电场强度概念的探究式教学设计.doc

电场强度概念的探究式教学设计徐 杰（江苏省镇江中学 江苏镇江 212017）摘 要：电场强度是静电学的核心概念之一，在高中物理乃至大学物理中均占有十分重要的地位.本文基于高中物理新课程的视角，提出针对电场强度概念引入的探究式教学设计方案，以期为类似物理概念的探究教学提供有益的参考.关键词：电场强度；物理概念；探究教学；概念教学1 设计思想物理学基本概念和基本规律的教学应当最能体现物理课堂教学的本质要义.普通高中物理课程标准在课程目标中强调，要让学生“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”，“通过物理概念和规律的学习过程，了解物理学的研究方法，认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学发展过程中的作用”，“参加一些科学实践活动，尝试经过思考发表自己的见解，尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题”，“具有一定的质疑能力，信息收集和处理能力，分析、解决问题能力和交流、合作能力”1等。从新课程的视角来审视当下的物理概念教学，我们不难发现存在的诸多不足，其中，不重视概念的构建过程，忽视学生科学探究能力的培养是比较突出的问题. “教师教学中应关注学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性，让学生感到学习物理不仅仅是解题、记忆，而是对大自然运动规律的探索，培养学生对科学探索的终生志趣、崇高境界.”2由此可见，让物理课堂教学还其本来面貌、体现物理学科的特点，既是物理新课程的呼唤，也是物理教师反思和实践的一个重要问题.电场强度是“电场”一章重要的基本概念，这一章具有基本概念多、知识综合性比较强以及知识在实际中应用广泛等三大特点。教材编著者指出：教材注意从具体实例出发，力求讲清概念的建立过程，使学生了解其中的道理，弄清概念的确切含义.本章的概念比较抽象，教材强调弄清建立概念的背景，把抽象概念具体化，以便于学生理解.3针对以上特点，笔者认为在教学设计上，一方面不必期望学生通过一节课的学习，就将电场强度这个重要概念理解得非常透彻，这一节的重点是让学生初步建立电场强度的概念，认识到电场强度是描述电场强弱的物理量，是表示电场本质属性的物理量.学生通过一段时间的学习，会逐步深化对此概念的理解.另一方面采用教师引导下的科学探究式教学方法，充分研究、挖掘教材的科学探究要素，依据学生的认知规律，以科学探究为学生的主要学习方式，发挥学生的积极性、主动性和创造性.同时穿插类似概念的类比，通过学生的主动探索、体验，建立和理解电场强度的概念.2 设计流程2.1 创设情境，提出探究课题师：电场是物质存在的一种特殊形态，它看不见、摸不着，但客观存在，而且有能量，有动量.那么，我们如何认识它的特性，摸清它的“脾气”？我们能否用一把直尺去测量它？显然是不可以的.我们只有根据它表现出来的性质，敏锐地捕捉点滴信息去了解它.师：电场最基本的性质是什么？这对我们研究问题有何启发？生：电场最基本的性质是对放入其中的电荷有电场力的作用. 所以，研究电场，我们可以在电场中放入电荷.师：对！只有把电荷放入电场中，通过研究电荷的受力情况，才有可能探明电场的属性. 那么，对放入电场中的电荷有没有要求？可不可以随意找一个带电体放入电场？生：电荷的电荷量要充分小，不致影响原来要研究的电场；电荷的体积要充分小，以便于研究电场中各点的情况.师：满足这样要求的电荷叫着试探电荷.显然，试探电荷是一种理想化模型.有了试探电荷，我们就可以研究电场的基本属性.师：电荷在电场中的不同点受到的电场力的大小一般不同，这说明什么问题？生：这表示各点的电场强弱不同.师：电场中各点的电场强弱与什么因素有关？如何描述电场的强弱？请同学们针对这个主题展开研究，看能得出什么结论.2.2 猜想假设，设计探究方案师：同学们可以猜想一下，电场中各点的强弱可能会与哪些因素有关？你们打算设计怎样的方案去研究、解决这个问题？生：各点的电场强弱可能与带电体、与各点位置、与试探电荷有关.（1）学生设计实验方案：用丝线将一个轻小物体悬挂在木架上，做成如图1所示的简单实验装置，让它与带正电的玻璃棒接触带上同种电荷，进行以下实验：保持带正电的玻璃棒与小物体的位置不变，通过控制丝绸与玻璃棒的摩擦，改变玻璃棒的带电量，观察悬线偏角的变化情况.设法保持玻璃棒的带电量不变，改变小物体的带电量，观察悬线偏角的变化情况.改变木架位置，使小物体与带电体的距离改变，观察悬线偏角的变化情况.