觀物探理 提升素養

朱亞軍

[摘 要]張樟老師開設了《靜電現象的應用》展示課，這節課的教學特色是充分挖掘生活中的教學資源，關注教學內容與科學、技術、社會、環境的聯系，充分調動學生學習的積極性，激發學生的學習興趣，提高學生學習的內驅力。這節課的教學設計凸顯了“知識問題化，問題情境化”，教學過程中，教師注意引導學生在情境中思考問題，在思考問題中掌握知識，進而有效培養了學生的學科核心素養。

[關鍵詞]觀物探理；提升素養；展示課

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）20-0038-03

前不久，筆者應邀赴杭州市參加教學研討活動，觀摩、欣賞了浙江省杭州市第二中學為與會代表開設的4節展示課，收益頗豐。其中張樟老師的展示課《靜電現象的應用》給筆者留下了非常深刻的印象，這節課的教學設計精妙，凸顯了“知識問題化，問題情境化”。這節課的教學情境真實、有趣，精彩紛呈，課堂氛圍熱烈、融洽、和諧，教學層次錯落有致，且能突出重點，化解難點。在具體教學過程中，張老師不斷提出問題、分析解決問題，注重學生對物理過程的體驗，彰顯了“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念。教學中，每一個問題的解決都有完整的探究過程，并重視引導學生把所學知識運用到實際生活中。整節課體現了“以實驗為基礎，思維為中心，過程為主線，能力為核心，應用為目的”的特點，在潛移默化中提升了學生的學習能力，培育了學生的物理核心素養。接下來與同行們分享張樟老師展示課的精彩片段。

一、課題引入，匠心獨運，引人入勝

上課伊始，張老師播放一段“中國達人秀”的小視頻：“ 95后科學狂人”——“閃電俠”盧馭龍500萬伏高壓下玩轉“人工閃電”的震撼表演，學生們嘆為觀止。通過這個小視頻充分喚起了學生的好奇心，激發了學生的求知欲，接著張老師提問：“表演過程中盧馭龍有危險嗎？為什么？”從而引入課題：靜電現象的應用。雖然小視頻中有“危險動作，請勿模仿”的警示字樣，但張老師話鋒一轉：每一個青少年都應該充滿好奇心，要勤于觀察，善于思考，大膽實踐，積極探索大自然的奧秘，當然也要敬畏大自然的客觀規律，時刻注意安全。于是，張老師展示一個大鐵籠，用感應起電機的一個電極慢慢靠近鐵籠，結果觀察到火花放電現象，輕松說明“人工閃電”也不足為奇，幫助學生打破“閃電俠”盧馭龍玩轉“人工閃電”的神秘感。進而邀請一位學生站到鐵籠中繼續做實驗，如圖1所示，關閉鐵籠后，張老師將感應起電機的一個電極靠近鐵籠，發生火花放電，這時站在鐵籠中的學生心有余悸地蜷縮在鐵籠的中央，非常緊張，一動不動，張老師勸導這位學生不要緊張，鼓勵他試著用手觸碰金屬網，發現并沒有觸電的感覺，說明鐵籠內的人和物都是安全的。

張老師接著做了一個更大膽、刺激的實驗：取一根約50 cm長的金屬絲穿過鐵籠，一半留在鐵籠外，一半伸進鐵籠內，并用導線、鱷魚夾把鐵籠內的金屬絲和鐵籠連接起來，學生手握鐵籠內部的金屬絲，如圖2所示，張老師把感應起電機的一個電極慢慢移近鐵籠外部金屬絲的端點，發生火花放電時，鐵籠內的學生沒有絲毫的異樣，鎮定自如，安然無恙！再次充分表明鐵籠內的人非常安全，張老師趁熱打鐵提出3個問題：

（1）將導體放于靜電場中，導體中自由電子的狀態會發生什么變化？

（2）什么是靜電平衡？它有哪些特點？

（3）試解釋剛才的兩個實驗，人為什么是安全的。

二、理論分析和實驗驗證并舉，突出重點，化解難點

本節課的重點是讓學生掌握靜電平衡的概念，理解導體處于靜電平衡狀態的特征及其應用。本節課的難點是靜電平衡知識的應用，認識導體的電荷分布特點、尖端放電現象、靜電屏蔽現象。

為了幫助學生理解、掌握本節重點，張老師首先在勻強電場中引入一塊金屬板，如圖3所示，啟發學生條分縷析如下一系列問題。

（1）金屬導體的微觀結構如何？

（2）電場的基本性質是什么？

（3）在電場力的作用下，金屬導體中的自由電子如何移動？

（4）自由電子會在何處結聚？

（5）電子的結聚會出現怎樣的結果？

（6）最終會出現什么現象？

經過上述抽絲剝繭的師生研討活動，在張老師的啟發引導下，學生們得到靜電平衡狀態下導體電場的兩個特點：

（1）處于靜電平衡的導體，內部場強處處為零。

（2）處于靜電平衡狀態的整個導體是個等勢體。

如何驗證上述兩個特點？張老師設計了如下實驗：取一對平行金屬板，分別與感應起電機的兩個電極相連，啟動感應起電機，在平行金屬板之間形成勻強電場，將一個貼有靜電羽的金屬球放入電場中，馬上觀察到金屬球上的靜電羽張開，如圖4所示。接著張老師拿一個內、外粘有靜電羽的金屬網罩罩在金屬球上，看到金屬球上的靜電羽立即垂了下來，同時看到金屬罩外表面靜電羽的張開，而內壁的靜電羽沒有任何的動靜，如圖5所示。

