陳強(qiáng)燕

(江蘇省石莊高級(jí)中學(xué),江蘇 如皋 226531)

“電場(chǎng)強(qiáng)度”概念建構(gòu)的活動(dòng)探究式教學(xué)

陳強(qiáng)燕

(江蘇省石莊高級(jí)中學(xué),江蘇 如皋 226531)

本文以電場(chǎng)強(qiáng)度概念建構(gòu)的活動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)“活動(dòng)探究式”教學(xué)，實(shí)現(xiàn)抽象概念的意義建構(gòu)，促進(jìn)高中物理概念教學(xué)的創(chuàng)新.

物理概念；電場(chǎng)強(qiáng)度；活動(dòng)探究；教學(xué)設(shè)計(jì)

1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

高中物理中有這樣一類抽象物理概念,如電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、磁感應(yīng)強(qiáng)度等,學(xué)生無(wú)感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ),它們構(gòu)成了高中物理教學(xué)中的一個(gè)個(gè)難點(diǎn).但這類概念的教學(xué)在高中物理教學(xué)中的作用卻不可忽視,一方面可使學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí),另一方面能夠培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力.在抽象概念教學(xué)過(guò)程中,需要教師創(chuàng)設(shè)與物理概念產(chǎn)生、建立和發(fā)展相似或相同的情境,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷抽象物理概念的建構(gòu)過(guò)程,體會(huì)科學(xué)家的邏輯思維過(guò)程,并使之成為學(xué)生提升科學(xué)思維能力的源泉.因此我們?cè)诔橄蟾拍畹慕虒W(xué)過(guò)程中有必要探尋一種有效的教學(xué)策略.筆者以“電場(chǎng)強(qiáng)度”的概念建構(gòu)為例,來(lái)談?wù)劇盎顒?dòng)探究式”的教學(xué)模式,即:創(chuàng)設(shè)類比問(wèn)題情境—學(xué)生自主探究—學(xué)生交流展示—教師引導(dǎo)點(diǎn)撥—概念自然建構(gòu)—應(yīng)用拓展,以降低學(xué)生對(duì)抽象概念理解的難度,培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維和發(fā)散思維的能力.

2 學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了庫(kù)侖定律,掌握了電荷之間的相互作用力.雖然學(xué)生還不了解電荷間的相互作用是如何產(chǎn)生的,但學(xué)生已經(jīng)具備了探究該相互作用產(chǎn)生原因的認(rèn)知水平.通過(guò)電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建構(gòu)過(guò)程,體驗(yàn)科學(xué)家的邏輯思維過(guò)程,汲取他們的智慧,使之成為提升學(xué)生科學(xué)思維能力的源泉.

3 教學(xué)過(guò)程

活動(dòng)一:實(shí)例分析、閱讀分析、歸納總結(jié),建構(gòu)電場(chǎng)的概念.

師：用腳踢球,腳與球發(fā)生了相互作用,這種相互作用是如何產(chǎn)生的?

生：直接接觸.

師：兩個(gè)電荷并不直接接觸,閱讀并分析教材P10第三、四自然段,思考：電荷間相互作用力是如何產(chǎn)生的?

學(xué)生自主研習(xí),小組合作探究,交流展示(如圖1).

圖1 電荷間的相互作用

由此可見(jiàn),電荷間的相互作用是通過(guò)某種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)產(chǎn)生的,法拉第將其命名為電場(chǎng).

定義電場(chǎng)概念:電荷在其周圍空間激發(fā)的一種特殊物質(zhì)叫做電場(chǎng);靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)叫做靜電場(chǎng);電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用.

設(shè)計(jì)說(shuō)明:通過(guò)學(xué)生熟悉的接觸相互作用出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，自主探究電荷間的非接觸相互作用是如何產(chǎn)生的,學(xué)生自然能夠體會(huì)不直接接觸的兩個(gè)電荷間的相互作用是通過(guò)某種看不見(jiàn)摸不著的特殊物質(zhì)產(chǎn)生的,了解電場(chǎng)和實(shí)物是物質(zhì)的兩種不同形式.在探究過(guò)程中體驗(yàn)法拉第的邏輯思維過(guò)程,汲取他的智慧,達(dá)到自身科學(xué)思維能力的不斷提升.

活動(dòng)二:師生合作探究電場(chǎng)的力性質(zhì),類比建構(gòu)電場(chǎng)強(qiáng)度的概念.

(1) 如圖2所示,在O位置放置點(diǎn)電荷Q,在其產(chǎn)生電場(chǎng)中的A位置和B位置分別放入不同電量的試探電荷q,已知當(dāng)q=q1時(shí),在A位置和B位置受到電場(chǎng)力分別為F1、F2.計(jì)算試探電荷所受靜電力的大小,填入表1中.

圖2 電場(chǎng)力的性質(zhì)

學(xué)生自主研習(xí)，小組合作探究，交流展示(如表1).

表1 試探電荷所受靜電力的大小

(2) 把同一試探電荷q放置在場(chǎng)源電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)中的不同點(diǎn),試探電荷q,所受靜電力F的大小一般是不同的,這說(shuō)明了什么?

生：說(shuō)明了電場(chǎng)中不同點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱不同.

(3) 我們能否直接用電場(chǎng)力F的大小來(lái)表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱?

生：不能,因?yàn)閹щ娏坎煌脑囂诫姾蓂放在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)所受電場(chǎng)力F的大小是不同的;同時(shí)還存在這樣的情況：如果在距場(chǎng)源電荷Q較近的A點(diǎn)放一個(gè)帶電量較小的試探電荷q,在距場(chǎng)源電荷Q較遠(yuǎn)的B點(diǎn)放一個(gè)帶電量較大的試探電荷q,會(huì)得出距離場(chǎng)源電荷Q較遠(yuǎn)的B點(diǎn)電場(chǎng)更強(qiáng)的錯(cuò)誤結(jié)論.

