基于核心素養的物理規律教學實踐研究

摘" "要：物理規律是用高度濃縮的語言對物理事實進行的總結和概括。規律教學是中學物理教學的重要組成部分，涵蓋了規律的發現過程、規律的內容表述以及規律的實踐應用。以“電荷”的教學實踐為例，通過大量的演示實驗和學生親自動手進行實驗探究，引導學生從直觀的現象中發現規律、理解規律，并嘗試用所學的規律解決真實問題，將物理學科核心素養落到實處。

關鍵詞：規律教學；核心素養；電荷

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）1-0021-4

物理規律是對物理事實的高度抽象和概括，是集實驗探究和科學思維為一體的產物，是高中物理教學的重要課題［１］。該課題的教學任務涵蓋了規律的發現過程、規律的具體內容以及規律的應用實踐。基于學生對規律的認識和理解是循序漸進的，教師在規律教學時宜采取“學生主體，教師主導”的課堂模式，在提出問題、作出假設、探索規律和得出規律的教學過程中培養學生主動獲取知識和靈活運用知識的能力［２］。下面以“電荷”一節的教學實踐過程為例，詳細闡述核心素養前提下物理規律教學的實踐研究。

１" " 教材解讀

１．１" " “電荷”主要內容及其在中學物理中的地位

“電荷”是人教版高中物理必修第三冊第九章《靜電場及其應用》的第一節內容，是電學內容的基礎篇。本節內容從電的發現講起，介紹了后續電學知識所需要的幾個基礎概念，幾種生活中常見的靜電現象以及基礎守恒定律之一的“電荷守恒定律”。

１．２" " 課程標準的相關要求

《普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）》對本節課的要求：通過實驗，了解靜電現象；能用原子結構模型和電荷守恒的知識分析靜電現象；能通過多種方式使物體帶電，觀察靜電現象；能夠演示并分析靜電感應現象［3］。

２" " 學情分析

建構主義的學習觀認為，學習是學生自己建構知識的過程，學習的獲得是學生以自己原有的知識經驗為基礎，對信息重新認識和編碼，構建理解的過程［4］。學情分析是教學設計前的必要準備。學情分析包含對學生已有的知識基礎、生活經驗以及探究能力等多方面的了解和掌握。

“電荷”一節的學情如下：學生在八年級《科學》上冊中已經學習了“正電荷”“負電荷”的定義以及摩擦起電現象，在八年級下冊中也學習了物質的微觀結構模型，具有一定的知識基礎，也有“頭發會隨著梳子飄飛”、冬天脫毛衣有“噼里啪啦”的放電聲等多個生活體驗，高中生也能夠在問題導引下有意識地觀察、記錄一些關鍵的實驗現象，并嘗試利用所學的知識進行邏輯分析。

３" " 教學目標

結合課程標準，從物理學科核心素養的四個維度確定教學目標，如表１所示。

４" " 教學實踐活動

根據學生的認知水平，結合知識特點設計教學活動，著重體現觀察、思考、提問、猜想與假設、驗證、總結、提煉認知過程［5］。

活動一：創設情境，舊識新學

如圖１所示，以“魔術”進行實驗引入：桌面上靜止放置著一個易拉罐，如何在不接觸到易拉罐的情況下使它運動起來？

演示：用摩擦過的橡膠棒靠近易拉罐，牽引著易拉罐在水平桌面上滾動。

師：這就是一種“電”現象。請同學們列舉生活中和“電”相關的物品。

生：電腦、電視……

學生閱讀教材——“電”的發現過程。

師：不只琥珀經過摩擦可以吸引輕小物體，生活中很多物體都有這種現象。請同學們舉例說明。

生：梳頭發的時候，頭發會飄起來；摩擦過的筆能吸引碎紙屑……

學生閱讀教材，“天電”與“地電”的統一過程，回憶初中所學的正電荷和負電荷的定義。

設計目的：電學知識比較抽象，多數學生對此有隱隱的抵觸心理。本節教學設計以“魔術”的形式引起學生的好奇心，觀察“電”的神奇現象，結合生活經驗，感受“電”的趣味性和重要性。學生通過認真閱讀教材，聯系具體的生活經驗和已有的知識基礎，形成清晰的“電”的物理概念，同時使學生了解科學的發展需要很多科學家的艱辛付出，培養學生敬重科學家、珍視知識的態度，發展學生的科學態度和責任感。

