吳常光 謝祥金 李東

摘 要：物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理學(xué)科教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必要品格和關(guān)鍵能力。筆者在教學(xué)過程中，利用“導(dǎo)—學(xué)—教—評(píng)”模式，在幫助學(xué)生獲得知識(shí)的過程中，同時(shí)發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力，提升了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。本文以“電勢(shì)能和電勢(shì)”為例討論該模式的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng)；“導(dǎo)—學(xué)—教—評(píng)”模式；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）3-0075-4

發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)成為當(dāng)前基礎(chǔ)教育改革的方向。物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理學(xué)科教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必要品格和關(guān)鍵能力。在物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)物理情景激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生在情景中發(fā)現(xiàn)并提出有價(jià)值的物理問題，引導(dǎo)學(xué)生利用生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)進(jìn)行科學(xué)合理的分析、推理、論證，感悟科學(xué)探究解決問題的過程與方法，有利于促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。本文以“電勢(shì)能和電勢(shì)”的“導(dǎo)—學(xué)—教—評(píng)”設(shè)計(jì)為例，介紹如何在學(xué)生獲得知識(shí)的過程中，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力以及解決實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

1 設(shè)計(jì)理念

把教學(xué)看作是一個(gè)由教師的“導(dǎo)”、學(xué)生的“學(xué)”、教師的“教”和效果的“評(píng)”為四個(gè)要素組成的和諧整體（見圖1）。其中，教師通過啟發(fā)、誘導(dǎo)、提煉、評(píng)價(jià)等為學(xué)生的學(xué)習(xí)搭建支架，把學(xué)習(xí)的任務(wù)交給學(xué)生；學(xué)生接受任務(wù)后，通過自主學(xué)習(xí)或者小組學(xué)習(xí)的方式探究相關(guān)問題；教師以問題為導(dǎo)向來組織和推動(dòng)教學(xué)，呈現(xiàn)知識(shí)發(fā)生、發(fā)展的過程和邏輯，逐步完成教學(xué)任務(wù)。在此過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力及科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任。

2 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

2.1 導(dǎo)思建網(wǎng)絡(luò)（如圖2）

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過分析、思考而獲得新的知識(shí)、新的認(rèn)識(shí)，能使自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，逐步建立起自己的知識(shí)體系。

2.2 導(dǎo)思知目標(biāo)

通過建網(wǎng)絡(luò)，把教學(xué)的目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程聯(lián)系起來，讓教學(xué)目標(biāo)貫穿在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，成為學(xué)生檢驗(yàn)自己學(xué)習(xí)成果的標(biāo)準(zhǔn)。由于思維導(dǎo)圖呈現(xiàn)了電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能、能的性質(zhì)描述等知識(shí)點(diǎn)，由此學(xué)生要能明確本節(jié)課所要達(dá)成的目標(biāo)：知道靜電力做功的特點(diǎn)，掌握靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系；理解電勢(shì)能、電勢(shì)的概念，能根據(jù)電場(chǎng)線判斷電勢(shì)高低；知道什么是等勢(shì)面，并能理解等勢(shì)面的特點(diǎn)。

2.3 導(dǎo)思引問題

問題是推動(dòng)學(xué)生思維發(fā)展的關(guān)鍵，也是進(jìn)行教學(xué)的基本載體。教師應(yīng)注重問題情境的創(chuàng)設(shè)，啟發(fā)學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問題，明確目標(biāo)與問題間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確保問題及問題系統(tǒng)的清晰指向，以保障教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成，提高教學(xué)的有效性。

問題情景：

試探電荷q在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿不同路徑從A運(yùn)動(dòng)到B：（1）q沿直線從A到B；（2）q沿折線從A到M，再從M到B；（3）q沿任意曲線從A到B。如圖3所示。

生成的問題：

問題1：分析三種情景下電場(chǎng)力做功的情況。

學(xué)生討論得出：W=qELABcosθ

問題2：通過情景的三種情況，能夠得到什么結(jié)論？

教師重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)得出：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，靜電力移動(dòng)電荷所做的功，只與始末兩點(diǎn)的位置有關(guān)，而與電荷的運(yùn)動(dòng)路徑無關(guān)。并強(qiáng)調(diào)這個(gè)結(jié)論雖然是從勻強(qiáng)電場(chǎng)中推導(dǎo)出來的，但是對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)也是適用的。

問題3：電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)與以前研究過的什么力做功的特點(diǎn)相似？

