基于核心素養為導向的“靜電感應”教學優化分析

摘 要：在新版高中物理教材必修三“電荷”這節或者老教材選修3-1“電荷及其守恒定律”這節主要內容有三種起電方式和電荷守恒等相關內容。這節內容實驗操作有一定難度，文章主要從平時教學實際出發試圖尋找出學生的科學思維上問題根源，結合實際情況以及部分案例來闡述優化過程。

關鍵詞：核心素養;物理觀念;科學思維;靜電感應;感應起電

2020年1月開始實施的《浙江省普通高校招生選考科目考試說明》（以下簡稱《說明》）中高中物理關于“電荷及其守恒定律”這節內容考試要求是c級要求，在《說明》中c級要求為簡單應用，指能將物理事實、現象與概念、規律建立聯系，認識規律適用的條件，并用以解決簡單問題。從要求中可以看出，該節內容有一定難度且要解決問題，從課堂和課后作業中來觀察和分析，學生對靜電感應現象掌握得并不如人意。

一、 存在和遇到的問題

這節內容學生存在和遇到的問題，文章將從教材內容、學生自身、教師、實驗設計這幾個方面結合核心素養中的物理觀念和科學思維來一一探尋，試圖找到問題的根源所在，有針對性地調整和優化。

（一）學生在教材中遇到的問題

新舊兩版教材描述靜電感應內容如下：當一個帶電體靠近導體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導體中的自由電荷便會趨向或遠離帶電體，使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠離帶電體的一端帶同號電荷。這種現象叫做靜電感應。利用靜電感應使金屬導體帶電的過程叫做感應起電。

內容描述非常簡單，通過了解和調查，一般情況下學生在看書和理解過程抓住的關鍵詞是“趨向”和“遠離”，并不深究其中原因。在作業和聽課過程中喜歡用這兩個關鍵詞去套用，而并沒有理解其中作用過程和內涵本質。

（二）學生自身問題

學生在初中階段簡單接觸了靜電感應，諸如帶電物體能吸引通草球這類知識點，但是其中原因并沒有深入挖掘，如果高中階段只用“近異遠同”這樣簡單粗略的方式處理，那么學生實際上還是沒有掌握其中的作用規律，只會一直停留在表面而不得要領。

（三）來自教師的問題

對于教材解讀，在很多課堂中，教師往往著重強調“近異遠同”，朗朗上口，但不利于學生掌握其中作用規律，學生以囫圇吞棗的形式去學習，在實際問題中用“近異遠同”口訣去套題，很容易得出啼笑皆非的結果。

（四）實驗設計所面對的問題

靜電感應實驗條件較苛刻，若空氣濕度過大，實驗成功率低，現象不明顯，尤其這個實驗還要設計更復雜的情況，如接地、兩導體分開、撤去外部帶電體等，所以設計實驗存在一些障礙，但是可以適當地克服和優化。不管哪種情況其內在作用規律都要深入剖析，如果剖析不到位，實驗并不能起到良好的效果，那么對這塊內容和實驗現象學生如同霧里看花。

二、 對策分析

（一）關于教材處理

引導學生在教材文字內容中找出關鍵詞進行理解，在教學過程中特別重視和強調電荷間的相互作用，而弱化“近異遠同”，不提這個口訣。并適當對“感應”一詞出處和詞義做出相應解釋，“感應”一詞出處：《漢書·禮樂志》：“《書》云：‘擊石拊石，百獸率舞。鳥獸猶且 感應 ，而況於人乎？況於鬼神乎？”本義是受影響而引起反應。現代漢語詞典對“感應”解釋：某些物體或電磁裝置受到電場或磁場的 作用 而發生電磁狀態的變化叫做感應，也叫誘導。從教材內容和對感應一詞的釋義上可以看出，之所以產生感應，原因在于 作用和受影響 ，所以抓住電荷間的 相互作用 出發能從根本上突破靜電感應這個難點，所謂靜電感應現象其實就是電場對電荷 作用的 結果，所以師生不必刻意強化“近異遠同”以及“近端和遠端”。

（二）關于學生的對策和準備

學生要先預習，并能經過科學思維初步分析產生靜電感應現象的基本原因，而不是去識記“近異遠同”以及“近端和遠端”，該物理作用過程內在規律其實不難，學生能大概理解靜電感應產生原因就是電荷排斥力和吸引力作用的結果，所以師生的重點應該放在電荷相互作用上，而不是“近異遠同”。

（三）關于教師引導對策

引導學生抓住關鍵詞“吸引”和“排斥”，從這兩個關鍵詞出發，引導學生從受力特點經過科學思維得出“趨向”和“遠離”帶電體，導致導體上的電荷分布發生變化，得出內部電荷的分布特點：靠近帶電體一端帶異種電荷，遠離帶電體一端帶同種電荷。這個過程充分體現了科學思維，在邏輯嚴密的科學思維推理下，學生的物理觀念進一步得到強化，學生的科學素養得到提升，培養了學生的物理核心素養。

（四）關于實驗引導對策

教材實驗設計非常到位，在實驗條件良好情況下，可操作性很強，如下操作圖示。

觀察靜電感應現象

取一對用絕緣柱支持的導體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼在下部的兩片金屬箔是閉合的（如圖）。