活動二：以舊帶新，透過現象看本質

師：物體原本不帶電，通過摩擦卻能使物體帶上電，摩擦起到什么作用？請同學們回憶物質的微觀結構模型，完成“導學案”（圖2）。

Ｆｌａｓｈ動畫展示摩擦的過程，使物體外側一部分束縛不牢的電子轉移到另一個物體上，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負電。

引導學生總結出結論：摩擦起電的本質是電子在兩物體之間轉移，轉移的過程中得失電子的數目相等。

演示實驗：觀察現象，思考其物理含義。

演示實驗１：（１）搖動感應起電機的手柄，把驗電羽靠近起電機金屬球，觀察現象（圖3），說明其物理含義（金屬球吸引輕小物體，說明金屬球帶了電）；（２）將驗電羽直接接觸金屬球，觀察現象（圖4），說明其物理含義（驗電羽炸開，說明驗電羽帶了電，相互排斥呈現炸開的狀態）；（３）把驗電羽拿開，再次靠近起電機金屬球，觀察現象（圖5），說明其物理含義（驗電羽被金屬球排斥，說明通過接觸使驗電羽和金屬球帶了同種類的電）。

引導學生用物質的微觀結構模型解釋驗電羽帶電的物理過程，并得出結論：接觸起電的本質是電子在不同物體之間轉移，轉移的過程中電子得失數目相等。

演示實驗２：拿毛皮摩擦過的橡膠棒靠近枕形金屬（圖6）。（１）靠近、遠離枕形金屬，觀察兩側驗電羽的狀態，說明其物理含義（橡膠棒靠近枕形金屬，驗電羽張開，說明此時枕形金屬帶電；遠離時，驗電羽閉合，說明此時枕形金屬不帶電）；（２）保持橡膠棒的位置不動，把枕形金屬的兩部分分開；再拿走橡膠棒，觀察驗電羽的張角情況，再把枕形金屬的兩部分合攏，觀察驗電羽的狀態變化，說明其物理含義（分開時，兩側驗電羽均保持張開，代表兩側均帶電；閉合時，兩側驗電羽閉合，代表兩側均不帶電）。

學生能從實驗現象中比較容易得出靜電感應的帶電特點。引導學生用物質的微觀結構模型解釋感應起電的物理本質：電子從金屬的一端轉移到另一端，金屬兩端得失電子的數目相同。

設計目的：以“導學案”的方式幫助學生回憶物質的微觀結構模型，建立本節內容的理論基礎，利用該理論解釋摩擦起電的本質，以此為范例，學生后續可以嘗試自行解釋“接觸起電”和“感應起電”的本質。演示實驗的設計起點低，建立于“帶電體能吸引輕小物體”的基本特征，以及“不同電荷之間的相互作用”等學生已有的基礎知識，讓學生能輕易地從直觀的物理實驗現象中得到結論，并能嘗試進行理論解釋。實現從現象到本質的順利過渡，加深學生對起電的理解，同時強調“得失電子的數目相等”，為“電荷守恒”的規律得出奠定基礎。

活動三：實踐應用

實踐１：自制簡易驗電器，探究驗電器的張角變化。

材料：回形針、一次性餐飲水杯、金屬箔片。

制作步驟：

（１）將回形針拉成鉤狀。

（２）取兩片金屬箔片掛在鉤子上，調整位置，使它們能靈活移動。

（３）將回形針的另一端從杯子底部由內向外穿出，并向杯底方向折回，如圖7所示。

探究過程：探究以下幾種情況下驗電器金屬箔片的張角變化。

（１）用筆、刻度尺等身邊的物品靠近或接觸驗電器。

（２）摩擦物品后，再次靠近、遠離、多次接觸驗電器。

（３）將驗電器放置在桌角處，靜置一段時間后再觀察現象。

（４）理論解釋以上實驗現象。

設計目的：利用簡單的生活物品制作實驗器材，親自觀察驗電器的“驗電”功能，探究驗電器的張角變化，將實驗現象和理論分析相結合，加深對靜電現象的理解。

實踐２：破解“魔術”。

師：根據本節知識內容，請同學們小組討論，解析課堂開始時的“魔術”涉及的物理本質。

生：毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，當它靠近易拉罐時，易拉罐中的自由電子受到橡膠棒的排斥力而遠離橡膠棒，于是在靠近橡膠棒的一側感應出正電荷，另一側感應出負電荷，由于帶正電的一側離橡膠棒較近，因此吸引作用較強，易拉罐就會向橡膠棒靠攏，出現橡膠棒牽引易拉罐前進的現象。