學(xué)生思考得出：電場(chǎng)力做功與重力做功都與路徑無關(guān)。

問題情景深入1：根據(jù)功和能的關(guān)系，重力做功引起重力勢(shì)能的變化，同樣電場(chǎng)力做功要引起能量的變化，說明電荷在電場(chǎng)中具有能量。

生成的問題：

問題4：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化的關(guān)系？

學(xué)生思考討論，教師精講總結(jié)：電場(chǎng)力做多少功，電勢(shì)能就改變多少。電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能就減少，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能就增加，寫成表達(dá)式為：WAB=EPA-EPB。

問題情景深入2：電場(chǎng)力做的功只能決定電勢(shì)能的變化量，而不能決定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的數(shù)值。

生成的問題：

問題5：怎樣才能確定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能呢？

學(xué)生討論：只有先確定（規(guī)定）了電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能為零。則電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能就是把電荷從某點(diǎn)移動(dòng)到零電勢(shì)能位置時(shí)靜電力所做的功。公式為EPA=WA0。

問題6：要確定電勢(shì)能，必須選擇電勢(shì)能零點(diǎn)，如何選擇電勢(shì)能零點(diǎn)？

學(xué)生思考討論：若要確定電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能，應(yīng)先規(guī)定電場(chǎng)中電勢(shì)能的零位置。

教師精講：

關(guān)于電勢(shì)能零點(diǎn)的規(guī)定：大地表面或無窮遠(yuǎn)處被默認(rèn)為電勢(shì)能零點(diǎn)，所以，電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零電勢(shì)能位置時(shí)電場(chǎng)力所做的功。

問題情景深入3：電荷在電場(chǎng)中具有能量，說明電場(chǎng)具有能的性質(zhì)。

生成的問題：

問題7：如何描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)？電勢(shì)能可以描述嗎？

學(xué)生討論：電勢(shì)能與電荷本身有關(guān)，不能用來描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)。

問題8：電勢(shì)能跟電荷量的比值有何特點(diǎn)？

學(xué)生討論：一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，規(guī)定在O點(diǎn)的電勢(shì)能為零，A為電場(chǎng)中的任意一點(diǎn)，電荷q在A點(diǎn)的電勢(shì)能為電荷q由A點(diǎn)移動(dòng)到O點(diǎn)的過程中靜電力做的功，EPA=qELcosθ，電勢(shì)能跟電荷量的比值■=ELcosθ。

教師精講：電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能與電荷的比值，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，由電場(chǎng)唯一決定，我們把這一比值稱為電場(chǎng)中這一點(diǎn)的電勢(shì)，即φ=■。電勢(shì)是標(biāo)量，其國際單位為伏特，符號(hào)為V。

問題9：正的試探電荷沿著電場(chǎng)線移動(dòng)，電勢(shì)能如何變化？電勢(shì)如何變化？

學(xué)生自主討論：正的試探電荷沿著電場(chǎng)線移動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，電勢(shì)降低。

教師精講：電勢(shì)能的變化看電場(chǎng)力做什么功，沿電場(chǎng)線方向，電勢(shì)降低。要確定各點(diǎn)的電勢(shì)，與電勢(shì)能一樣，要先規(guī)定電場(chǎng)中某處的電勢(shì)為零，然后才能確定電場(chǎng)中其他各點(diǎn)的電勢(shì)，通常取無窮遠(yuǎn)或大地的電勢(shì)為零。

問題10：正電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)和負(fù)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)有何特點(diǎn)？

學(xué)生思考可以得出：選無窮遠(yuǎn)為電勢(shì)零點(diǎn)，則正電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)均為正，負(fù)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)均為負(fù)。

問題情景深入4：一般來說，電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)不同，但電場(chǎng)中也有許多點(diǎn)的電勢(shì)相等，我們把電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的面叫等勢(shì)面。

問題11：什么是等勢(shì)面？等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系如何？為什么？

學(xué)生小組討論、總結(jié)：在同一等勢(shì)面上各點(diǎn)的電勢(shì)相等，所以同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功，由此可得，等勢(shì)面與電場(chǎng)線垂直，即跟電場(chǎng)線方向垂直。又因?yàn)檠刂妶?chǎng)線的方向，電勢(shì)越來越低，得出電場(chǎng)線由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。

