学

陈华琴

摘   要：通过静电场的图像教学，引导学生在理解的基础上，挖掘静电场知识内在的逻辑关系，建立多元联系，建构相关物理量间的知识体系，提炼知识所蕴含的学科思想方法、思维方式、情感价值等，以深度教学来完整且深刻地处理知识，促进学生的深度学习。

关键词：深度学习;静电场;图像;知识体系

深度学习是学习者通过对学习内容内在本质的理解和对知识的批判性运用，通过经历有效的迁移应用和解决真实问题的过程，实现深度理解和发展高阶思维的高投入性学习[ 1 ]。

深度学习的过程需要教师对教学内容及教学过程进行精心设计，在教师的引领下，通过学习活动联想、调动、激活已有的知识经验，以融会贯通的方式对所学内容进行重组，从而建构知识结构。它要求学生能够抓住教学内容的本质属性，全面把握知识的内在联系，建立有逻辑、有结构的知识体系，而不是简单地掌握零散的、碎片化的记忆性知识。这个过程不仅发展着学生的记忆、理解、关联能力以及系统化的思维与建构能力，还促使学生掌握学科核心知识，把握学科的本质及思想方法，体验知识本身蕴含的丰富内涵与意义，形成积极的内在学习动机。

静电场模块的知识是历年高考考查的热点，试题主要集中在电场的性质以及与力、能知识的综合应用上。因此在高三复习教学中，在系统复习了电场力和能的性质，在学生初步理解并掌握了基础内容后，需要进一步综合运用力、能的知识来处理电场问题，从而提高学生分析问题能力、综合应用能力、运用数学方法解决物理问题的能力等。用于表征静电场性质的物理量有电场强度（E）、电势（？渍）、电势能（Ep）、电势差（U）等，为了更好地融合力、电、能的相关知识，深入理解各物理量之间的内在关联，建立完整的知识架构，掌握静电场知识的本质，以下在描述静电场规律的图像教学中，突出呈现静电场知识的关联，帮助学生把握知识的核心，掌握思想方法，促进学生对静电场知识的深度学习。

1  应用图像解决物理问题的意义

在物理教学中，除了用数学关系式即用解析法表示物理量之间的关系外，通常还采用图像法描述物理规律、物理状态、物理过程等。在探究物理规律时，借助图像进行分析、处理是一种重要的手段，对于分析和解决复杂的动态变化过程，图像法更加清晰、形象、直观，有时比用其他数学方法要简便、直接，但利用图像法解决具体问题要求学生有较高的抽象思维能力及思维方法，学生往往感觉难度较大。因此，在静电场图像教学中先从学生最常见的v-t图像入手，通过以下例题调动学生的思维，让学生从图像中获取信息，用数形结合的思想进行逻辑推理、分析，教师对利用图像分析物理规律，解决物理问题做完整的归纳：既要研究图线的横、纵坐标及交点（截距）、拐点、斜率等，还要研究图线包围的面积、渐近线等几何要素的物理意义，把物理图像中可能隐含的物理信息进行全面的总结，使学生深度理解图像所反映的物理状态、物理过程等。

【例题1】如图1中AB是某电场的一条电场线，一带电粒子仅受电场力作用沿电场线向右运动，其质量为m、电荷量为-q。粒子过A点时速度为v0，过B点时速度减为0，A、B间距为d，下图为粒子运动的v-t图象，以下判断正确的是

A. A点电势一定高于B点，可求出A点电势

B. A点电势一定高于B点，可求出UAB=mv02/2q

C. 粒子在A点受到的电场力一定等于在B点受到的电场力

D. 粒子在A点的电势能一定大于B点的，可求出WAB=mv02/2

本题根据v-t图象的物理意义，判断粒子速度变化，从能的角度分析粒子动能变化及电场力做功情况，进而确定电场电势能的变化、电势差、电势的高低、电场的方向等。还可由图线的切线斜率变化判断加速度的方向及大小的变化，从力的角度确定粒子受电场力的方向与大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化等。

通过本环节的教学帮助学生分别从力、能的角度理清解决静电场问题的两条思路，把其中涉及的物理量间的关系建立如图2的完整的知识架构，让学生更深刻理解各物理量之间的联系，建立清晰的逻辑关系，促进学生分析问题的思维更加缜密，更能熟练迁移应用静电场知识解决实际问题。

2  静电场图像的关联教学

深度学习的过程是一个逐步深化的过程，学生对知识的学习所能达到的深度，有赖于教师对知识的处理引导，课堂教学需要通过教师对知识的处理，使学生在认知方式、思维品质、情感体验等多方面产生质的变化。课堂教学强调教师引导学生对知识的完整理解和深刻学习，而教师引导学生深刻学习应着眼于对知识的深层次理解和深度处理。

