“5E”教學模式下的高中物理教學
——以“靜電現象的應用”為例

忻永立

“5E”教學模式是美國生物學課程研究所基于建構主義理論和概念轉變理論,于1989年提出的教學模式,包括引入、探究、解釋、遷移和評價五個環節．該模式提倡以學生為中心,契合新課程改革教學理念．當前,“5E”教學模式在義務教育階段以及高中生物、化學學科教學中的實踐和應用較多,而在高中物理教學中的應用較少．下面以“靜電現象的應用”教學設計為例,研究“5E”教學模式下的高中物理教學實施策略．

1 引入環節

活動1:讓一個學生用編號2手機撥打編號1手機,能撥通;接下來將編號1手機放到一個泡沫盒子里面,用編號2手機繼續撥打,仍能撥通;之后將編號1手機放到一個鐵罐中,再用編號2手機撥打,結果手機無法撥通．

問題1:第三次手機無法撥通,是什么原因呢? 請大家討論．

探究活動從生活中最常見的手機出發,貼近學生生活,讓學生與原有的知識經驗建立有效聯系,從而明確探究任務和目的,激發學生主動探究知識的興趣與意愿．

2 探究環節

活動2:實驗演示——用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近驗電器．

問題2:看到什么現象?(驗電器張開一定角度)

問題3:電荷從哪里來?(帶負電的橡膠棒在空間產生電場,金屬導體中的自由電子受電場力作用定向移動,使導體的近端感應出正電,遠端感應出負電)

問題4:驗電器的張角會一直增大嗎?(不會,很快達到某一角度而停止)

我們今天就來深入探究一下驗電器為什么很快達到這個狀態,它有什么特征?為了研究方便,我們用勻強電場來替代橡膠棒的電場．

問題5:把一個不帶電的金屬導體放到場強為E的勻強電場中,會出現什么現象?

引導學生回答:導體中的自由電子在電場力的作用下會發生定向移動,使導體一端帶負電,另一端帶等量的正電荷．

問題6:導體兩端的正負電荷是否會產生電場?電場的方向又是怎樣的?導體內部的電場會發生什么變化?導體內部的自由電子還會繼續移動嗎?最終會出現什么現象?

教師根據學生在引入環節產生的認知沖突,通過問題串引導學生對達到靜電平衡狀態這一過程進行科學思考,展開分析和討論,最后再播放Flash動畫(靜電平衡狀態的動態過程)．

3 解釋環節

由上面的分析可以知道,處于電場中的導體內部的電荷在電場力的作用下做定向移動,這種定向移動最后停止,我們把這種狀態叫作靜電平衡狀態．

問題7:處于靜電平衡狀態下的導體有什么特征?(導體內部場強處處為零)

問題8:如果有一個不影響導體電場的試探電荷在導體內部移動,電場力會對它做功嗎?(不會)

問題10:感應電荷在導體上是怎么分布的?(分布在表面)

問題11:在導體的外表面,電荷又是如何分布的呢?

活動3:出示帶尖端的導體,同樣讓它帶上電,再用不帶電的金屬小球先后與導體的圓柱部分及尖端部分接觸,然后分別用驗電器驗證是否帶電,發現尖端帶的電較多．

解釋1:避雷針的應用．假設有帶正電的云飄到避雷針上方,由于靜電感應,在尖端會感應出密集的負電荷并產生強電場使空氣電離,空氣中帶負電的離子會受電場力作用定向移到云層上,與云層上的正電中和．這樣云層與建筑物之間就不會形成閃電,避免危險和危害.

解釋2:處于靜電平衡下的導體,電荷只分布在導體的外表面,且由于內表面不帶電,故導體殼內無電場,E=0,即靜電平衡下的空腔導體的內部場強處處為零.

問題12:現在如果我們將導體的內部掏空,會不會影響感應電荷的分布及場強的大小?(不會)

解釋:這樣導體就可以保護內部不受外界電場的影響,起到屏蔽的作用,我們稱這種現象為靜電屏蔽．就像我們的鐵罐可以屏蔽手機的電磁波信號．

此環節有利于幫助學生更加深入地理解新概念,提升學生的歸納、演繹和推理能力．

4 遷移環節

問題13:靜電屏蔽在我們的實際生活中有哪些應用?

電視的閉路線有金屬網,而金屬網可以屏蔽外電場的干擾,使我們獲得清晰的電視信號;電腦的主機箱內也有一些金屬框架，同樣用來屏蔽干擾;超高壓帶電作業的工人穿戴的工作服,是用包含金屬絲的紡織物制成的，也是靜電屏蔽知識的應用．

此環節引導學生應用掌握的物理知識和技能來解決物理問題和解釋物理現象,加深學生對概念的準確理解,拓展概念的內涵與外延,培養學生運用所學知識解決問題的能力．

5 評價環節

以學習小組為單位,讓學生回顧、討論本節課所學的內容,制作并展示知識思維導圖．需要注意的是，評價應貫穿于各個環節之中,教師要根據學生課堂表現情況,在保證科學性的前提下,進行多元化的評價．對學生的評價除了要從學生的學習結果入手外,還要從學生的語言表達、合作動手能力等方面入手．

在教學過程中,“5E”教學模式中的引入、探究、解釋、遷移、評價五個環節可以是教學片段,也可以作為一個課時.在教學過程中可以是同一個環節，也可以反復出現多次,只要達到教學效果,完成課程目標,各個環節可以靈活分配、合理應用,不必墨守成規．