善用对比 优化教学

毕皓天 万嘉誉 蔡武德

摘  要：选取2019年版人教版和鲁科版普通高中物理教科书，从教科书的编写顺序、栏目设置与内容选取、例题与习题设置等多个角度对物理必修第三册“库仑定律”一节进行对比分析。在对比的基础上，博采众长，根据课程标准要求设计了“库仑定律”一节的教学案例，以期为参考多版本教科书的高中物理教学设计提供有益启示。

关键词：教科书;对比;教学设计;库仑定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）12-0021-4

1    引  言

教科书为教师提供了教学设计的蓝本，但教师在备课时若只局限于使用某一版本的教科书，难以做到对课程标准的准确把握[1]。相反，可能产生教学顺序颠倒、教学内容跨度过大、忽视物理学史的作用等问题，使实际教学效果与预期背道而驰[2]。因此，有必要对不同版本的教科书进行对比分析，以便博采众长，使教学设计更加科学、合理。教科书对比可以从章节体系、插图使用、课后习题、栏目设置等角度进行[3]，本文从教科书的编写顺序、栏目设置与内容选取、例题与习题设置等角度展开对比分析。

2    “库仑定律”一节对比分析

库仑定律是电磁学理论的基本定律，定量阐明了电荷间的相互作用力。在物理学史上，库仑定律标志着电学研究从定性阶段转入定量阶段，在高中物理电磁学知识中亦具有举足轻重的地位[4]。“库仑定律”分别位于人民教育出版社出版的普通高中教科书物理必修第三册的第九章第二节（以下简称人教版）[5]和山东科学技术出版社出版的普通高中教科书物理必修第三册的第一章第二节（以下简称鲁科版）[6]，本文选取这两版教科书进行对比分析。

2.1    编写顺序比较

两版教科书“库仑定律”的编写顺序如图1所示。由图1可知，二者在这一节的编写顺序大体一致，但对静电力、点电荷、库仑扭秤实验的介绍顺序存在差异。鲁科版先介绍静电力、点电荷，之后再引入探究实验、库仑定律的内容，人教版则与之相反。此外，人教版先介绍库仑扭秤实验，再引入库仑定律的表达式，此处安排则与鲁科版相反。

2.2    栏目设置与内容选取比较

两版教科书的栏目设置如表1所示。鲁科版在导入部分利用学生熟悉的气球和易拉罐设计小实验，创设电荷间相互作用的情境，让学生初步体会带电体间的相互作用力，为引出静电力、点电荷的概念作铺垫，而人教版在此位置则直接用探究实验进行导入。

在“探究影响电荷间相互作用力的因素（电荷间作用力的大小与距离、电荷量的关系）”这一实验的设计上，人教版采用一个置于桌面上的球形导体和一个悬挂在铁架台上的金属小球进行实验[5]，而鲁科版采用的是两个悬挂在铁架台上的金属小球进行实验[6]。实验中，二者的探究方法基本一致，都改变了金属小球的悬点及带电量。

2.3    例题与习题设置比较

人教版在本节设置了两道例题，通过例题1来明确微观带电粒子间的静电力远大于万有引力;通过例题2来明确当存在多个点电荷时，每两个点电荷间的静电力依然满足库仑定律。两道例题都对应用库仑定律数学表达式计算点电荷间的静电力进行了考查。鲁科版在本节只设置了一道关于多个点电荷相互作用的例题。

两版教科书的习题设置如表2所示，二者在设计意图上较为相似，但对知识点考查的侧重有所不同。此外，人教版的例题2、习题4和鲁科版的例题、习题5，都为下一节内容“电场强度的叠加”进行了铺垫。

3    教学案例

3.1    教学流程

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对“库仑定律”的要求为：知道点电荷模型;知道两个点电荷间相互作用的规律;体会探究库仑定律过程中的科学思想和方法[7]。结合课标要求及两版教科书，设计了如图2所示的教学流程。

3.2    教学设计

综合前述比较，鲁科版在导入部分安排小实验，能有效帮助学生建立新、旧知识间的联系，减小教学内容的跨度，在教學设计中可以采用鲁科版的导入方式。静电力、点电荷作为学习库仑定律所需的基础概念，应安排在定律内容教学之前，故采用鲁科版在此处的编写顺序设计教学。库仑定律的建立离不开库仑等科学家的卓越贡献，离不开库仑扭秤实验的精妙设计，所以应将库仑定律的物理学史和库仑扭秤实验安排在定律内容教学之前，人教版的这一编写顺序更合理。