設計目的：利用所學的知識解惑本節課開始的“魔術”，呼應引入實驗，讓學生在真實情境中學以致用，增強學生解決實際問題的能力，提高他們的學習興趣和學習動力。

活動四：提煉概念，升華規律

學生已經理解電中性的物體因得失整數電子而帶電，很容易接受“物體的電荷量ｑ是電子電量ｅ的整數倍”這個結論。學生自主閱讀教材，理解元電荷的概念以及比荷的物理意義。

教師簡單介紹電子、質子的發現過程以及電子電量的測量方法，使學生理解每一個物理規律的得出都經歷了艱難的過程，感受人類追求真理的腳步永不止息。

學生已經理解幾種靜電現象的本質，引導他們自行總結規律：電子在不同物體或者同一物體的不同部位之間轉移，在轉移的過程中得失電子的數目總是相等的，電荷的總數是守恒的。閱讀教材上電荷守恒定律的物理描述：電荷既不會創生，也不會消失，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移的過程中，電荷的總量保持不變。

師：介紹高能粒子的產生以及正負離子的湮滅和生成，電荷守恒定律更一般性的描述為“一個與外界沒有電荷交換的系統，電荷量的代數和保持不變”，這種描述更能貼合物理本質，反映了科學的發展與進步。

設計目的：通過幾種靜電現象的本質自然過渡到元電荷等基礎概念，讓學生理解電荷量的不連續性，使其形成初始的量子化觀念。同時，引導學生自行總結電荷轉移的過程中出現的守恒規律，教師通過介紹該規律更新過程，幫助學生形成正確的“電荷守恒”的科學觀念，讓學生認識到物理規律會隨著人類對自然的認識加深而不斷更新，培養學生正確的科學態度和責任感。

５" " 總結與反思

物理規律重在反映物質結構、物質運動之間的內在聯系，是觀察、實驗、分析、概括的結晶［6］。物理規律的教學就是重演規律發現的過程，在規律教學中需要讓學生參與到大量實驗和現象中進行觀察，親歷提出問題，作出假設，得出結論，最后總結、提煉物理規律的過程［２］。

本文以“電荷”的教學為例，立足于學情，設置了大量演示實驗，增強學生對靜電現象的感性認識，引導學生思考并驗證“帶電”的本質原因，發展學生的科學思維，順利得出“電荷守恒”這個基本規律。在應用實踐中，利用簡單的生活物品制作實驗器材，并在問題指引下進行實驗探究，提高學生的科學探究能力；引導學生理論分析本節課的引入實驗，提高學生解決真實問題的能力，將物理學科核心素養落在實處。

參考文獻：

［１］趙安強，萬倩冰，李群．基于核心素養的初中物理規律教學的實踐研究——以“牛頓第一定律”教學為例［Ｊ］．物理教學，２０２２，４４（９）：２５-27，30．

［２］姚寒青，劉健智．基于核心素養的物理規律教學設計——以“萬有引力定律”教學為例［Ｊ］．物理之友，２０２２，３８（１０）：１４－１６．

［３］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［4］張蘭蘭，鄭恬恬，南亞亞，等．基于物理學科核心素養的支架教學——以“光的偏振”為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２２，５１（５）：４１-44．

［5］馮楠．基于核心素養的科學探究教學設計——以“電阻”教學為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２２，５１（５）：３８-40．

［6］董友軍，袁登山，王磊．基于學習進階理論的中學物理規律教學策略——以人教版“牛頓第三定律”為例［Ｊ］．物理通報，２０２３（１）：３8-43．（欄目編輯" " 劉" "榮）

收稿日期：2023-08-13

作者簡介：李冬花（1987-），女，中學一級教師，主要從事高中物理教學實踐研究。