观物探理 提升素养

朱亚军

[摘 要]张樟老师开设了《静电现象的应用》展示课，这节课的教学特色是充分挖掘生活中的教学资源，关注教学内容与科学、技术、社会、环境的联系，充分调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的内驱力。这节课的教学设计凸显了“知识问题化，问题情境化”，教学过程中，教师注意引导学生在情境中思考问题，在思考问题中掌握知识，进而有效培养了学生的学科核心素养。

[关键词]观物探理；提升素养；展示课

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）20-0038-03

前不久，笔者应邀赴杭州市参加教学研讨活动，观摩、欣赏了浙江省杭州市第二中学为与会代表开设的4节展示课，收益颇丰。其中张樟老师的展示课《静电现象的应用》给笔者留下了非常深刻的印象，这节课的教学设计精妙，凸显了“知识问题化，问题情境化”。这节课的教学情境真实、有趣，精彩纷呈，课堂氛围热烈、融洽、和谐，教学层次错落有致，且能突出重点，化解难点。在具体教学过程中，张老师不断提出问题、分析解决问题，注重学生对物理过程的体验，彰显了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。教学中，每一个问题的解决都有完整的探究过程，并重视引导学生把所学知识运用到实际生活中。整节课体现了“以实验为基础，思维为中心，过程为主线，能力为核心，应用为目的”的特点，在潜移默化中提升了学生的学习能力，培育了学生的物理核心素养。接下来与同行们分享张樟老师展示课的精彩片段。

一、课题引入，匠心独运，引人入胜

上课伊始，张老师播放一段“中国达人秀”的小视频：“ 95后科学狂人”——“闪电侠”卢驭龙500万伏高压下玩转“人工闪电”的震撼表演，学生们叹为观止。通过这个小视频充分唤起了学生的好奇心，激发了学生的求知欲，接着张老师提问：“表演过程中卢驭龙有危险吗？为什么？”从而引入课题：静电现象的应用。虽然小视频中有“危险动作，请勿模仿”的警示字样，但张老师话锋一转：每一个青少年都应该充满好奇心，要勤于观察，善于思考，大胆实践，积极探索大自然的奥秘，当然也要敬畏大自然的客观规律，时刻注意安全。于是，张老师展示一个大铁笼，用感应起电机的一个电极慢慢靠近铁笼，结果观察到火花放电现象，轻松说明“人工闪电”也不足为奇，帮助学生打破“闪电侠”卢驭龙玩转“人工闪电”的神秘感。进而邀请一位学生站到铁笼中继续做实验，如图1所示，关闭铁笼后，张老师将感应起电机的一个电极靠近铁笼，发生火花放电，这时站在铁笼中的学生心有余悸地蜷缩在铁笼的中央，非常紧张，一动不动，张老师劝导这位学生不要紧张，鼓励他试着用手触碰金属网，发现并没有触电的感觉，说明铁笼内的人和物都是安全的。

张老师接着做了一个更大胆、刺激的实验：取一根约50 cm长的金属丝穿过铁笼，一半留在铁笼外，一半伸进铁笼内，并用导线、鳄鱼夹把铁笼内的金属丝和铁笼连接起来，学生手握铁笼内部的金属丝，如图2所示，张老师把感应起电机的一个电极慢慢移近铁笼外部金属丝的端点，发生火花放电时，铁笼内的学生没有丝毫的异样，镇定自如，安然无恙！再次充分表明铁笼内的人非常安全，张老师趁热打铁提出3个问题：

（1）将导体放于静电场中，导体中自由电子的状态会发生什么变化？

（2）什么是静电平衡？它有哪些特点？

（3）试解释刚才的两个实验，人为什么是安全的。

二、理论分析和实验验证并举，突出重点，化解难点

本节课的重点是让学生掌握静电平衡的概念，理解导体处于静电平衡状态的特征及其应用。本节课的难点是静电平衡知识的应用，认识导体的电荷分布特点、尖端放电现象、静电屏蔽现象。

为了帮助学生理解、掌握本节重点，张老师首先在匀强电场中引入一块金属板，如图3所示，启发学生条分缕析如下一系列问题。

（1）金属导体的微观结构如何？

（2）电场的基本性质是什么？

（3）在电场力的作用下，金属导体中的自由电子如何移动？

（4）自由电子会在何处结聚？

（5）电子的结聚会出现怎样的结果？

（6）最终会出现什么现象？

经过上述抽丝剥茧的师生研讨活动，在张老师的启发引导下，学生们得到静电平衡状态下导体电场的两个特点：

（1）处于静电平衡的导体，内部场强处处为零。

（2）处于静电平衡状态的整个导体是个等势体。

如何验证上述两个特点？张老师设计了如下实验：取一对平行金属板，分别与感应起电机的两个电极相连，启动感应起电机，在平行金属板之间形成匀强电场，将一个贴有静电羽的金属球放入电场中，马上观察到金属球上的静电羽张开，如图4所示。接着张老师拿一个内、外粘有静电羽的金属网罩罩在金属球上，看到金属球上的静电羽立即垂了下来，同时看到金属罩外表面静电羽的张开，而内壁的静电羽没有任何的动静，如图5所示。