在人教版设计的探究实验中，球形导体的带电量更大，实验现象更加明显，在教学设计中可以选择人教版的探究实验。两版教科书都通过改变金属小球的悬点来改变带电体间的距离，但这一操作易使悬挂着的金属小球在移动过程中剧烈晃动，给实验现象的观察带来不便，在教学设计中应予以改进。

3.2.1    新课导入环节

教师活动：邀请学生上台体验与头发摩擦后的气球能使金属筒滚动的小实验，如图3所示。

提问：二者没有接触，金属筒为何滚动起来？

学生活动：展开猜想。结合动力学知识分析可知，金属筒滚动起来说明其受力平衡被打破。

教师活动：是什么力使金属筒滚动起来？

设计意图：利用学生熟悉的物件设计小实验，启发学生思考，激发他们的学习兴趣。分两次将气球与头发摩擦，一次摩擦2～3下，一次摩擦10下。学生观察到实验现象的差异，为后续提出猜想埋下伏笔。

3.2.2    新课讲授环节

教师活动：结合摩擦起电和静电感应知识，带领学生分析实验原理，引出静电力概念。

提问：如何描述气球所受静电力的作用点？

学生活动：展开讨论。分析影响作用点的因素，如带电体的形状、大小、电荷量、电荷分布等。

教师活动：总结学生讨论的结果，引导学生运用建构理想模型的方法简化问题。类比质点概念，引出点电荷概念。

提问：哪些因素会影响带电体间的静电力大小？

启发学生结合新课导入部分的实验现象初步猜想。

学生活动：提出猜想。带电体间距离、带电体电荷量等因素可能影响静电力的大小。

设计意图：在科学研究中进行猜想是必不可少的，但猜想不等同于瞎想，初步猜想虽然不够严谨，但深入挖掘小实验现象背后的原理，能激发学生的发散思维。

教师活动：借鉴库仑定律建立的过程，类比行星绕太阳做圆周运动和核外电子绕原子核做圆周运动两种情形，引导学生展开猜想，给猜想赋予科学依据。

学生活动：猜想电荷间作用力的大小可能与万有引力的大小具有相似的数学表达形式，即

教师活动：带领学生完成探究实验。引导学生观察、思考，分组讨论“影响电荷间相互作用力的因素”实验，使学生定性感知带电体距离、带电体电荷量对静电力大小的影响。

实验注意事项：实验过程中，将金属小球的悬点固定，改变球形导体的位置与带电量，避免金属小球剧烈晃动，实验效果如图4所示。

教师活动：介绍库仑定律建立的历史背景和库仑扭秤实验装置的精妙设计（图5），引导学生的思维和科学家的思维产生共鸣。

学生活动：体会类比法、控制变量法、放大法、转换法、电荷量均分法的成功。感受物理学家的智慧和勇气，以及对科学真理的不懈追求。

设计意图：物理学史蕴含了丰富的智慧，深度挖掘物理学史不仅能为物理知识的学习提供参考，也能为科学研究提供启示，是宝贵的财富。

教师活动：介绍库仑定律的内涵及其适用条件，引导学生进一步理解库仑定律。

4    结  语

加涅认为：“教学是以促进学习的方式影响学习者的一系列事件，而教学设计是一个系统化规划教学系统的过程”。要想在课堂上高效达成教学目标，教师就必须不断优化、完善教学设计。

通过对比人教版与鲁科版教科书可以发现，不同版本的教科书在内容编排上各有特色。教师在进行教学设计时，有必要参考多个版本的教科书，适当调整教学内容的逻辑，筛选更适合在课堂上呈现的内容，以使教学过程更加顺畅自然，使教学内容更易于学生接受。

参考文献：

[1]柴宏良，季超群.把握标准  对比教材  合理设计——从“抛体运动”教材内容对比看新课程教学设计[J].中学物理教学参考，2009，38（04）：2-3.

[2]王慧，邢紅军，陈清梅.库仑定律教学的高端备课[J].物理通报，2014（05）：49-52.

[3]陈伟，胡炳元.人教版和粤版物理新教材比较[J].物理教学探讨，2010，28（01）：12-14.

[4]杜娅婷，汪志荣.高中物理教学融入HPS内容促进科学本质的认识——以《库仑定律》一节的教学为例[J].物理教学探讨，2019，37（12）：11-17.

[5]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书物理必修第三册[M].北京：人民教育出版社，2019.

[6]廖伯琴.普通高中教科书物理必修第三册[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[7]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

（栏目编辑    刘   荣）