（2）学生设计理论研究方案：在电荷Q产生的电场中：将同一试探电荷q分别放在不同的位置A、B处（rA rB）（图2），研究其受力等问题；在同一位置P放置电荷量不同的试探电荷（图3），研究其受力等问题；在不同位置A、B处（rA rB）放置电荷量不同的试探电荷（图4），研究其受力等问题； 2.3 收集证据，论证探究假设（1）学生通过定性实验得到的初步结论：仅改变玻璃棒的带电量，小物体受到的电场力大小变化，说明电场的强弱受玻璃棒的带电量的影响.仅改变小物体的带电量，小物体受到的电场力大小变化，说明电场的强弱可能与小物体的带电量有关.仅改变小物体的位置，小物体受到的电场力大小变化，说明电场的强弱与距离玻璃棒的远近有关.师：上述定性实验的结论是否都是正确的？我们还必须从理论的层面加以深入研究.（2）学生通过理论研究得到的初步结论：对图2情景，有，因rA FB，说明某点电场的强弱与距离场源电荷的远近有关，实验初步结论是可靠的.对图3情景，有，由此看出，实验初步结论是有问题的，因为电场力大小变化的直接原因是试探电荷的电量增大，因此，不能说明某点电场的强弱与试探电荷的带电量有关.师：请大家仔细观察、研究这三个式子，从中能找到什么规律？生：，说明在电场中同一点，试探电荷受到的电场力与其电量的比值是一个定值. 而且该定值与位置有关，与场源电荷有关，与试探电荷无关.对图4情景，有虽因rA ，这说明在电场中的不同点放置不同的试探电荷，试探电荷受到的电场力大小关系是多样的，但电场力与电量的比值即单位电荷受到的电场力不仅对同一点是个定值，而且相互之间可以比较.2.4 得出结论，交流探究体会师生共同总结：理论和实验探究结果均表明，在电场中的同一点，试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值是恒定的；在电场中的不同点，试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值一般是不同的.这个比值由试探电荷在电场中的位置决定，跟试探电荷无关，因而可以用这个比值来定义反映电场强弱性质的物理量.师：用比值定义一个物理量，用来表示研究对象的某种性质，这种方法我们不是第一次遇见.如果我说，在2005年世界田径锦标赛上，刘翔以13秒08夺得110米栏亚军，而我们班一个男生只跑了10秒，你认为该同学跑得比刘翔快吗？生：无法判断，因为该生运动的位移并不清楚，仅通过比较运动时间是无法比较物体运动快慢的，只有确定相同的位移，再来比时间，才能判断运动的快慢.师：这样我们用单位时间内物体的位移来描述物体运动的快慢，从而引出了速度这一反映物体运动快慢性质的新的物理量.同样，如果直接用电场力的大小表示电场的强弱是行不通的，因为比较的电荷量可能不同，为了能统一比较标准，我们就用单位电荷量的电荷受到的电场力来描述电场的强弱，并且给这个比值一个新的名称，即电场强度，简称场强.师：在整个探究的过程中，同学们都能积极参与，认真思考，勇于实践，体现出追求科学真理的良好精神.反思全过程，大家觉得在设计的探究方案中或在研究的过程中，有哪些问题，有哪些不足？你有何改进意见？你有哪些收获和体会？生甲：定性实验装置太粗糙，很容易漏电，电荷量也不易控制，可以用验电器代替玻璃棒.生乙：我在上课前也做了预习，对电场强度的概念不太理解，只是强行记忆.通过刚才的探究，我对这个概念是怎么得出的有了比较清楚的理解.生丙：今天的实验研究方法和运用数学工具研究的方法是课本上没有的，我觉得学到了很多东西，特别是物理学的研究方法，对我启发特别大.3 教学体会由于电场强度的概念高度抽象，单纯采用教师讲授、学生接受的教学方法或放手让学生讨论、探究，可能都不会收到良好的教学效果. 笔者根据上述设计方案，采用教师引导下学生探究的教学方法实施教学，学生围绕任务开展紧张的智力活动，亲历物理学的研究方法，伴随着问题、尝试、思考、对话而获得探究性体验，对电场强度概念的建立过程留下深刻的印象，因而效果比较理想. 对物理概念尤其是重要的物理概念的教学，教师事先一定要了解学情，清楚学生原有的知识结构和思维障碍，把握学生的认知特点和规律，找准学生的最近发展区，教学才具有针对性和实效性.在此基础上，教师应在创设情境、引导学生探究、引导学生评价上下功夫.物理新课程的教学，要求学生自己发现问题，提出猜想，并通过小组合作制定探究计划，验证、得出结论，笔者认为关键在于物理教师要真正确立新课程的教学理念，认真选择“对于学科来说具有核心和基础地位的那些概念和规律性知识”4，精心设计科学探究教学活动，通过教学方式的根本转变来实现物理课程的目标和价值.惟有如此，充满智慧挑战和生命活力的灵动的物理课堂教学才能实现，物理课堂也才能真正成为师生互动、思想碰撞、心灵沟通、情感交流、共同成长的生命历程.参考文献：1 中华