从知识的内在构成来看，知识都拥有其特定的内在逻辑，这种逻辑也包括思维方式、学科方法等，没有把这些内在逻辑理顺、理清，分析透彻，学生对知识的学习就难以构成体系，就只能是表层的、片面的学习。学生在理解知识时，是仅仅知道知识表层的东西，还是进一步引起其对知识内含的各种意义的理解，需要教师对知识所隐含的逻辑关系、思维方式等的深刻处理和深层追问，让学生学会解决真实的问题，实现对知识进行有效的学习迁移。因此，在完成了利用图像对力、电、能知识的内在逻辑进行梳理后，下面再通过？渍-x、E-x、Ep-x三种图象对静电场的知识进行关联教学，进一步对利用图像對静电场的问题进行深层追问，培养学生的迁移应用、逻辑推理、应用数学方法解决物理问题等能力。

2.1  ？渍-x图象

【例题2】x轴上有两个点电荷q1、q2，如图3为其在空间产生的静电场电势？渍在x轴上的分布，以下说法正确的是

A. x1处电场强度等于零

B. q1、q2一定带异种电荷

C. 将一负点电荷从x1处移到x2处，它的电势能减小

D. 将一负点电荷从x1处移到x2处，它受到的电场力增大

根据？渍-x图像中沿x坐标轴方向上各点电势高低变化可确定电场强度的方向，进而知道负电荷在x1处的电场力方向，那么从x1移到x2电场力做功情况、电势能变化情况均可做出判断。还可根据图像直接看出电势有正有负，可判断q1和q2带有异种电荷，从电势的变化可判断电荷移动时电势能的变化，进而分析电场力做功的正负。又分析图线的切线斜率，其大小表示电场强度的大小，可确定x1、x2处的电场强度的大小，从而判断电场力大小。进一步分析？渍沿x轴上的渐近线的意义，可知无穷远处电势为零等等，多角度、全方位地挖掘图像所包含的信息，帮助学生拓宽思路，拓展思维，逐步完善知识的构建、强化思维品质的提升。

2.2  E-x图象

【例题3】真空中，x轴上的x1=0和x2=3a两个位置分别固定点电荷M和N。如图4为它们连线上电场强度E随x变化的关系图像，下列判断正确的是

A. M、N一定带同种电荷

B. x=2a处电势一定等于零

C. M的电荷量大于N的电荷量

D. 将一正点电荷从1.5a处沿x轴移到2.5a处的过程中，电势能一直减小

本题虽然不知道两个点电荷的带电性质，但根据电场方向的变化，结合粒子运动情况进一步确定粒子的所受电场力的变化、电场力做功的变化、电势能的变化等情况。本环节可以设置让学生自主完成，学会把以上所学分析思路、解题方法迁移应用，而后进行分享交流，创造学生展示学习的平台，同时也能暴露学生思维的盲点、误区，教师及时纠正、弥补。对于E-X图象，学生易犯的错误是认为图像的切线斜率大小表示电势的大小，此时通过学生的自主分析，在常见错误的基础之上纠正的同时，引导学生分析图线与x轴围成的“面积”表示电势差，“面积”大小表示电势差大小，完善学生对表征静电场的各物理量之间正确关系，建立更加深刻、完备的知识体系。

2.3  Ep-x图象

【例题4】一带负电的微粒仅受电场力作用沿x轴正方向运动，如图5是它的电势能Ep随X变化关系图像，以下说法正确的是

A. x1处的电场强度大小大于x2处的

B. x1、x2处电场强度方向沿x轴正方向

C. x1处的电势比x2处的电势低

D.微粒从x1处运动到x2处的过程中电场力做正功

本题图线的切线斜率变化反映了电场力大小的变化，可以判断出加速度、电场强度、动能等物理量随位移的变化情况。借助本题对静电场中的图像问题进一步做完整的总结，综合几种典型静电场的电场强度、电势、电势能在空间随着位置变化的情况，形成力、电、能综合的知识架构。

3  结束语

深度学习不是简单地对知识进行机械的训练，教学中教师不能无限制地增加知识的难度和解题的数量，而应该通过挖掘知识内蕴含的丰富价值，在知识内在结构的基础上，完整地处理知识，触及知识的核心和物理学科的本质，走进学生思维和情感深处，引导学生从表层学习进入知识内在的逻辑和有意义的学习，促进学生深刻理解知识的内涵[ 2 ]。深度学习的过程中教师要帮助学生建构知识体系，引导学生自主学习，教会学生迁移应用知识，解决实际问題，提升学生的思维品质，从而发展学生的物理核心素养。

参考文献：

[1] 郭元祥.论深度教学：源起、基础与理念[J].教育研究与实验，2017（3）：1—11.

[2] 徐波.深度学习与深度教学研究概述[J].中学地理教学参考，2017（5）：10—12.