陳紹輝

(北京市第一五九中學(xué) 北京 100033)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出課程的目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，最終完成“立德樹(shù)人”根本任務(wù).教材、教學(xué)、評(píng)價(jià)是達(dá)成目標(biāo)的3個(gè)基本方面.物理教材經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用和反復(fù)修訂，語(yǔ)言精練準(zhǔn)確，內(nèi)容豐富成熟，且與時(shí)俱進(jìn)，為教學(xué)保證了正確的道路，為評(píng)價(jià)提供了很好的素材.總結(jié)、把握高考評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，反思、改進(jìn)中學(xué)物理教學(xué)，以更好地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，值得深入思考、持續(xù)探索.

1 對(duì)靜電場(chǎng)相關(guān)試題的分析

核心素養(yǎng)在《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》被明確提出，是對(duì)三維教學(xué)目標(biāo)的繼承與發(fā)展.物理學(xué)科核心素養(yǎng)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)任等4個(gè)方面.每個(gè)方面由3到4個(gè)要素構(gòu)成，共14個(gè)要素，有物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念、模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新、問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流、科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任.課程標(biāo)準(zhǔn)明確了核心素養(yǎng)各個(gè)方面的水平層級(jí)及具體標(biāo)準(zhǔn).核心素養(yǎng)的水平標(biāo)準(zhǔn)是劃分學(xué)業(yè)質(zhì)量的主要維度；課程標(biāo)準(zhǔn)將高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為5個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)與核心素養(yǎng)的層級(jí)水平相一致.

北京高考將物理學(xué)科的能力要求劃分為理解能力、推理能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?yīng)用能力和探究能力等5種能力，有15個(gè)具體要求.北京高考物理要求的學(xué)科能力和核心素養(yǎng)互有交叉、內(nèi)含其間.

由上，核心素養(yǎng)的要求已經(jīng)體現(xiàn)在北京物理高考中.

將2004—2018年北京高考靜電場(chǎng)試題對(duì)核心素養(yǎng)的考查進(jìn)行梳理，包括試題主要對(duì)應(yīng)核心素養(yǎng)哪個(gè)方面、哪種要素、屬于哪個(gè)水平，如表1所示.梳理有一定的主觀性，因?yàn)橐坏涝囶}往往會(huì)考查核心素養(yǎng)的多個(gè)方面、多種要素.為使結(jié)構(gòu)層次更清晰，將部分試題歸類.另外，實(shí)驗(yàn)探究類試題暫未入選，但需明確，做好實(shí)驗(yàn)是正常物理教學(xué)的基本要求之一.

表1 2004—2018年北京高考部分靜電場(chǎng)試題對(duì)核心素養(yǎng)的考查

續(xù)表

續(xù)表

由表1的梳理，我們對(duì)北京物理高考試題特點(diǎn)、評(píng)價(jià)立意有如下認(rèn)識(shí).

(1)試題涉及核心素養(yǎng)的各個(gè)方面、各個(gè)水平，為不同發(fā)展水平的學(xué)生都能在考試中有所發(fā)揮提供了空間.體現(xiàn)以考生為中心、發(fā)揮學(xué)生所長(zhǎng)的考試追求.

(2)試題回歸教材.多數(shù)試題所述情境都能從北京地區(qū)所用的教材中找到原型或相關(guān)內(nèi)容.體現(xiàn)了“走大道、求大氣”的命題風(fēng)格.

(3)試題著力考查核心概念.本塊所涉及的核心概念包括電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能、電勢(shì)等.多數(shù)試題都涉及到了這些概念，沒(méi)有偏難繁怪，而是情境熟悉、問(wèn)題簡(jiǎn)單，但往往非常深刻.體現(xiàn)了基礎(chǔ)、簡(jiǎn)潔的命題理念.

(4)試題回歸學(xué)科本質(zhì)，以學(xué)科思想方法將各模塊內(nèi)在緊密相連.靜電場(chǎng)所涉及思想方法有場(chǎng)的概念、能量觀、守恒思想、宏觀微觀相聯(lián)系的思想、比值定義法、類比法等.體現(xiàn)出寬廣融通的命題思路.

2 對(duì)正常教學(xué)的回歸與靜電場(chǎng)核心概念教學(xué)設(shè)計(jì)案例

北京物理高考評(píng)價(jià)注重回歸教材，以能力立意，在簡(jiǎn)單問(wèn)題、熟悉情境中，考查了對(duì)學(xué)科思想方法的深入理解，考到了各模塊的縱向融通，考出了學(xué)科的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力；對(duì)中學(xué)物理教學(xué)回到正常狀態(tài)起到了很好的引導(dǎo)作用.反觀中學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，老師講學(xué)生記不用教材、介紹概念不建構(gòu)概念、講知識(shí)不講思想方法等不正常的現(xiàn)象還比較普遍；在高考復(fù)習(xí)時(shí)，過(guò)度練習(xí)，局限在各模塊內(nèi)橫向聯(lián)系，不重視學(xué)科縱向融會(huì)貫通，更是廣泛存在.