請你手握絕緣棒，把帶正電荷的帶電體C移近導體A，金屬箔有什么變化？

這時手持絕緣柱把導體A和B分開，然后移開C，金屬箔又有什么變化？

再讓導體A和B接觸，又會看到什么現象？利用金屬的結構模型，解釋看到的現象。

第一步操作后現象很明顯，也很容易分析和理解;難點是第二步操作，這一步建議引導學生仔細觀察操作過程，不能放過任何細節。

三、 優化過程

教師實驗操作如下圖所示。考慮實際情況，我們可以用橡膠棒與毛皮摩擦后，用橡膠棒去靠近A;或者使用感應起電機手搖起電后用帶電小球去靠近A。我們一般采用橡膠棒與毛皮摩擦，用橡膠棒去靠近A，學生更容易接受。

師：請大家觀察并思考，把帶負電荷的橡膠棒C靠近導體A，觀察金屬箔有什么變化？

生：A和B兩端的金屬箔都會張開。

師：為什么張開？

生：金屬箔帶同種電荷，電荷相互排斥，所以張開。

師：你能判斷出兩金屬箔分別帶何種電荷嗎？

生：A端的金屬箔帶正電荷，B端的金屬箔帶負電荷。

師：什么原因導致的呢？

生：因為導體中正電荷被C上的負電荷吸引過來，導體中負電荷被C上的負電荷排斥開來。

師：很好，這種現象我們稱為靜電感應現象，請問是什么原因導致的呢？

生：是電荷之間的相互吸引力或者排斥力導致的。

師：金屬中原子核才帶正電荷，所以實際情況中，正電荷不會移動，是帶負電的電子被C中負電荷排斥到遠處的B端，從而導致A端中的負電荷變少，呈現出帶正電荷，B端因為聚集了電子，從而B端帶負電。

師：請仔細觀察和思考，把A和B分開，又有什么變化？

生：金屬箔張開夾角幾乎不變。

師：為什么會這樣呢？

生：因為C中負電荷一直在吸引A中的正電荷和排斥B中的負電荷，金屬箔中的電荷繼續受力的作用。

師：如果撤去C呢？又有什么變化？

生：可能閉合，可能不變，可能夾角變小。

繼續觀察實驗，發現夾角變小，但是沒有完全閉合。

師：請思考導致這種現象的原因。

生：因為C撤去后，金屬箔上的電荷不再受到C中的負電荷作用，金屬箔中的電荷相互排斥，導致一部分電荷分布到金屬導體其他部位，所以金屬箔帶電減少，張開夾角變小。

師：如果讓A和B接觸呢？

生：金屬箔閉合，電荷中和。

師：歸根到底，產生該實驗現象的原因是什么？

生：電荷之間的相互作用。

師：很好，靜電感應現象的本質原因是什么？

生：電荷之間的相互作用。

師：大家以后在面對靜電感應問題時，從電荷間的相互作用出發就可以解決問題。

師：那我們來看看這種情況（如下圖），麻煩×××同學上來，用手指接觸B端，我們再來重復之前過程，仔細觀察兩金屬箔的變化。

生：A端的金屬箔張開，B端的金屬箔不張開。

師：你能用剛才所學的內容解釋這個現象嗎？

生：因為C中的負電荷，會把導體中電子排斥到人體中去，B端金屬箔不帶電了。

師：非常好，那接下來，在C不動的情況下，我們把A和B分開，又會觀察到什么現象呢？

生：A端金屬箔繼續張開，因為正電荷繼續受到吸引力，B端還是不帶電，金屬箔不張開。

師：如果撤去C呢？

生：A中的正電荷不受C中的電荷作用力，A端金屬箔電荷一部分分布到導體上，所以夾角變小。

師：非常好，說明大家一直在抓住電荷間相互作用在分析。那如果手指接觸A端再來重復上述過程，大家猜想一下能觀察到什么現象？

生：A端金屬箔會閉合，B端金屬箔張開……

師：請大家繼續觀察。

生：跟前面手指接觸B端情況一樣，還是A端金屬箔張開，B端金屬箔閉合。

師：為什么情況一樣？

生：因為A端的正電荷還是被C中的負電荷吸引，而導體中的負電荷還是會被排斥到人體上，那么B端不會帶電。

師：非常好，大家能用電荷的相互作用分析靜電感應現象，說明靜電感應現象大家已經基本掌握。

通過實驗以及合理的引導和優化，學生能從電荷相互作用的角度非常清晰地理解靜電感應現象，這樣靜電感應現象不再顯得那么神秘而抽象，在實驗過程中，培養了學生的物理觀念，學生的科學思維和科學探究能力得到了有效的鍛煉。在課后作業中，學生著重從電荷的相互作用分析靜電感應現象，學生掌握情況和作業效果都有明顯的提高。

參考文獻：

[1]浙江教育考試院.浙江省普通高校招生選考科目考試說明[M].浙江攝影出版社，2020.

[2]何文明.指向學科核心素養的普通高中課堂教學設計 物理必修3[M].浙江教育出版社，2020.

[3]嚴育洪.微雕課堂：教學的細節功夫[M].首都師范大學出版社，2010.

作者簡介：

朱吳軍，浙江省杭州市，杭州市富陽區第二中學。