“电场强度”概念建构的活动探究式教学

陈强燕

(江苏省石庄高级中学,江苏 如皋 226531)

“电场强度”概念建构的活动探究式教学

陈强燕

(江苏省石庄高级中学,江苏 如皋 226531)

本文以电场强度概念建构的活动教学设计为例，谈谈如何通过“活动探究式”教学，实现抽象概念的意义建构，促进高中物理概念教学的创新.

物理概念；电场强度；活动探究；教学设计

1 教学设计思路

高中物理中有这样一类抽象物理概念,如电场强度、电势、磁感应强度等,学生无感性认识基础,它们构成了高中物理教学中的一个个难点.但这类概念的教学在高中物理教学中的作用却不可忽视,一方面可使学生掌握基础知识,另一方面能够培养学生的抽象思维能力.在抽象概念教学过程中,需要教师创设与物理概念产生、建立和发展相似或相同的情境,引导学生经历抽象物理概念的建构过程,体会科学家的逻辑思维过程,并使之成为学生提升科学思维能力的源泉.因此我们在抽象概念的教学过程中有必要探寻一种有效的教学策略.笔者以“电场强度”的概念建构为例,来谈谈“活动探究式”的教学模式,即:创设类比问题情境—学生自主探究—学生交流展示—教师引导点拨—概念自然建构—应用拓展,以降低学生对抽象概念理解的难度,培养学生的抽象思维和发散思维的能力.

2 学情分析

学生已经学习了库仑定律,掌握了电荷之间的相互作用力.虽然学生还不了解电荷间的相互作用是如何产生的,但学生已经具备了探究该相互作用产生原因的认知水平.通过电场、电场强度概念的建构过程,体验科学家的逻辑思维过程,汲取他们的智慧,使之成为提升学生科学思维能力的源泉.

3 教学过程

活动一:实例分析、阅读分析、归纳总结,建构电场的概念.

师：用脚踢球,脚与球发生了相互作用,这种相互作用是如何产生的?

生：直接接触.

师：两个电荷并不直接接触,阅读并分析教材P10第三、四自然段,思考：电荷间相互作用力是如何产生的?

学生自主研习,小组合作探究,交流展示(如图1).

图1 电荷间的相互作用

由此可见,电荷间的相互作用是通过某种看不见、摸不着的特殊物质产生的,法拉第将其命名为电场.

定义电场概念:电荷在其周围空间激发的一种特殊物质叫做电场;静止电荷产生的电场叫做静电场;电场对放入其中的电荷有力的作用.

设计说明:通过学生熟悉的接触相互作用出发,引导学生阅读教材，自主探究电荷间的非接触相互作用是如何产生的,学生自然能够体会不直接接触的两个电荷间的相互作用是通过某种看不见摸不着的特殊物质产生的,了解电场和实物是物质的两种不同形式.在探究过程中体验法拉第的逻辑思维过程,汲取他的智慧,达到自身科学思维能力的不断提升.

活动二:师生合作探究电场的力性质,类比建构电场强度的概念.

(1) 如图2所示,在O位置放置点电荷Q,在其产生电场中的A位置和B位置分别放入不同电量的试探电荷q,已知当q=q1时,在A位置和B位置受到电场力分别为F1、F2.计算试探电荷所受静电力的大小,填入表1中.

图2 电场力的性质

学生自主研习，小组合作探究，交流展示(如表1).

表1 试探电荷所受静电力的大小

(2) 把同一试探电荷q放置在场源电荷Q产生的电场中的不同点,试探电荷q,所受静电力F的大小一般是不同的,这说明了什么?

生：说明了电场中不同点的电场强弱不同.

(3) 我们能否直接用电场力F的大小来表示电场的强弱?

生：不能,因为带电量不同的试探电荷q放在电场中的同一点所受电场力F的大小是不同的;同时还存在这样的情况：如果在距场源电荷Q较近的A点放一个带电量较小的试探电荷q,在距场源电荷Q较远的B点放一个带电量较大的试探电荷q,会得出距离场源电荷Q较远的B点电场更强的错误结论.

