基于物理核心素养的“电场”教学设计

李琦

【摘 要】根据教育部最新发布的《普通物理课程标准（2017年版）》可以发现课程目标的表述从原来的三维目标（知识与技能，过程与方法，情感态度与价值观）提升为了物理核心素养。其中物理核心素养具体包括四个方面：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任[1]。为了将物理核心素养的培养落实到教学活动中，本文以“电场”为例进行教学设计。

【关键词】物理核心素养；电场；教学设计

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437（2019）10-0186-02

1 教学目标

1.1 物理观念

①通过知道电场是一种客观存在的特殊物质，促进学生物质观念的发展。

②通过知道电荷间的相互作用是通过电场进行的，促进学生相互作用观的发展。

③通过知道法拉第提出电场的物理学史，促进学生时空观和能量观的发展。

1.2 科学思维

①通过创设不同试探电荷位于电场中不同位置的情境，让学生经历“比较—概括—抽象”的过程，培养学生建构模型、控制变量和比值定义的科学思维。

②研究过程中，将试探电荷理想化，培养学生理想化和构建模型的科学思维。

③研究电场性质时，从磁场的性质出发类比出电场的性质，培养学生利用“类比法”研究事物的科学思维。

④通过法拉第质疑超距作用，提出“邻接作用”的事例，培养学生的批判性思维，能基于证据大胆质疑，追求创新。

1.3 科学探究

①通过探究电场线描绘实验中的失败原因，引导学生提出合理的猜想和假设，培养科学探究的意识。

②电场线描绘实验中，让学生分组探究不同电荷属性，不同带电量以及不同电荷数的电场线分布。培养学生设计实施探究方案和与他人交流合作的能力。

1.4 科学态度与责任

①通过电场线的实验探究，激发学生的求知欲和学习物理的热情。为学生间交流提供机会，让学生体验和享受合作的成果。

②通过观察电场线的形态，领会物理的对称美。

2 重点难点

重点：电场的物质性，电场强度的引入、定义及物理意义，电场线的描绘。

难点：创设不同的情境，经历“比较—概括—抽象”的过程来构建物理模型。设计实施探究方案，学会与他人交流合作。

3 教学用具

实物投影仪、多媒体课件、装着草籽的矿物油盒、

电极。

4 教学过程

4.1 电场的基本性质

①讲述物理学史，发展物理观念，培养科学思维

18世紀初，关于物体间相互作用的观点（超距作用，近距作用）争论十分激烈。超距作用认为相隔一定距离的两个物体之间存在着直接、瞬时的相互作用，不需要任何媒质传递，也不需要任何传递时间。而近距作用认为物体之间的所有作用力都是近距作用，两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递。在双方争执不下的时候，在实验的基础上，法拉第提出“邻接作用”的概念，对超距作用进行了批判。他用“力线”描述磁极之间和带电体之间的相互作用，指出力线在空间是曲线而不是直线。各种各样的力线（如“电场线”）布满空间，各自形成力场。并且世界的能量并不局限于发出力的物质粒子中，而且存在于这些物质粒子的四周空间中。后来麦克斯韦，爱因斯坦等人在法拉第的基础上进一步研究，提出了场论。现在认为电场不同于我们常见的实物物质，它不是由分子原子所组成，它是一种客观存在的特殊物质形态。

通过讲述物理学史，发展了学生的物质观，让学生了解自然界不单单存在如空气、水等以普通形态存在的实物物质，还有一种以特殊物质存在的非实体物质（场物质）。发展了学生的相互作用观，知道了电荷之间的作用都是通过电场进行的，是一种近距作用。发展了学生的能量观，了解到世界的能量不仅存在于物质粒子中，同样存在于四周的空间。学习法拉第提出“场”概念的过程，培养了学生的批判性思维和基于证据大胆质疑，追求创新的科学思维。

②类比磁场，研究电场性质，学会运用科学思维

方法。

运用“类比法”，将磁场的概念迁移到电场。初中的时候学生学过，磁体的周围存在着磁场。磁场对放入其中的磁体有磁力作用，磁体间的相互作用是通过磁场进行的。磁体A产生磁场，磁场对磁体B产生磁力作用。同时磁体B也产生磁场，磁场对磁体A产生磁力作用。

