例談高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

周永德

【摘要】? 物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。教師在課堂教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力。

【關(guān)鍵詞】? 物理學(xué)科核心素養(yǎng) 教學(xué) 電場(chǎng)強(qiáng)度

【中圖分類號(hào)】? G633.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A 【文章編號(hào)】? 1992-7711（2020）05-089-02

高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四方面組成。本文就以粵教版選修3-1第一章第三節(jié)“電場(chǎng)強(qiáng)度”為例，談?wù)勗诮虒W(xué)中如何體現(xiàn)物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

一、通過類比法，引出電場(chǎng)的概念

概念是對(duì)客觀事物本質(zhì)的抽象，它是思維活動(dòng)的一種形式。物理概念是哲學(xué)意義上的一種，既具有客觀性，又具有主觀性。客觀性是事物本質(zhì)的一種反映，主觀性是一種思維形式。因此，物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象。物理概念是物理理論和知識(shí)的重要組成部分，同時(shí)也是構(gòu)成物理規(guī)律和公式的基礎(chǔ)。它是學(xué)生學(xué)好物理的基礎(chǔ)。因此，教師在教學(xué)的過程中，應(yīng)重視對(duì)概念的教學(xué)，尤其是一些看不見、摸不著的概念，學(xué)生理解起來比較困難。

從以前學(xué)過的力引入，以前學(xué)習(xí)的力有接觸力，如：彈力，摩擦力等，有非接觸力，如：萬有引力、磁力等。接觸力是通過擠壓、形變等產(chǎn)生的，非接觸力通過什么物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)呢？

萬有引力通過萬有引力場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，磁力通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，那么電荷間的力是通過什么物質(zhì)來發(fā)生作用的呢？通過類比萬有引力場(chǎng)和磁場(chǎng)引出電場(chǎng)的概念，由于在以前的教學(xué)中并沒有深入講解萬有引力場(chǎng)和磁場(chǎng)，所以有必要讓學(xué)生通過電場(chǎng)深入了解場(chǎng)的概念。引導(dǎo)學(xué)生思考：電荷之間的作用力通過什么物質(zhì)來發(fā)生作用的？肯定有一種物質(zhì)，是一種看不見、摸不著且沒有質(zhì)量的物質(zhì)，于是電場(chǎng)的概念就形成了：凡是有電荷存在的地方，在它的周圍就存在電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)處于其中的其他電荷有力的作用。

學(xué)生在掌握了電場(chǎng)的概念之后，就可以知道電荷間的相互作用力是通過電場(chǎng)來發(fā)生作用了。電場(chǎng)是一種物質(zhì)嗎？肯定是！因?yàn)殡妶?chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用。

“物理觀念”是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí);是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。通過電場(chǎng)強(qiáng)度概念的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自然界中，除了有質(zhì)量的物體是物質(zhì)，還有一些沒有質(zhì)量的物質(zhì)，如電場(chǎng)，磁場(chǎng)等。

二、引導(dǎo)學(xué)生通過比值定義法研究電場(chǎng)，并通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，用比值法定義電場(chǎng)強(qiáng)度

在電場(chǎng)的概念建立之后，要進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生研究電場(chǎng)，由于電場(chǎng)對(duì)入其中的電荷有力的作用，帶電體帶電的多少也會(huì)影響力的大小，所以可以引導(dǎo)學(xué)生從力的角度和電荷量的角度來研究電場(chǎng)。

觀察同一試探電荷q放在導(dǎo)體A的電場(chǎng)中的不同位置時(shí)，它受到的電場(chǎng)力是否相同（圖a），注意：為了方便比較，實(shí)驗(yàn)時(shí)把兩個(gè)質(zhì)量和帶電量相等的小球q1、q2放置A球的兩邊。

圖a? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖b

觀察與思考：A球離q1、q2的距離和q1、q2的偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

在導(dǎo)體A的電場(chǎng)中的同一位置放電荷量不同的試探電荷時(shí)，比較它們受到的電場(chǎng)力是否相同（圖b）注意：為了方便比較，實(shí)驗(yàn)時(shí)把兩個(gè)質(zhì)量相等、帶電量q1>q2的小球放在A球的兩邊，并使它們到A的距離相等。

觀察與思考：q1、q2的帶電量與q1、q2的偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

從實(shí)驗(yàn)中可以得出，處于電場(chǎng)中的力跟電荷所處的位置有關(guān)，跟試探電荷的電荷量有關(guān)。雖然電場(chǎng)力不能描述電場(chǎng)，但可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注電場(chǎng)力與電荷量的比值，用比值定義法來描述電場(chǎng)，并引入一個(gè)新的物理量——電場(chǎng)強(qiáng)度：電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力與電荷量的比值稱為電場(chǎng)強(qiáng)度，簡稱場(chǎng)強(qiáng)。