以靜電場(chǎng)為例.在平時(shí)教學(xué)中，以下非正常的現(xiàn)象是“常態(tài)”.傳授給學(xué)生庫(kù)侖定律的表達(dá)式，記憶之后，講練含有庫(kù)侖力的各類力學(xué)難題，如兩個(gè)電荷相互環(huán)繞做圓周運(yùn)動(dòng)、3個(gè)電荷的平衡等.給出電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能、電勢(shì)等的計(jì)算式，展示電場(chǎng)線、等勢(shì)面分布圖，記住之后講練大量題目，且美其名曰“提高解決力電綜合問(wèn)題的能力”.對(duì)于靜電平衡、電容，也多是傳授結(jié)論、公式，記住之后，通過(guò)做題來(lái)強(qiáng)化相關(guān)知識(shí).在復(fù)習(xí)階段，覺(jué)得學(xué)生把知識(shí)忘了，先回顧、捋一遍知識(shí)點(diǎn)，之后進(jìn)行大量“刷題”.總之，概念是“講”的，且還要盡可能壓縮“講”的時(shí)間，擠出時(shí)間來(lái)練習(xí)做題.念念不忘、殫精竭慮地通過(guò)做題來(lái)落實(shí)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)知識(shí)得出的過(guò)程、其間蘊(yùn)含的方法、各模塊之間的聯(lián)系，思之甚少，即便偶有說(shuō)到，也是無(wú)心之舉而非有意為之.

由評(píng)價(jià)來(lái)反思教學(xué)，使教學(xué)回歸到正常狀態(tài)，應(yīng)努力做到以下幾點(diǎn)：(1)新授課注重核心概念的建立過(guò)程，著力加深對(duì)概念的理解；(2)復(fù)習(xí)課以學(xué)科思想方法為抓手，前后融會(huì)貫通，構(gòu)建知識(shí)體系；(3)始終堅(jiān)持多用教材，回歸教材，而非盲目多做題.

下面就靜電場(chǎng)核心概念的教學(xué)舉例說(shuō)明.

案例1：電場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度的教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：復(fù)習(xí)提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材(指人教版教材).初步了解“電場(chǎng)”“靜電場(chǎng)”的存在.

環(huán)節(jié)二：形象化方法表示電場(chǎng).與“風(fēng)”類比，“風(fēng)”看不見(jiàn)摸不著，可以畫(huà)幾條線來(lái)表示“風(fēng)”，如圖1所示(用PPT投影).可以用“看得見(jiàn)”的陰影來(lái)表示電場(chǎng)，如圖2所示(用粉筆在黑板上涂畫(huà)).

圖1 用幾條線來(lái)表示風(fēng)

圖2 用陰影來(lái)表示電場(chǎng)

環(huán)節(jié)三：初步認(rèn)識(shí)電場(chǎng)性質(zhì).通過(guò)圖2認(rèn)識(shí)到電場(chǎng)對(duì)電荷有力的作用，認(rèn)識(shí)電場(chǎng)有強(qiáng)弱和方向.

環(huán)節(jié)五：推導(dǎo)點(diǎn)電荷電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的表達(dá)式.按庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度定義式推導(dǎo)點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)式.并與定義式做對(duì)比，認(rèn)識(shí)兩者的聯(lián)系和區(qū)別.

環(huán)節(jié)六：場(chǎng)強(qiáng)的疊加.通過(guò)具體例子掌握?qǐng)鰪?qiáng)的矢量疊加.

環(huán)節(jié)七：電場(chǎng)線.通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)演示、閱讀教材對(duì)各種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布有初步的理解，不可簡(jiǎn)單告知.對(duì)電場(chǎng)線不會(huì)相交相切等特點(diǎn)應(yīng)用“反證法”予以分析證明.

案例2：電勢(shì)能、電勢(shì)的教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：復(fù)習(xí)回顧重力場(chǎng)中功、能特點(diǎn).

環(huán)節(jié)二：創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題.如圖3所示，引出“電場(chǎng)的能”.是不是勢(shì)能呢？關(guān)鍵就看電場(chǎng)力做功是否與路徑無(wú)關(guān).

圖3 “電場(chǎng)的能”的引入情境

環(huán)節(jié)三：電場(chǎng)力做功的特點(diǎn).利用圖4推導(dǎo)“電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)”.相較教材，圖4多了乙圖、丙圖，搭接“思維臺(tái)階”.

圖4 推導(dǎo)電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)

環(huán)節(jié)四：電勢(shì)能的引入.類比“重力做功與路徑無(wú)關(guān)，可引入一個(gè)與位置有關(guān)的重力勢(shì)能”，在圖3情境中“電場(chǎng)的能”正是電勢(shì)能Ep電.仍在圖3情境中，討論“電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大”.分析得出，試探電荷無(wú)論正負(fù)，這一結(jié)論都成立.由能量守恒有“ΔEp電=-ΔEk”，由動(dòng)能定理“W合=W電=ΔEk”，得到“W電=-ΔEp電”.進(jìn)一步得到“W電=Ep電初-Ep電末”，與“WG=Ep初-Ep末”類似，不難得出“電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功”.

環(huán)節(jié)五：做一道題.如下.