因为电场的性质和磁场十分相似，引导学生运用“类比法”来进行概念迁移。电荷的周围存着电场。电场对放入其中的电荷有电场力作用，电场间的相互作用是通过电场进行的。电荷A产生电场，电场对电荷B产生电场力作用。同时电荷B也产生电场，电场对电荷A产生电场力作用[2]。

通过运用“类比法”得到电场的性质，可以培养学生运用科学思维方法来进行研究和学习的意识，帮助学生构建完整的物理体系。

4.2 电场强度

①构建物理模型，发展科学思维

创设不同试探电荷在电场中不同位置的情境，引导学生经历“比较—概括—抽象”的过程来发展科学

思维。

分析情境，发现情境中存在着两个变量，试探电荷的带电量和试探电荷在电场中的位置。此时要引导学生运用“控制变量法”来研究问题。控制位于电场的位置相同，比较不同试探电荷的受力情况。然后控制试探电荷相同，比较位于不同电场位置的受力情况。其中试探电荷要满足两个条件，一是体积要小，小到与它和场电荷的距离相比可以忽略。二是所带电荷要少，少到其产生的电场不影响原来的电场分布。这在现实环境中不可能实现，所以要对试探电荷进行理想化处理，以此来培养学生的科学思维。最后让学生分析结果，概括出静电力和电荷量成正比的特点，进而抽象出静电力和其电荷之比与试探电荷无关的特征。明确这种特征可用来描述电场的属性，由此加强学生对电场概念的理解。

②运用比值定义法，发现物理本质

根据上面的模型，已经抽象出了静电力和其电荷之比这一个特征，并且可以用之描述电场的属性。引导学生运用“比值定义法”对这一特征进行定义，可以深化电场强度概念。首先让学生了解比值定义法的特点，即被定义的物理量与定义用量无关，其反映物理对象的某种属性。接着为了更好地让学生理解比值定义法的特点，可以举例进行说明，如密度的定义是单位体积内的质量，密度可以通过质量与体积之比来进行定义，但是密度是物体的本质属性，决定物质密度的因素是构成物体的材料属性，环境温度等。然后类比得到用静电力和其电荷之比来定义电场强度，其与电场强度无关。决定电场强度是场电荷和试探电荷在电场中的位置。通过上述活动，可以让学生更好地理解物理本质。

4.3 电场线

①实验中发现问题，提出合理猜想和假设，培养科学探究意识

教师将草籽放入矿物油盒中，使其均匀分布。然后加上正电极，可以观察到草籽在电场力的作用下，沿电场线的方向分布。然后老师再换上负电极，发现图像变得模糊不清。针对这种状况，引导学生提出自己的猜想和假设。比如有學生认为是没有清除原来的图像造成的。有学生认为是草籽中还残留着上个实验的电荷造成的。教师有意识地创建问题，引导学生进行分析假设，可以培养学生的科学探究意识，激发学生研究物理的好奇心和求

知欲。

②自主设计探究实验，分组探究，合作交流

在上述实验的基础上，进一步探究不同电荷属性，不同带电量以及不同电荷数的电场线分布。首先教师引导学生进行分组探究，每个小组针对某一情况展开探究，最后进行组间的交流合作。期间要关注学生的表达能力，内容上包括问题的提出，探究方案的设计，数据收集和整理，结论的得出及解释，存在问题的反思。形式上包括文字、表格、图像、公式、插画等。培养学生准确和富有逻辑的发言能力。通过交流合作的形式，让学生感受到合作在实验探究中的作用，增强学生的合作意识。并要求学生尊重实验结果和事实，拒绝编造和修改实验结果，培养学生实事求是的科学态度。最后从得到的电场线图像中，感受到物理的对称美。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]梁新灿.“电场 电场强度”教学设计——体现新课程理念、落实三维目标教案探微[J].物理教学探讨，2006（08）.