上述實驗用雄辯的事實說明處于靜電平衡的導體，內部場強處處為零，金屬網罩可以屏蔽外部電場，能夠非常圓滿地解釋了引入課題時的大鐵籠實驗中學生處于安全狀態的原因。

三、彰顯“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念

根據學以致用的原則，張老師列舉了多個靜電屏蔽實例，限于篇幅，不一一列舉，但學生們對如下兩個實例特別感興趣。

[實例1]取一部手機，插上耳機，打開一首歌曲，可聽到耳機中傳出悅耳的聲音，接著把手機放入柔軟的金屬網中，耳機留在金屬網的外面，仍然可以聽到耳機中傳出的音樂，只不過聲音明顯變小了，但是，將耳機連同音頻傳輸線全部放入金屬網中，并密封金屬網口，就聽不到絲毫的聲音了，如圖6所示。

[實例2]取甲、乙兩部手機，在甲手機上輸入乙手機的號碼，撥打乙手機，一會兒，乙手機的鈴聲就響了，這是很正常的現象。接著張老師用一張燒烤用的錫箔紙將乙手機包裹起來，如圖7所示，再在甲手機上輸入乙手機號碼，撥打乙手機，發現乙手機沒有任何聲響，甲手機中反饋的聲音是“對方手機不在服務區，無法接通”，充分說明錫箔紙對無線電信號的屏蔽效果非常好。

四、學生分組實驗，分工合作，探究導體的電荷分布

為了幫助學生認識、理解導體的電荷分布特點，張老師設計了如下學生分組實驗：同桌的兩個學生組成一個小組，配有感應起電機、硬紙板、某品牌的抽紙、膠水、剪刀等器材。要求學生們先用硬紙板做一個半徑6cm左右的圓筒，用剪刀從抽紙上剪出12條長方形的小紙條，分別貼在圓筒的內壁和外壁，利用導線和鱷魚夾把圓筒和感應起電機的一個電極相連，轉動感應起電機的手柄，大部分學生發現圓筒外壁的小紙條張開，而貼在圓筒內壁的紙條狀態保持不變，如圖8所示。但也有少數學生的實驗現象不明顯，通過觀察比較，思考后發現這些學生實驗失敗的主要原因是：（1）小紙條剪得太寬，且膠水粘得過多；（2）感應起電機的兩個電極之間的距離比較近，比較容易放電。最終師生共同得到導體上電荷分布的第一個特點：靜電平衡時，導體內部沒有凈電荷，其靜電荷只分布在外表面。

特別值得一提的是個別學生異想天開，直接將圓筒套在感應起電機的一個電極上，轉動感應起電機的手柄，也很好地觀察到了實驗現象，取得了良好的實驗效果，如圖9所示。顯然，學生的創新潛能是巨大的，所以，大家一定要創造條件多讓學生做實驗。

五、模擬避雷針，真切感受尖端放電

為了讓學生理解導體上電荷分布的第二個特點：靜電平衡時，在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的地方幾乎沒有電荷，張老師設計了如下兩個實驗。

實驗1：將感應電機兩個放電極之間的距離調得比較大，轉動感應起電機的手柄，觀察不到放電現象，手持剪刀的絕緣部分，張開剪刀的尖端，讓剪刀的兩個尖端分別靠近感應起電機的兩個電極，立即看到在電極和剪刀的兩個尖端之間發生火花放電現象，如圖10所示。

實驗2：借助如圖11所示的儀器，幫助學生理解避雷針的工作原理，觀察連接高電壓時，尖端和球形電極哪個更容易放電？改變尖端的高度，重復實驗，觀察加上高電壓時的放電現象，說明避雷針應安裝在建筑物高端的科學道理。張老師接著在避雷針原理演示模型上板的底側粘一小團浸過酒精的棉花，連接上高電壓，看到尖端放電時，點燃了棉花，順便說明了家用煤氣灶點火的工作原理，一舉兩得。

六、金無足赤，白玉微瑕，對本節展示課的三點建議

（1）縱觀本節課，教學過程精彩紛呈、引人入勝，師生互動頻繁，教學任務基本完成。但是，本節課教學預設明顯多于課堂生成，學生的主體作用還未能充分體現，如能再大膽放手一些，讓學生自主思考的時間和活動再多一點，教學內容從“知識傳遞”轉為“知識建構”，教學目標的達成度可能會更高。

（2）張老師省略了一個非常經典的實驗——法拉第圓筒實驗，這個實驗能充分說明靜電平衡的特點：導體內部沒有凈電荷，其靜電荷只分布在外表面。在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的地方幾乎沒有電荷。覺得有點可惜，不過，也許是由于當天的天公不作美，張老師放棄了該實驗。

（3）物理學科核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生科學素養的關鍵成分。高中物理學科的核心素養包含四大要素：物理觀念和應用、科學思維和創新、科學探究和交流、科學態度和責任。就本節課而言，筆者以為對科學態度和責任的重視還不夠，如能在教學的各個環節適時滲透科學態度和責任的教育和培養，引導學生正確認識科學的本質；更強烈地激發學生學習和研究物理的好奇心與求知欲，培養學生尊重他人、主動與他人合作的品質，更能基于證據和邏輯發表自己的見解，讓學生逐步形成實事求是、不迷信權威的科學態度；在進行物理研究和物理成果應用時，能遵循普遍接受的道德規范；理解科學、技術、社會、環境的關系，熱愛自然，珍惜生命，具有保護環境、節約資源、促進可持續發展的責任感。一定能讓本節課錦上添花。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 顧明遠.核心素養：課程改革的原動力[J].人民教育，2015（13）：17-18.

[2] 鐘啟泉.基于核心素養的課程發展： 挑戰與課題[J].全球教育展望，2016（1）：3-25.

（責任編輯 易志毅）