摘 要：在新版高中物理教材必修三“電荷”這節(jié)或者老教材選修3-1“電荷及其守恒定律”這節(jié)主要內(nèi)容有三種起電方式和電荷守恒等相關(guān)內(nèi)容。這節(jié)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)操作有一定難度，文章主要從平時教學(xué)實(shí)際出發(fā)試圖尋找出學(xué)生的科學(xué)思維上問題根源，結(jié)合實(shí)際情況以及部分案例來闡述優(yōu)化過程。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);物理觀念;科學(xué)思維;靜電感應(yīng);感應(yīng)起電

2020年1月開始實(shí)施的《浙江省普通高校招生選考科目考試說明》（以下簡稱《說明》）中高中物理關(guān)于“電荷及其守恒定律”這節(jié)內(nèi)容考試要求是c級要求，在《說明》中c級要求為簡單應(yīng)用，指能將物理事實(shí)、現(xiàn)象與概念、規(guī)律建立聯(lián)系，認(rèn)識規(guī)律適用的條件，并用以解決簡單問題。從要求中可以看出，該節(jié)內(nèi)容有一定難度且要解決問題，從課堂和課后作業(yè)中來觀察和分析，學(xué)生對靜電感應(yīng)現(xiàn)象掌握得并不如人意。

一、 存在和遇到的問題

這節(jié)內(nèi)容學(xué)生存在和遇到的問題，文章將從教材內(nèi)容、學(xué)生自身、教師、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)這幾個方面結(jié)合核心素養(yǎng)中的物理觀念和科學(xué)思維來一一探尋，試圖找到問題的根源所在，有針對性地調(diào)整和優(yōu)化。

（一）學(xué)生在教材中遇到的問題

新舊兩版教材描述靜電感應(yīng)內(nèi)容如下：當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時，由于電荷間相互吸引或排斥，導(dǎo)體中的自由電荷便會趨向或遠(yuǎn)離帶電體，使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端帶同號電荷。這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。利用靜電感應(yīng)使金屬導(dǎo)體帶電的過程叫做感應(yīng)起電。

內(nèi)容描述非常簡單，通過了解和調(diào)查，一般情況下學(xué)生在看書和理解過程抓住的關(guān)鍵詞是“趨向”和“遠(yuǎn)離”，并不深究其中原因。在作業(yè)和聽課過程中喜歡用這兩個關(guān)鍵詞去套用，而并沒有理解其中作用過程和內(nèi)涵本質(zhì)。

（二）學(xué)生自身問題

學(xué)生在初中階段簡單接觸了靜電感應(yīng)，諸如帶電物體能吸引通草球這類知識點(diǎn)，但是其中原因并沒有深入挖掘，如果高中階段只用“近異遠(yuǎn)同”這樣簡單粗略的方式處理，那么學(xué)生實(shí)際上還是沒有掌握其中的作用規(guī)律，只會一直停留在表面而不得要領(lǐng)。

（三）來自教師的問題

對于教材解讀，在很多課堂中，教師往往著重強(qiáng)調(diào)“近異遠(yuǎn)同”，朗朗上口，但不利于學(xué)生掌握其中作用規(guī)律，學(xué)生以囫圇吞棗的形式去學(xué)習(xí)，在實(shí)際問題中用“近異遠(yuǎn)同”口訣去套題，很容易得出啼笑皆非的結(jié)果。

（四）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所面對的問題

靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件較苛刻，若空氣濕度過大，實(shí)驗(yàn)成功率低，現(xiàn)象不明顯，尤其這個實(shí)驗(yàn)還要設(shè)計(jì)更復(fù)雜的情況，如接地、兩導(dǎo)體分開、撤去外部帶電體等，所以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)存在一些障礙，但是可以適當(dāng)?shù)乜朔蛢?yōu)化。不管哪種情況其內(nèi)在作用規(guī)律都要深入剖析，如果剖析不到位，實(shí)驗(yàn)并不能起到良好的效果，那么對這塊內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生如同霧里看花。