教師精講：

①掌握幾種典型帶電體周圍的等勢(shì)面；

②在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功；

③電場(chǎng)線跟等勢(shì)面一定垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面；

④等勢(shì)面不相交，不相切；

⑤等差等勢(shì)面密集處，電場(chǎng)強(qiáng)度大。

問題12：引入等勢(shì)面，對(duì)研究電場(chǎng)的性質(zhì)有何意義？

學(xué)生小組討論：

①利用等勢(shì)面可以形象地描述電場(chǎng)具有能的性質(zhì)；

②由等勢(shì)面來繪制電場(chǎng)線。

以問題為引導(dǎo)，在問題的生成與追問過程中，步步關(guān)聯(lián)、環(huán)環(huán)相扣、層層深入，引導(dǎo)學(xué)生在思考與疑惑中進(jìn)行對(duì)比、討論、交流、展示及收獲，深刻理解電勢(shì)能及電勢(shì)的概念及物理意義。這樣的靈活設(shè)問，易于促進(jìn)不同層次的學(xué)生物理觀念的形成和科學(xué)思維能力的不斷發(fā)展。

課堂的主導(dǎo)者是教師，主要學(xué)習(xí)者是學(xué)生。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)，在組織學(xué)生推進(jìn)解決問題的過程中，有效把控學(xué)生的小組合作學(xué)習(xí)進(jìn)程，讓大班下的小組合作學(xué)習(xí)走向良序的狀態(tài)。 在問題解決的過程中，要引導(dǎo)學(xué)生圍繞核心問題不斷深化、歸納與引申新的問題、深層次的問題，層次推進(jìn)，并對(duì)問題、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)與提煉。

2.4 評(píng)價(jià)促進(jìn)

顯性評(píng)價(jià)，就是讓非教學(xué)實(shí)施者從具體化的數(shù)字（分?jǐn)?shù)）來對(duì)教師教、學(xué)生學(xué)的效果進(jìn)行及時(shí)的評(píng)價(jià)。主要用試題的形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生把所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問題（試題）中去，通過應(yīng)用的過程去體會(huì)知識(shí)的價(jià)值，反思解決問題的策略、方式、思維，達(dá)到知識(shí)與技能的鞏固升華，實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的逐步提升。

例1 如圖4所示，P、Q是等量的正點(diǎn)電荷，O是它們連線的中點(diǎn)，A、B是兩點(diǎn)電荷連線中垂線上的兩點(diǎn)，OA

A.EA一定大于EB，φA一定大于φB

B.EA不一定大于EB，φA一定大于φB

C.EA一定大于EB，φA不一定大于φB

D.EA不一定大于EB，φA不一定大于φB

答案：B選項(xiàng)。

點(diǎn)評(píng)：①等量正點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)的電勢(shì)最低，中垂線上該點(diǎn)的電勢(shì)卻為最高，從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè)，電勢(shì)越來越低，從中點(diǎn)沿連線向兩側(cè)電勢(shì)越來越高；

②等量負(fù)點(diǎn)電荷連線及中垂線上電勢(shì)的變化規(guī)律與等量正點(diǎn)電荷的正好相反；

③等量正點(diǎn)電荷或等量負(fù)點(diǎn)電荷的連線中點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最小，中垂線上從中點(diǎn)向兩邊，電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減??；

④等量正點(diǎn)電荷或等量負(fù)點(diǎn)電荷連線及中垂線上關(guān)于連線中點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn)電勢(shì)相等；

⑤等量異種點(diǎn)電荷連線上，從正電荷到負(fù)電荷電勢(shì)越來越低，中垂線是一等勢(shì)線，連線上從兩電荷到中點(diǎn)，從中點(diǎn)往中垂線兩側(cè)，電場(chǎng)強(qiáng)度越來越小。

隱性評(píng)價(jià)，就是讓社會(huì)來對(duì)學(xué)生的人品、工作能力、適應(yīng)能力、創(chuàng)造能力等綜合能力進(jìn)行反饋評(píng)價(jià)。學(xué)生的綜合能力就很難用分?jǐn)?shù)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，因此，它的培養(yǎng)需要教師長(zhǎng)期潛移默化地以多種方式、多重角度進(jìn)行關(guān)注與教化。其主陣地也是在課堂，需要教師注重學(xué)生思考問題的深刻性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性、批判性、敏捷性和系統(tǒng)性等，并及時(shí)給予肯定、激勵(lì)的評(píng)價(jià)。

在物理課堂教學(xué)中，應(yīng)充分挖掘知識(shí)形成過程的教育功能。教師通過設(shè)計(jì)情境，生成達(dá)成目標(biāo)的一系列問題，而后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題，最后進(jìn)行總結(jié)提煉，進(jìn)一步完善學(xué)生的知識(shí)體系，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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