师：既然如此,我们就需要建构一个新的物理量来描述电场的强弱.

(4) 2016年里约奥运会100米赛跑决赛,飞人博尔特的成绩为9.80s;400米赛跑决赛,范尼凯克的成绩为43.03s,他们俩谁跑得更快?

生：飞人博尔特.

(5) 我们是否可以通过试探电荷所受电场力F与试探电荷所带电荷量q的比值来比较电场中不同点的电场强弱?为什么?

生：可以,因为“比值”表示单位电荷所受到的电场力,比较“比值”就相当于比较同一试探电荷在场中不同位置的所受电场力的大小,因此该“比值”能够反映电场中某点的电场强弱.

(6) 由表1可知,电场中同一位置的“比值”相同,是一个常量;电场中不同位置“比值”一般不同.“比值”的这一特点说明了什么?

生：“比值”是一个与试探电荷无关的物理量,它由场源电荷与场中位置决定,反映电场本身属性.“比值”的大小反映场中该点电场的强弱,表征电场“力”的性质.

定义电场强度概念:物理学家将F/q定义为电场强度E,定义式是E=F/q,用来描述电场的强弱和方向.我们规定电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同.那么,负电荷在电场某点所受的电场力的方向与该点的电场强度的方向相反.

设计说明:本节教材对电场强度概念的建构过程存在思维上的漏洞,教材没有能够明确指出为什么可以用试探电荷所受电场力与试探电荷所带电荷量的“比值”来定义电场强度.难道就是因为场中同一位置的“比值”是一常量吗?显然不是,采用比值定义法定义电场强度的根本原因是：比较电场的强弱必须采取相同的标准,而“比值”满足这一要求,也只有这样比较才有意义.因此通过学生自主探究所带电荷量不同的试探电荷在场中同一位置、所带电荷量相同的试探电荷在场中不同位置所受静电力的情况,引导学生得出静电力不能用来描述电场的强弱.通过创设类比情境,使学生自然得出：可以通过试探电荷所受电场力与试探电荷所带电荷量的“比值”来描述电场的强弱.通过对教材的二度开发,弥补教材对电场强度概念建构的逻辑思维上的漏洞.

活动三:运用电场强度的概念推导“真空中点电荷电场”场强的计算公式，辩明场强的方向特征，建构场的叠加原理.

(1) 如图3所示,真空中有一点电荷+Q,它所激发的电场中的P点到场源的距离为r,则P点的电场强度是多大?方向如何?如图4所示，若场源电荷带负电,则该点的电场强度的方向如何?

图3 正点电荷的电场

图4 负点电荷的电场

“真空中点电荷电场”的电场强度的方向:正点电荷电场中各点的场强方向背离场源电荷;负点电荷电场中各点的场强方向指向场源电荷.

(2) 如图5所示，真空中有两个点电荷Q1=+3.0×10-8C和Q2=-3.0×10-8C,它们相距0.1m,A点与两个点电荷的距离r相等,均为0.1m.求:

①Q1在A点的场强E1,Q2在A点的场强E2;

② 电场中A点合场强E.

图5 场的叠加

图6 场的叠加原理

电场的叠加原理:如果场源电荷不止一个,场中某点的电场强度为各个场源电荷单独作用时在该点产生的场强的矢量之和.

设计说明:充分利用教材资源,教材中的两个应用实例,点电荷的电场强度和电场的叠加设计得很好,难度不大,可放手让学生自主合作探究,感受电场强度概念的应用,对于相对浅显的知识放手由学生自主合作探究,在提升学生的自主探究能力的同时节省了宝贵的教学时间.

4 结束语

抽象物理概念具有学生无感性认识基础和难以做演示实验等特点.因此在教学过程中,要通过创设问题情境,让学生亲历抽象概念的建构过程,使学生在真正理解并掌握抽象概念的同时感受物理学之美,开启思维之门.

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[3] 邱红.初中物理探究式教学中有效理答的几点措施[J].物理教学探讨,2015，(12).

[4] 陈光才.基于“微探究”的《电场线》课堂教学案例分析[J].物理之友,2016,(3).