二、 對策分析

（一）關(guān)于教材處理

引導(dǎo)學(xué)生在教材文字內(nèi)容中找出關(guān)鍵詞進(jìn)行理解，在教學(xué)過程中特別重視和強(qiáng)調(diào)電荷間的相互作用，而弱化“近異遠(yuǎn)同”，不提這個口訣。并適當(dāng)對“感應(yīng)”一詞出處和詞義做出相應(yīng)解釋，“感應(yīng)”一詞出處：《漢書·禮樂志》：“《書》云：‘擊石拊石，百獸率舞。鳥獸猶且 感應(yīng) ，而況於人乎？況於鬼神乎？”本義是受影響而引起反應(yīng)?，F(xiàn)代漢語詞典對“感應(yīng)”解釋：某些物體或電磁裝置受到電場或磁場的 作用 而發(fā)生電磁狀態(tài)的變化叫做感應(yīng)，也叫誘導(dǎo)。從教材內(nèi)容和對感應(yīng)一詞的釋義上可以看出，之所以產(chǎn)生感應(yīng)，原因在于 作用和受影響 ，所以抓住電荷間的 相互作用 出發(fā)能從根本上突破靜電感應(yīng)這個難點(diǎn)，所謂靜電感應(yīng)現(xiàn)象其實(shí)就是電場對電荷 作用的 結(jié)果，所以師生不必刻意強(qiáng)化“近異遠(yuǎn)同”以及“近端和遠(yuǎn)端”。

（二）關(guān)于學(xué)生的對策和準(zhǔn)備

學(xué)生要先預(yù)習(xí)，并能經(jīng)過科學(xué)思維初步分析產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象的基本原因，而不是去識記“近異遠(yuǎn)同”以及“近端和遠(yuǎn)端”，該物理作用過程內(nèi)在規(guī)律其實(shí)不難，學(xué)生能大概理解靜電感應(yīng)產(chǎn)生原因就是電荷排斥力和吸引力作用的結(jié)果，所以師生的重點(diǎn)應(yīng)該放在電荷相互作用上，而不是“近異遠(yuǎn)同”。

（三）關(guān)于教師引導(dǎo)對策

引導(dǎo)學(xué)生抓住關(guān)鍵詞“吸引”和“排斥”，從這兩個關(guān)鍵詞出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從受力特點(diǎn)經(jīng)過科學(xué)思維得出“趨向”和“遠(yuǎn)離”帶電體，導(dǎo)致導(dǎo)體上的電荷分布發(fā)生變化，得出內(nèi)部電荷的分布特點(diǎn)：靠近帶電體一端帶異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體一端帶同種電荷。這個過程充分體現(xiàn)了科學(xué)思維，在邏輯嚴(yán)密的科學(xué)思維推理下，學(xué)生的物理觀念進(jìn)一步得到強(qiáng)化，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到提升，培養(yǎng)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

（四）關(guān)于實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)對策

教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常到位，在實(shí)驗(yàn)條件良好情況下，可操作性很強(qiáng)，如下操作圖示。

觀察靜電感應(yīng)現(xiàn)象

取一對用絕緣柱支持的導(dǎo)體A和B，使它們彼此接觸。起初它們不帶電，貼在下部的兩片金屬箔是閉合的（如圖）。

請你手握絕緣棒，把帶正電荷的帶電體C移近導(dǎo)體A，金屬箔有什么變化？

這時手持絕緣柱把導(dǎo)體A和B分開，然后移開C，金屬箔又有什么變化？

再讓導(dǎo)體A和B接觸，又會看到什么現(xiàn)象？利用金屬的結(jié)構(gòu)模型，解釋看到的現(xiàn)象。

第一步操作后現(xiàn)象很明顯，也很容易分析和理解;難點(diǎn)是第二步操作，這一步建議引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察操作過程，不能放過任何細(xì)節(jié)。

三、 優(yōu)化過程

教師實(shí)驗(yàn)操作如下圖所示?？紤]實(shí)際情況，我們可以用橡膠棒與毛皮摩擦后，用橡膠棒去靠近A;或者使用感應(yīng)起電機(jī)手搖起電后用帶電小球去靠近A。我們一般采用橡膠棒與毛皮摩擦，用橡膠棒去靠近A，學(xué)生更容易接受。

師：請大家觀察并思考，把帶負(fù)電荷的橡膠棒C靠近導(dǎo)體A，觀察金屬箔有什么變化？

生：A和B兩端的金屬箔都會張開。

師：為什么張開？

生：金屬箔帶同種電荷，電荷相互排斥，所以張開。

師：你能判斷出兩金屬箔分別帶何種電荷嗎？

生：A端的金屬箔帶正電荷，B端的金屬箔帶負(fù)電荷。

師：什么原因?qū)е碌哪兀?/p>

生：因?yàn)閷?dǎo)體中正電荷被C上的負(fù)電荷吸引過來，導(dǎo)體中負(fù)電荷被C上的負(fù)電荷排斥開來。

師：很好，這種現(xiàn)象我們稱為靜電感應(yīng)現(xiàn)象，請問是什么原因?qū)е碌哪兀?/p>

生：是電荷之間的相互吸引力或者排斥力導(dǎo)致的。

師：金屬中原子核才帶正電荷，所以實(shí)際情況中，正電荷不會移動，是帶負(fù)電的電子被C中負(fù)電荷排斥到遠(yuǎn)處的B端，從而導(dǎo)致A端中的負(fù)電荷變少，呈現(xiàn)出帶正電荷，B端因?yàn)榫奂穗娮?，從而B端帶負(fù)電。

