高中物理問題驅動式教學案例

關鍵詞：高中物理；問題驅動；過程展開；靜電感應

中圖分類號：G633.7" " 文獻標識碼：B" " 文章編號：1009-010X（2024）26-0062-03

近年來，越來越多的高中以“清北”升學率、奧賽、強基、培優作為第一要務，錯誤理解“高效課堂”的內涵，以少講精講、題海戰術為主要抓手，忽視學生“問題意識”“提問能力”的培養，很多教師設計的新授課更像復習課，選擇用導學案或練習冊代替教科書，用口述物理現象代替真實實驗，用字詞分析物理規律代替推理得出物理規律的過程，用示范講解例題和反復套做代替應用物理知識解釋自然現象和解決生產生活中實際問題，導致很多學生不會提問、不會思考、不會研究，部分學生甚至失去對物理學科的學習興趣，影響其職業規劃。

“問題驅動式”教學可避免這些問題，其旨在為學生提供一個交流、互動、合作的平臺，引導學生去發現問題、提出問題、探究問題、解決問題，讓學生經歷問題解決的完整過程，在問題解決過程中學習，在學習過程中解決問題，進而促進學生核心素養的養成，以滿足個人終身發展和社會發展需要。在教學中，教師通過問題驅動引導學生經歷物理概念的建立、物理規律的得出過程，滲透物理學的研究方法與思想，使學生真正學會物理、會學物理，從而提升解決實際物理問題的能力。本文以“靜電感應的應用和防止”問題驅動式教學的教學設計為例展開說明。

一、教材分析

“靜電感應的應用和防止”是人民教育出版社普通高中物理教科書必修第三冊第九章第四節的內容。學生在這之前已經學習了靜電場基本性質，以及與此有關的概念、規律、描述方法等。本節課，學生開始對靜電感應深入研究，學習靜電吸附的具體應用，如靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印等。本節是這一章的難點，內容抽象、深奧，在生產生活中涉及面廣。通過本節教學，學生可加強對靜電場知識的理解、掌握和運用，亦可體會“物理處處有生活，生活處處有物理”的學科認知，從而激發學習興趣。本節課的關鍵環節是靜電實驗，而靜電實驗受天氣條件影響比較大，成功率低，故當實驗失敗時，教師需要引導學生提出問題、分析原因、解決問題，以達到預期的教學目的。

二、教學目標

物理觀念：形成靜電感應觀念，會從靜電平衡的視角描述和解釋生產生活中的靜電現象。

科學思維：引導學生通過問題驅動將靜電平衡、靜電屏蔽問題中的對象或者過程構建成物理模型，運用科學思維方法推理靜電引火、靜電屏蔽、靜電除塵現象并作出解釋。

科學探究：小組合作，選擇合適的器材對理論猜想進行科學探究，引導學生對探究的過程及結果做準確的表述與展示。

科學態度與責任：體會生活中的靜電現象，培養探究物理現象的樂趣；體會物理學科的價值，引導學生認識科學·技術·社會·環境的關系，形成保護環境的社會責任感。

三、教學重難點、教學方法

教學重點：靜電平衡概念，導體處于靜電平衡狀態的特征。

教學難點：尖端放電、靜電屏蔽、靜電除塵原理。

教學方法：演示實驗法、提問法、小組研討。

四、教學過程

教學過程分為實驗引領新課導入、問題串突破新知學習、小組合作實驗探究、小魔術夯實知識應用四個環節。

（一）新課導入

教師演示靜電引火實驗：利用感應圈引燃蘸有酒精的棉花，如圖1所示。提出問題：為什么棉花會被引燃？其中蘊含著什么物理原理？

創設情景：把不帶電的金屬導體放到電場強度為E0 的電場中，將會出現什么結果？

（二）問題驅動

點評：教師從導體中的自由電子角度提出第一串問題，從導體內部電場角度提出第二串問題，同時通過動畫形象地模擬靜電平衡過程，逐步引導學生由表及里地分析問題、解決問題，認識靜電平衡過程。在學生獨立思考回答問題串的過程中，師生一起歸納總結靜電平衡這一概念，猜想出處于靜電平衡狀態導體的特征，突破本節課的教學重點。

（三）小組合作實驗探究

通過對問題串進行分析，學生猜想了靜電平衡狀態下導體可能具有的特征。為驗證實驗猜想，學生以小組為單位設計實驗方案，并選擇合適的器材進行實驗探究，教師注意提醒學生，探究過程中不能用手觸碰起電機的起電棒。

實驗1：將感應起電機和兩塊平行放置的鋁板相連，再將鐵絲籠罩放至在兩塊鋁板之間，搖動感應起電機，觀察固定在網罩內部和外部驗電羽的張角情況。

實驗2：將感應起電機與金屬網罩相連，觀察固定在金屬網罩內、外驗電羽的張角情況。

實驗3：將感應起電機和帶有尖端的金屬導體相連，觀察附著在尖端和平滑處以及凹下去處小紙條的張角情況。

點評：學生分組討論確定實驗方案、動手操作、觀察現象，以小組為單位對實驗現象進行討論、解釋成因、交流體會、分享感悟，進而歸納總結“處于靜電平衡狀態的帶電導體的電荷分布特征”結論。學生通過實驗驗證提升觀察能力，加深對靜電平衡的理解，同時歸納總結實驗結論。

（四）知識應用

本節課的核心概念“靜電平衡”及處于靜電平衡狀態導體在生產生活中主要有以下三個應用：尖端放電“避雷針”、靜電屏蔽“防護服”、靜電吸附“煙囪除塵”。

1.尖端放電：兩金屬板與感應圈相連，尖端與圓頭的兩金屬釘放置于金屬板之間，如圖2所示。實驗任務：對比觀察尖銳金屬頂端和圓滑金屬頂端的放電現象，利用處于靜電平衡狀態的導體特征小組討論分析尖端放電現象原因，利用任務驅動引出靜電現象上的應用——避雷針。

問題驅動：（1）在尖端放電原理的基礎上，請解釋本節課開始的演示實驗中酒精棉為什么會點燃？（2）如果這個棉花是一棟房子，想要保護房子怎么辦？如圖3所示。

2.靜電屏蔽：演示火燒防輻射服一角，觀察現象。

3.靜電吸附（見圖4）。

點評：通過對以上兩個小實驗的揭秘，讓學生了解靜電給生活帶來的便利。通過分析煙霧是霧霾的成因之一，讓學生體會科學·技術·社會·環境的關系，形成保護環境的社會責任感。

問題驅動式教學中問題串的設置得有層次性、啟發性，能夠促使全體學生參與。如課例中的兩個問題串，共15個問題，選擇高中物理中“力的思想”作為起點，起點門檻低，每位同學都能思考，在受電場力的作用下電子的運動狀況、停止的位置、是否產生新的電場、電荷怎么分布等問題，層次性非常強。認識的過程是循序漸進的，故問題的設置也應由淺入深，符合學生的認知水平。

問題驅動式教學中創設的問題情境要與生產生活實際密切結合，與學生熟悉或感興趣的自然現象相聯系，以此提升學生的物理學習興趣。教師創設恰當的問題情境的目的在于將學生置身于問題情境之中，營造良好學習氛圍，生發出有價值的問題，激發學生學習興趣和動機，最大程度地促進學生深入思考。