“5E”教学模式下的高中物理教学——以“静电现象的应用”为例

忻永立

“5E”教学模式是美国生物学课程研究所基于建构主义理论和概念转变理论,于1989年提出的教学模式,包括引入、探究、解释、迁移和评价五个环节．该模式提倡以学生为中心,契合新课程改革教学理念．当前,“5E”教学模式在义务教育阶段以及高中生物、化学学科教学中的实践和应用较多,而在高中物理教学中的应用较少．下面以“静电现象的应用”教学设计为例,研究“5E”教学模式下的高中物理教学实施策略．

1 引入环节

活动1:让一个学生用编号2手机拨打编号1手机,能拨通;接下来将编号1手机放到一个泡沫盒子里面,用编号2手机继续拨打,仍能拨通;之后将编号1手机放到一个铁罐中,再用编号2手机拨打,结果手机无法拨通．

问题1:第三次手机无法拨通,是什么原因呢? 请大家讨论．

探究活动从生活中最常见的手机出发,贴近学生生活,让学生与原有的知识经验建立有效联系,从而明确探究任务和目的,激发学生主动探究知识的兴趣与意愿．

2 探究环节

活动2:实验演示——用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近验电器．

问题2:看到什么现象?(验电器张开一定角度)

问题3:电荷从哪里来?(带负电的橡胶棒在空间产生电场,金属导体中的自由电子受电场力作用定向移动,使导体的近端感应出正电,远端感应出负电)

问题4:验电器的张角会一直增大吗?(不会,很快达到某一角度而停止)

我们今天就来深入探究一下验电器为什么很快达到这个状态,它有什么特征?为了研究方便,我们用匀强电场来替代橡胶棒的电场．

问题5:把一个不带电的金属导体放到场强为E的匀强电场中,会出现什么现象?

引导学生回答:导体中的自由电子在电场力的作用下会发生定向移动,使导体一端带负电,另一端带等量的正电荷．

问题6:导体两端的正负电荷是否会产生电场?电场的方向又是怎样的?导体内部的电场会发生什么变化?导体内部的自由电子还会继续移动吗?最终会出现什么现象?

教师根据学生在引入环节产生的认知冲突,通过问题串引导学生对达到静电平衡状态这一过程进行科学思考,展开分析和讨论,最后再播放Flash动画(静电平衡状态的动态过程)．

3 解释环节

由上面的分析可以知道,处于电场中的导体内部的电荷在电场力的作用下做定向移动,这种定向移动最后停止,我们把这种状态叫作静电平衡状态．

问题7:处于静电平衡状态下的导体有什么特征?(导体内部场强处处为零)

问题8:如果有一个不影响导体电场的试探电荷在导体内部移动,电场力会对它做功吗?(不会)

问题10:感应电荷在导体上是怎么分布的?(分布在表面)

问题11:在导体的外表面,电荷又是如何分布的呢?

活动3:出示带尖端的导体,同样让它带上电,再用不带电的金属小球先后与导体的圆柱部分及尖端部分接触,然后分别用验电器验证是否带电,发现尖端带的电较多．

解释1:避雷针的应用．假设有带正电的云飘到避雷针上方,由于静电感应,在尖端会感应出密集的负电荷并产生强电场使空气电离,空气中带负电的离子会受电场力作用定向移到云层上,与云层上的正电中和．这样云层与建筑物之间就不会形成闪电,避免危险和危害.

解释2:处于静电平衡下的导体,电荷只分布在导体的外表面,且由于内表面不带电,故导体壳内无电场,E=0,即静电平衡下的空腔导体的内部场强处处为零.

问题12:现在如果我们将导体的内部掏空,会不会影响感应电荷的分布及场强的大小?(不会)

解释:这样导体就可以保护内部不受外界电场的影响,起到屏蔽的作用,我们称这种现象为静电屏蔽．就像我们的铁罐可以屏蔽手机的电磁波信号．

此环节有利于帮助学生更加深入地理解新概念,提升学生的归纳、演绎和推理能力．

4 迁移环节

问题13:静电屏蔽在我们的实际生活中有哪些应用?

电视的闭路线有金属网,而金属网可以屏蔽外电场的干扰,使我们获得清晰的电视信号;电脑的主机箱内也有一些金属框架，同样用来屏蔽干扰;超高压带电作业的工人穿戴的工作服,是用包含金属丝的纺织物制成的，也是静电屏蔽知识的应用．

此环节引导学生应用掌握的物理知识和技能来解决物理问题和解释物理现象,加深学生对概念的准确理解,拓展概念的内涵与外延,培养学生运用所学知识解决问题的能力．

5 评价环节

以学习小组为单位,让学生回顾、讨论本节课所学的内容,制作并展示知识思维导图．需要注意的是，评价应贯穿于各个环节之中,教师要根据学生课堂表现情况,在保证科学性的前提下,进行多元化的评价．对学生的评价除了要从学生的学习结果入手外,还要从学生的语言表达、合作动手能力等方面入手．

在教学过程中,“5E”教学模式中的引入、探究、解释、迁移、评价五个环节可以是教学片段,也可以作为一个课时.在教学过程中可以是同一个环节，也可以反复出现多次,只要达到教学效果,完成课程目标,各个环节可以灵活分配、合理应用,不必墨守成规．