師：請仔細(xì)觀察和思考，把A和B分開，又有什么變化？

生：金屬箔張開夾角幾乎不變。

師：為什么會這樣呢？

生：因?yàn)镃中負(fù)電荷一直在吸引A中的正電荷和排斥B中的負(fù)電荷，金屬箔中的電荷繼續(xù)受力的作用。

師：如果撤去C呢？又有什么變化？

生：可能閉合，可能不變，可能夾角變小。

繼續(xù)觀察實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)夾角變小，但是沒有完全閉合。

師：請思考導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因。

生：因?yàn)镃撤去后，金屬箔上的電荷不再受到C中的負(fù)電荷作用，金屬箔中的電荷相互排斥，導(dǎo)致一部分電荷分布到金屬導(dǎo)體其他部位，所以金屬箔帶電減少，張開夾角變小。

師：如果讓A和B接觸呢？

生：金屬箔閉合，電荷中和。

師：歸根到底，產(chǎn)生該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因是什么？

生：電荷之間的相互作用。

師：很好，靜電感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)原因是什么？

生：電荷之間的相互作用。

師：大家以后在面對靜電感應(yīng)問題時，從電荷間的相互作用出發(fā)就可以解決問題。

師：那我們來看看這種情況（如下圖），麻煩×××同學(xué)上來，用手指接觸B端，我們再來重復(fù)之前過程，仔細(xì)觀察兩金屬箔的變化。

生：A端的金屬箔張開，B端的金屬箔不張開。

師：你能用剛才所學(xué)的內(nèi)容解釋這個現(xiàn)象嗎？

生：因?yàn)镃中的負(fù)電荷，會把導(dǎo)體中電子排斥到人體中去，B端金屬箔不帶電了。

師：非常好，那接下來，在C不動的情況下，我們把A和B分開，又會觀察到什么現(xiàn)象呢？

生：A端金屬箔繼續(xù)張開，因?yàn)檎姾衫^續(xù)受到吸引力，B端還是不帶電，金屬箔不張開。

師：如果撤去C呢？

生：A中的正電荷不受C中的電荷作用力，A端金屬箔電荷一部分分布到導(dǎo)體上，所以夾角變小。

師：非常好，說明大家一直在抓住電荷間相互作用在分析。那如果手指接觸A端再來重復(fù)上述過程，大家猜想一下能觀察到什么現(xiàn)象？

生：A端金屬箔會閉合，B端金屬箔張開……

師：請大家繼續(xù)觀察。

生：跟前面手指接觸B端情況一樣，還是A端金屬箔張開，B端金屬箔閉合。

師：為什么情況一樣？

生：因?yàn)锳端的正電荷還是被C中的負(fù)電荷吸引，而導(dǎo)體中的負(fù)電荷還是會被排斥到人體上，那么B端不會帶電。

師：非常好，大家能用電荷的相互作用分析靜電感應(yīng)現(xiàn)象，說明靜電感應(yīng)現(xiàn)象大家已經(jīng)基本掌握。

通過實(shí)驗(yàn)以及合理的引導(dǎo)和優(yōu)化，學(xué)生能從電荷相互作用的角度非常清晰地理解靜電感應(yīng)現(xiàn)象，這樣靜電感應(yīng)現(xiàn)象不再顯得那么神秘而抽象，在實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的物理觀念，學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力得到了有效的鍛煉。在課后作業(yè)中，學(xué)生著重從電荷的相互作用分析靜電感應(yīng)現(xiàn)象，學(xué)生掌握情況和作業(yè)效果都有明顯的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]浙江教育考試院.浙江省普通高校招生選考科目考試說明[M].浙江攝影出版社，2020.

[2]何文明.指向?qū)W科核心素養(yǎng)的普通高中課堂教學(xué)設(shè)計(jì) 物理必修3[M].浙江教育出版社，2020.

[3]嚴(yán)育洪.微雕課堂：教學(xué)的細(xì)節(jié)功夫[M].首都師范大學(xué)出版社，2010.

作者簡介：

朱吳軍，浙江省杭州市，杭州市富陽區(qū)第二中學(xué)。