顧永晉

摘 要：在高中物理教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一，是提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。電場強(qiáng)度是高中物理中的一個重要物理量，但又非常抽象難以理解，對學(xué)生的思維能力要求高。本文以電場強(qiáng)度的教學(xué)設(shè)計思想為例，探討在課堂中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)展 科學(xué)思維 教學(xué)設(shè)計

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面。通過高中階段的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生達(dá)到的科學(xué)思維目標(biāo)是具有構(gòu)建模型的意識和能力；運(yùn)用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個方面對相關(guān)問題進(jìn)行推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論；具有使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對研究的問題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測；具有批判性思維的意識，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題，追求科技創(chuàng)新?？茖W(xué)思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，是教師需要思考的教學(xué)策略。筆者以電場強(qiáng)度的概念教學(xué)過程為例，列舉培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的幾種途經(jīng)。

一、設(shè)計思路

電場強(qiáng)度是一個用比值定義的物理量，它是用來描述電場的性質(zhì)，而電場是看不見、摸不著的一種物質(zhì)，學(xué)生很難理解。筆者通過類比、概括、抽象、邏輯推理等多角度設(shè)計活動過程，讓學(xué)生體會物理概念的形成過程，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。從學(xué)生已有知識的磁場知識的基礎(chǔ)上，類比推理得出電場的概念，并體會科學(xué)家提出這一概念的思想方法；從電場具有對位于其中的電荷有力的作用這一性質(zhì)出發(fā)，提出研究電場的基本方法是在其中放入檢驗電荷；檢驗電荷所受到的靜電力能否用來描述電場，是鍛煉學(xué)生思維、質(zhì)疑和推理能力的重要環(huán)節(jié)，教學(xué)中不能一代而過，需讓學(xué)生理解這一研究過程。

二、活動設(shè)計

（一）課前準(zhǔn)備，布置預(yù)習(xí)作業(yè)

在初中我們學(xué)習(xí)過磁場的有關(guān)知識，磁體能使放在它周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁體和小磁針沒有接觸，他們之間為什么會有相互作用，教描述了磁場的概念。那是如何研究磁場的呢？類比思考：在上一節(jié)中我們學(xué)習(xí)了庫侖定律，實驗中，帶電體是如何使用細(xì)線懸掛的帶電小球產(chǎn)生力的作用的？

（二）新課教學(xué)——電場

學(xué)生活動1——小組匯報所預(yù)習(xí)的初中知識及思考，提出相關(guān)猜想。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生體會根據(jù)已有的知識進(jìn)行類比，尋找事物的普遍聯(lián)系規(guī)律，激勵學(xué)生大膽猜想假設(shè)。

學(xué)生活動2——閱讀教材，科學(xué)家是如何提出電場這一概念的過程。

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生了解法拉第，提高學(xué)習(xí)興趣，并體會科學(xué)家提出一種觀點(diǎn)所經(jīng)歷的艱辛歷程。

問題1：法拉第首先提出電荷周圍存在著由它產(chǎn)生的電場，處在電場中的其他電荷受到的作用力就是這個電場給予的。請描述他的解釋？

【設(shè)計意圖】讓學(xué)生通過描述法拉第對電荷間相互作用的解釋，讓學(xué)生初步理解電場是如何對電荷進(jìn)行作用的，即A電荷給B電荷的作用力是通過A電荷的電場產(chǎn)生的；而B電荷給A電荷的力是通過B電荷的電場產(chǎn)生的。

問題2：電場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，我們?nèi)绾卧谌パ芯克兀?/p>

【設(shè)計意圖】引導(dǎo)學(xué)生理解電場既然有對放入其中的電荷有力的作用，要研究電場，就可以在電場中放入電荷，考慮能否用電場力來描述電場，同時引出檢驗電荷這一理想模型。為電場強(qiáng)度概念的出現(xiàn)做好鋪墊，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的推理能力。

（三）新課教學(xué)——電場強(qiáng)度

教師引導(dǎo)：回憶1.2-1實驗，帶電小球是用來檢驗電場是否存在及其分布情況的，叫試探電荷（檢驗電荷）。被檢驗的電場是金屬球Q所激發(fā)的，所以Q所帶的電荷成為場源電荷（源電荷）。對于試探電荷，是有要求的，它的電荷量和尺寸必須充分小，保證對金屬球Q上的電荷（電場）分布不產(chǎn)生影響。

思考：實驗表明，同一試探電荷在電場中不同位置受力不一樣，表明電場是有強(qiáng)弱的，怎么研究電場強(qiáng)弱呢？

【設(shè)計意圖】（1）讓學(xué)生理解檢驗電荷這一理想模型的抽象過程；（2）引導(dǎo)學(xué)生通過實驗觀察，分析得出電場有強(qiáng)弱這一事實。

學(xué)生活動3——小組討論：通過以上的學(xué)習(xí)，我們知道電場的明顯特征是他對電場中的電荷有靜電力的作用，能否用電場力來描述電場的強(qiáng)弱呢？

【設(shè)計意圖】引導(dǎo)學(xué)生分析：試探電荷所受的靜電力不能描述電場的強(qiáng)弱，或者說不能描述電場的性質(zhì)。原因是，根據(jù)庫侖定律，不同的試探電荷在電場中同一點(diǎn)所受的靜電力不同。換句話說，靜電力的大小不僅與電場有關(guān)，還與試探電荷的電量有關(guān)。從而得出電場的性質(zhì)應(yīng)只與試探電荷與場源點(diǎn)荷的距離有關(guān)這一結(jié)論。

分析假設(shè)：如果試探電荷q1在電場中某點(diǎn)受到的靜電力為F1，另一個同樣的試探電荷在這一點(diǎn)受到的靜電力一定也是F1；兩個這樣的電荷在這一點(diǎn)的靜電力可能是2F1……也就是說，試探電荷在電場中某點(diǎn)受到的電場力F可能與試探電荷的電荷量q成正比。即F=Eq，E為比例常數(shù)，q為電荷量。

推理檢驗：在電荷量為Q的帶電體產(chǎn)生的電場中，設(shè)想在離帶電體Q距離r處放置試探電荷q1，它受到的靜電力為F=kQq1/r2，在該處放置試探電荷q1，則受到的靜電力為F=2kQq1/r2……實驗表明我們的假設(shè)是正確的。

觀察關(guān)系式發(fā)現(xiàn)，式中kQ/r2是常數(shù)，把關(guān)系式F=Eq變形為E=F/q，比值F/q是一個與試探電荷無關(guān)的量，它的大小完全由電場確定。再回到帶電金屬球產(chǎn)生的電場中去看看這一比值，則F/q=kQ/r2，它確實是與試探電荷無關(guān)，僅與該點(diǎn)到帶電金屬球的距離有關(guān)。至此，描述電場性質(zhì)的物理量就找到了。也就是，引入電場強(qiáng)度概念的時機(jī)已經(jīng)成熟：試探電荷在電場中某點(diǎn)所受靜電力與它的電荷量的比值叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，定義式是E=F/q。

三、總結(jié)提升

構(gòu)建物理模型是一種重要的思維方式，教師在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生體會思想方法；根據(jù)已掌握的知識類比推測假設(shè)，并利用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行推理驗證；創(chuàng)設(shè)物理情境讓學(xué)生體會概念的形成過程等方式對發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途經(jīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2017.