從電場(chǎng)強(qiáng)度的演示實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，物理觀念，科學(xué)思維，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。然后分析電場(chǎng)強(qiáng)度、推導(dǎo)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)就變得非常自然了，通過電場(chǎng)的疊加的練習(xí)，復(fù)習(xí)一下矢量的平行四邊形定則。

三、從簡筆畫導(dǎo)入，用圖象描述電場(chǎng)進(jìn)行電場(chǎng)線教學(xué)

電場(chǎng)強(qiáng)度可以描述電場(chǎng)，也可以求出電場(chǎng)空間內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向，對(duì)學(xué)生了解電場(chǎng)有很大幫助，也使學(xué)生初步了解了電場(chǎng)。電場(chǎng)是看不見、摸不著的，學(xué)生在學(xué)習(xí)電場(chǎng)過程中，不可能都是勻強(qiáng)電場(chǎng)，像點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)，由于空間中每點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向都與位置有關(guān)，所以，在描述非勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，不可能把每一位置的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向都用文字描述出來，即使可以，也不方便，更不利于學(xué)生理解，有什么辦法可以更直觀地描述電場(chǎng)呢？電場(chǎng)線傳統(tǒng)的教學(xué)方法是這樣的：

電場(chǎng)線就是……

電場(chǎng)線的性質(zhì)……

電場(chǎng)線的特點(diǎn)是……

電場(chǎng)線不是客觀存在的……

以上的處理雖然沒有錯(cuò)，但顯然屬于知識(shí)的發(fā)布、傳授與灌輸。怎么會(huì)想到用這樣一些線來描述電場(chǎng)呢？這是老師的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生不明白為什么要畫這些線。這時(shí)教師可以建議：遷移“簡筆畫”的知識(shí)來啟發(fā)學(xué)生。描述一件事物，除語言外，還可以通過簡筆畫的方式勾勒出來。

由于電場(chǎng)空間是看不見、摸不著的，所以有必要用圖象來描述電場(chǎng)，那圖象畫什么好呢？（一維碼，二維碼？）最簡單的是線條！那畫什么線條好呢？畫電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向，因?yàn)槟壳盀橹怪挥须妶?chǎng)強(qiáng)度才能描述電場(chǎng)，方向好畫，可以用箭頭表示，大小呢？由于不可能把電場(chǎng)中所有位置的電場(chǎng)強(qiáng)度方向都畫出來，這樣不現(xiàn)實(shí)也沒必要，上課時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生把正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向畫出來。

教師再進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生觀察，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)：這些線條所在的區(qū)域，有的密集，有的稀疏，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：用箭頭可以描述電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，用疏密程度可以描述電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，于是電場(chǎng)線的概念就形成了。電場(chǎng)線的概念：在電場(chǎng)中畫出一系列曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都和該處的場(chǎng)強(qiáng)方向一致，這樣的曲線就叫做電場(chǎng)線。緊接著可以引導(dǎo)學(xué)生畫出由負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)線、勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線等，然后引導(dǎo)學(xué)生分析電場(chǎng)線的特點(diǎn)。

在電場(chǎng)線的教學(xué)過程中，不斷地培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，而不是直接告訴學(xué)生結(jié)論，如果直接把結(jié)論告訴學(xué)生，往往學(xué)生就失去了對(duì)物理的研究，久而久之，學(xué)生只學(xué)到了前人的知識(shí)，而學(xué)不到物理觀念的建立、物理科學(xué)的思維、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)的責(zé)任和態(tài)度，這樣培養(yǎng)的學(xué)生，往往盲從權(quán)威，被動(dòng)學(xué)習(xí)，不會(huì)自主學(xué)習(xí)。用圖象處理是智慧的，對(duì)不在現(xiàn)場(chǎng)的、又是客觀存在的事物，不僅可以通過語言來表達(dá)，還可以用簡筆畫的方式表現(xiàn)出來。從而讓學(xué)生明白為什么引入電場(chǎng)線來形象描述電場(chǎng)。

“電場(chǎng)強(qiáng)度”三個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，特別適合培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。教師教學(xué)的目的不是給學(xué)生背不動(dòng)的書包，而是要給學(xué)生帶得走的東西。背不動(dòng)的書包里有什么呢？是一本又一本的教輔用書，一張又一張的試卷，裝的是知識(shí)，是教師和家人永不滿足的分?jǐn)?shù)等等。知識(shí)、分?jǐn)?shù)可能是帶不走的，而能帶著走的是什么呢？是方法，是能力，是智慧，這些素養(yǎng)永遠(yuǎn)會(huì)伴隨著學(xué)生，而且在伴隨的過程中還會(huì)再生。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）.北京：人民教育出版社.

[2]郭玉英、姚建欣、張玉峰等.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力研究.北京師范大學(xué)出版集團(tuán)：北京師范大學(xué)出版社.