【題目】A和B為電場(chǎng)中某條電場(chǎng)線上的點(diǎn)，如圖5所示，將q=1 C的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力做功5 J，則:

(1)電場(chǎng)方向由A到B，還是由B到A？(A到B)

(2)電荷在哪點(diǎn)的電勢(shì)能大？大多少？(A點(diǎn)大，5 J)

(3)規(guī)定B點(diǎn)為零電勢(shì)能點(diǎn)，在A點(diǎn)電勢(shì)能多大？(5 J)

圖5 題圖

環(huán)節(jié)六：電勢(shì)的比值定義.利用上述例題，提出問(wèn)題，詳細(xì)討論A，C點(diǎn)“電勢(shì)能與電荷比值”的變與不變.并與圖6重力場(chǎng)類比.最后得出電勢(shì)定義，是電勢(shì)能與電荷的比值.

圖6 重力場(chǎng)

環(huán)節(jié)七：等勢(shì)面.注意與等高線類比，用反證法證明等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線垂直.掌握幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的等勢(shì)面分布，教材中沒(méi)有的要補(bǔ)充.

3 基于學(xué)科思想方法貫通的復(fù)習(xí)課教學(xué)建議

(1)場(chǎng)的概念.高中物理涉及重力場(chǎng)、引力場(chǎng)、磁場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、渦旋電場(chǎng)等.可從場(chǎng)怎樣產(chǎn)生、強(qiáng)弱如何描述、是否有“勢(shì)”、可否組合為復(fù)合場(chǎng)、物體在場(chǎng)中能做何運(yùn)動(dòng)、涉及哪些能量等角度進(jìn)行認(rèn)識(shí).并對(duì)各種場(chǎng)做比較、找異同.

(2)能量觀.回顧重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、引力勢(shì)能、電勢(shì)能、分子勢(shì)能等，弄清對(duì)應(yīng)何種力做功.領(lǐng)悟勢(shì)能是與位置有關(guān)的能量，當(dāng)力做功與路徑無(wú)關(guān)時(shí)才能引入.將各勢(shì)能做比較、找異同.從能量的視角審視靜電場(chǎng)一些典型情境.比如，兩個(gè)電荷之間是否有電勢(shì)能、隨距離如何變化？靜電感應(yīng)是否會(huì)“創(chuàng)造”能量？電容器充放電和極板發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能量如何轉(zhuǎn)化、怎樣計(jì)算？

(3)守恒的思想.電荷、能量、動(dòng)量的守恒自不必說(shuō).北京物理高考涉及點(diǎn)電荷周?chē)妶?chǎng)線條數(shù)在各個(gè)球面上相等，這是守恒思想的深化.可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)在同一電路“電流相等”、同一管道“水量不變”等，拓展對(duì)守恒思想的認(rèn)識(shí).

(4)宏觀微觀相互聯(lián)系的思想.通過(guò)閱讀教材，掌握金屬的微觀結(jié)構(gòu).靜電感應(yīng)是宏觀現(xiàn)象，微觀本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，具體過(guò)程如何？宏觀電路電流現(xiàn)象，微觀本質(zhì)是電荷在電場(chǎng)中受力、運(yùn)動(dòng)、做功能量轉(zhuǎn)化.

(5)物理量的定義方式和表達(dá)方法.電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電容都用了比值定義，又有對(duì)應(yīng)的決定式，此間共性可以貫通前后.物理量可以用公式、坐標(biāo)圖、圖景來(lái)表達(dá)，我們往往注重某一方式而忽略其他.比如電場(chǎng)強(qiáng)度E，電勢(shì)φ，公式表達(dá)比較常見(jiàn)，電場(chǎng)線、等勢(shì)面等圖景表達(dá)也比較熟悉，但是用坐標(biāo)圖表達(dá)容易被忽視.可引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)一畫(huà)E-x和φ-x圖，能夠更好理解相關(guān)物理量.

類比法、反證法等前文多有論述，本塊還有涉及此類學(xué)科方法的其他內(nèi)容，應(yīng)努力挖掘，限于篇幅，不再論述.

4 結(jié)束語(yǔ)

靜電場(chǎng)的核心概念比較抽象，直接告知記憶，輔以大量練習(xí)，會(huì)導(dǎo)致死記硬背、生搬硬套、越學(xué)越糊涂.在教學(xué)中應(yīng)利用形象化的手段和類比的方法，抽絲剝繭、環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，經(jīng)歷過(guò)程，幫助學(xué)生建立正確的概念.

雖然高中物理學(xué)被習(xí)慣地分為力、熱、電、光、原子5塊，但是各模塊之間可由學(xué)科核心概念、思想方法緊密關(guān)聯(lián).新授課，應(yīng)予滲透；復(fù)習(xí)課，應(yīng)明示各模塊的知識(shí)關(guān)聯(lián)和邏輯聯(lián)系，幫助學(xué)生形成對(duì)學(xué)科內(nèi)容的整體認(rèn)識(shí).

這樣做，是對(duì)正常教學(xué)的回歸，也與北京物理高考評(píng)價(jià)相一致，做到教學(xué)與評(píng)價(jià)相得益彰.