上述实验用雄辩的事实说明处于静电平衡的导体，内部场强处处为零，金属网罩可以屏蔽外部电场，能够非常圆满地解释了引入课题时的大铁笼实验中学生处于安全状态的原因。

三、彰显“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念

根據学以致用的原则，张老师列举了多个静电屏蔽实例，限于篇幅，不一一列举，但学生们对如下两个实例特别感兴趣。

[实例1]取一部手机，插上耳机，打开一首歌曲，可听到耳机中传出悦耳的声音，接着把手机放入柔软的金属网中，耳机留在金属网的外面，仍然可以听到耳机中传出的音乐，只不过声音明显变小了，但是，将耳机连同音频传输线全部放入金属网中，并密封金属网口，就听不到丝毫的声音了，如图6所示。

[实例2]取甲、乙两部手机，在甲手机上输入乙手机的号码，拨打乙手机，一会儿，乙手机的铃声就响了，这是很正常的现象。接着张老师用一张烧烤用的锡箔纸将乙手机包裹起来，如图7所示，再在甲手机上输入乙手机号码，拨打乙手机，发现乙手机没有任何声响，甲手机中反馈的声音是“对方手机不在服务区，无法接通”，充分说明锡箔纸对无线电信号的屏蔽效果非常好。

四、学生分组实验，分工合作，探究导体的电荷分布

为了帮助学生认识、理解导体的电荷分布特点，张老师设计了如下学生分组实验：同桌的两个学生组成一个小组，配有感應起电机、硬纸板、某品牌的抽纸、胶水、剪刀等器材。要求学生们先用硬纸板做一个半径6cm左右的圆筒，用剪刀从抽纸上剪出12条长方形的小纸条，分别贴在圆筒的内壁和外壁，利用导线和鳄鱼夹把圆筒和感应起电机的一个电极相连，转动感应起电机的手柄，大部分学生发现圆筒外壁的小纸条张开，而贴在圆筒内壁的纸条状态保持不变，如图8所示。但也有少数学生的实验现象不明显，通过观察比较，思考后发现这些学生实验失败的主要原因是：（1）小纸条剪得太宽，且胶水粘得过多；（2）感应起电机的两个电极之间的距离比较近，比较容易放电。最终师生共同得到导体上电荷分布的第一个特点：静电平衡时，导体内部没有净电荷，其静电荷只分布在外表面。

特别值得一提的是个别学生异想天开，直接将圆筒套在感应起电机的一个电极上，转动感应起电机的手柄，也很好地观察到了实验现象，取得了良好的实验效果，如图9所示。显然，学生的创新潜能是巨大的，所以，大家一定要创造条件多让学生做实验。

五、模拟避雷针，真切感受尖端放电

为了让学生理解导体上电荷分布的第二个特点：静电平衡时，在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的地方几乎没有电荷，张老师设计了如下两个实验。

实验1：将感应电机两个放电极之间的距离调得比较大，转动感应起电机的手柄，观察不到放电现象，手持剪刀的绝缘部分，张开剪刀的尖端，让剪刀的两个尖端分别靠近感应起电机的两个电极，立即看到在电极和剪刀的两个尖端之间发生火花放电现象，如图10所示。

实验2：借助如图11所示的仪器，帮助学生理解避雷针的工作原理，观察连接高电压时，尖端和球形电极哪个更容易放电？改变尖端的高度，重复实验，观察加上高电压时的放电现象，说明避雷针应安装在建筑物高端的科学道理。张老师接着在避雷针原理演示模型上板的底侧粘一小团浸过酒精的棉花，连接上高电压，看到尖端放电时，点燃了棉花，顺便说明了家用煤气灶点火的工作原理，一举两得。

六、金无足赤，白玉微瑕，对本节展示课的三点建议

（1）纵观本节课，教学过程精彩纷呈、引人入胜，师生互动频繁，教学任务基本完成。但是，本节课教学预设明显多于课堂生成，学生的主体作用还未能充分体现，如能再大胆放手一些，让学生自主思考的时间和活动再多一点，教学内容从“知识传递”转为“知识建构”，教学目标的达成度可能会更高。

（2）张老师省略了一个非常经典的实验——法拉第圆筒实验，这个实验能充分说明静电平衡的特点：导体内部没有净电荷，其静电荷只分布在外表面。在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的地方几乎没有电荷。觉得有点可惜，不过，也许是由于当天的天公不作美，张老师放弃了该实验。

（3）物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。高中物理学科的核心素养包含四大要素：物理观念和应用、科学思维和创新、科学探究和交流、科学态度和责任。就本节课而言，笔者以为对科学态度和责任的重视还不够，如能在教学的各个环节适时渗透科学态度和责任的教育和培养，引导学生正确认识科学的本质；更强烈地激发学生学习和研究物理的好奇心与求知欲，培养学生尊重他人、主动与他人合作的品质，更能基于证据和逻辑发表自己的见解，让学生逐步形成实事求是、不迷信权威的科学态度；在进行物理研究和物理成果应用时，能遵循普遍接受的道德规范；理解科学、技术、社会、环境的关系，热爱自然，珍惜生命，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。一定能让本节课锦上添花。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 顾明远.核心素养：课程改革的原动力[J].人民教育，2015（13）：17-18.

[2] 钟启泉.基于核心素养的课程发展： 挑战与课题[J].全球教育展望，2016（1）：3-25.

（责任编辑 易志毅）