師：既然如此,我們就需要建構(gòu)一個(gè)新的物理量來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱.

(4) 2016年里約奧運(yùn)會(huì)100米賽跑決賽,飛人博爾特的成績(jī)?yōu)?.80s;400米賽跑決賽,范尼凱克的成績(jī)?yōu)?3.03s,他們倆誰(shuí)跑得更快?

生：飛人博爾特.

(5) 我們是否可以通過(guò)試探電荷所受電場(chǎng)力F與試探電荷所帶電荷量q的比值來(lái)比較電場(chǎng)中不同點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱?為什么?

生：可以,因?yàn)椤氨戎怠北硎締挝浑姾伤艿降碾妶?chǎng)力,比較“比值”就相當(dāng)于比較同一試探電荷在場(chǎng)中不同位置的所受電場(chǎng)力的大小,因此該“比值”能夠反映電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)弱.

(6) 由表1可知,電場(chǎng)中同一位置的“比值”相同,是一個(gè)常量;電場(chǎng)中不同位置“比值”一般不同.“比值”的這一特點(diǎn)說(shuō)明了什么?

生：“比值”是一個(gè)與試探電荷無(wú)關(guān)的物理量,它由場(chǎng)源電荷與場(chǎng)中位置決定,反映電場(chǎng)本身屬性.“比值”的大小反映場(chǎng)中該點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱,表征電場(chǎng)“力”的性質(zhì).

定義電場(chǎng)強(qiáng)度概念:物理學(xué)家將F/q定義為電場(chǎng)強(qiáng)度E,定義式是E=F/q,用來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向.我們規(guī)定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向相同.那么,負(fù)電荷在電場(chǎng)某點(diǎn)所受的電場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向相反.

設(shè)計(jì)說(shuō)明:本節(jié)教材對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建構(gòu)過(guò)程存在思維上的漏洞,教材沒(méi)有能夠明確指出為什么可以用試探電荷所受電場(chǎng)力與試探電荷所帶電荷量的“比值”來(lái)定義電場(chǎng)強(qiáng)度.難道就是因?yàn)閳?chǎng)中同一位置的“比值”是一常量嗎?顯然不是,采用比值定義法定義電場(chǎng)強(qiáng)度的根本原因是：比較電場(chǎng)的強(qiáng)弱必須采取相同的標(biāo)準(zhǔn),而“比值”滿足這一要求,也只有這樣比較才有意義.因此通過(guò)學(xué)生自主探究所帶電荷量不同的試探電荷在場(chǎng)中同一位置、所帶電荷量相同的試探電荷在場(chǎng)中不同位置所受靜電力的情況,引導(dǎo)學(xué)生得出靜電力不能用來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱.通過(guò)創(chuàng)設(shè)類比情境,使學(xué)生自然得出：可以通過(guò)試探電荷所受電場(chǎng)力與試探電荷所帶電荷量的“比值”來(lái)描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱.通過(guò)對(duì)教材的二度開(kāi)發(fā),彌補(bǔ)教材對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度概念建構(gòu)的邏輯思維上的漏洞.

活動(dòng)三:運(yùn)用電場(chǎng)強(qiáng)度的概念推導(dǎo)“真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)”場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式，辯明場(chǎng)強(qiáng)的方向特征，建構(gòu)場(chǎng)的疊加原理.

(1) 如圖3所示,真空中有一點(diǎn)電荷+Q,它所激發(fā)的電場(chǎng)中的P點(diǎn)到場(chǎng)源的距離為r,則P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是多大?方向如何?如圖4所示，若場(chǎng)源電荷帶負(fù)電,則該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向如何?

圖3 正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)

圖4 負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)

“真空中點(diǎn)電荷電場(chǎng)”的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向:正點(diǎn)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向背離場(chǎng)源電荷;負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向指向場(chǎng)源電荷.

(2) 如圖5所示，真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷Q1=+3.0×10-8C和Q2=-3.0×10-8C,它們相距0.1m,A點(diǎn)與兩個(gè)點(diǎn)電荷的距離r相等,均為0.1m.求:

①Q(mào)1在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E1,Q2在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E2;

② 電場(chǎng)中A點(diǎn)合場(chǎng)強(qiáng)E.

圖5 場(chǎng)的疊加

圖6 場(chǎng)的疊加原理

電場(chǎng)的疊加原理:如果場(chǎng)源電荷不止一個(gè),場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)場(chǎng)源電荷單獨(dú)作用時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量之和.

設(shè)計(jì)說(shuō)明:充分利用教材資源,教材中的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例,點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)的疊加設(shè)計(jì)得很好,難度不大,可放手讓學(xué)生自主合作探究,感受電場(chǎng)強(qiáng)度概念的應(yīng)用,對(duì)于相對(duì)淺顯的知識(shí)放手由學(xué)生自主合作探究,在提升學(xué)生的自主探究能力的同時(shí)節(jié)省了寶貴的教學(xué)時(shí)間.

4 結(jié)束語(yǔ)

抽象物理概念具有學(xué)生無(wú)感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)和難以做演示實(shí)驗(yàn)等特點(diǎn).因此在教學(xué)過(guò)程中,要通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,讓學(xué)生親歷抽象概念的建構(gòu)過(guò)程,使學(xué)生在真正理解并掌握抽象概念的同時(shí)感受物理學(xué)之美,開(kāi)啟思維之門(mén).

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