張永玲

【摘要】對于物理理論而言，物理定律是其建立的基礎(chǔ)。在物理課程學(xué)習(xí)中，需要了解和掌握大量的物理定律，老師的主要任務(wù)就是幫助學(xué)生掌握物理知識，培養(yǎng)學(xué)生物理意識。在針對庫侖定律開展教學(xué)時，老師要幫助和引導(dǎo)學(xué)生透徹理解物理定律，明白它的探索、建立以及發(fā)展過程，認(rèn)識物理定律揭示事物的本質(zhì)、內(nèi)在規(guī)律以及規(guī)律的重要性，提升對物理定律的重視程度，提高物理水平。

【關(guān)鍵詞】物理學(xué)史 ? 庫侖定律 ? 物理定律教學(xué)

【中圖分類號】G633.7【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1992-7711（2020）28-159-02

物理定律指的是通過觀察以及實驗得出的實驗規(guī)律。物理定律在各個不同的角度說明了事物之間的內(nèi)在聯(lián)系、本質(zhì)以及規(guī)律。物理定律是物理理論創(chuàng)建的基礎(chǔ)，同時也是檢驗物理理論是否為真理的標(biāo)準(zhǔn)。所以，老師要重視物理定律教學(xué)，特別是在學(xué)習(xí)庫侖定律時，老師應(yīng)該以該定律發(fā)展的歷史為基礎(chǔ)，設(shè)計教學(xué)方案，在教學(xué)過程中，著重突出庫侖定律的內(nèi)涵以及外延，研究庫侖定律的建立經(jīng)過和發(fā)展過程，讓學(xué)生深刻感受到科學(xué)家們的創(chuàng)造性思維，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)化的物理認(rèn)知體系。

一、物理定律及規(guī)律教學(xué)

（一）物理特點和規(guī)律

通過物理規(guī)律可以看出物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運動過程中不同要素之間存在的必然聯(lián)系。表現(xiàn)在一定的物理狀態(tài)下或者某個物理過程中各個相關(guān)要素之間必須要遵守的某種關(guān)系，一般包括物理定律、物理定理、物理法則等。

物理規(guī)律的特點可以在三個不同的方面進行概括。首先，物理規(guī)律可以反映出物質(zhì)運動和物質(zhì)結(jié)構(gòu)中各個要素之間存在的必然聯(lián)系。其次，物理規(guī)律是邏輯思維和想象、觀察和實踐結(jié)合到一起的產(chǎn)物，物理規(guī)律中介紹的關(guān)系是客觀存在的，在這個角度來說，物理規(guī)律無法被“創(chuàng)造”，只可以被他人發(fā)現(xiàn)，然而通過大量物理實驗的分析和觀察，一些物理學(xué)家認(rèn)為需要利用科學(xué)的想象力和思維，重點表現(xiàn)出主要因素，忽視次要因素，建立物理模型可以預(yù)測以及解釋各種物理現(xiàn)象，在這個方面來看，物理規(guī)律是經(jīng)過人類加工而得到的產(chǎn)物。最后，物理規(guī)律具有局限性以及相似性的特點，得到相似性這一特點主要是因為物理理論模型是簡化實驗過程而得來的，操作物理實驗時，微觀量的上升或下降會使宏觀量產(chǎn)生誤差。

（二）物理定律教學(xué)

在物理課程中，概念為基礎(chǔ)，規(guī)律為中心，方法為橋梁。物理定律具有多樣化的內(nèi)涵以及外延，在物理教學(xué)的過程中，不要只要求學(xué)生掌握物理定律內(nèi)涵和使用物理規(guī)律解答問題，而是要引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生在不同角度去觀察物理規(guī)律，體會和了解物理規(guī)律的來源以及發(fā)展經(jīng)過，感受物理規(guī)律中的創(chuàng)造性思維，學(xué)習(xí)各種物理研究方法，幫助學(xué)生建立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生實際操作能力。

總的來講，發(fā)現(xiàn)及建立物理定律需要三個階段，首先，通過觀察某些現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)物理定律，針對觀察的現(xiàn)象提出相應(yīng)的研究課題，相關(guān)人員猜測實驗結(jié)論，根據(jù)各種猜測進行實驗操作，詳細測量并記錄大量實驗數(shù)據(jù)，全面分析實驗數(shù)據(jù)，得到物理規(guī)律。其次，在得到新物理規(guī)律后，重新定義物理量，根據(jù)物理量給予定量表達形式，接下來判斷和分析確保物理定量成立的條件以及可以使用的范圍，在使用范圍內(nèi)詳細研究物理定律的準(zhǔn)確度。完成上述階段后，詳細分析和討論物理定律的理論地位、發(fā)展歷程以及應(yīng)用范圍。

二、以“庫侖定律”為例分析教材以及教學(xué)現(xiàn)狀

（一）詳細分析教學(xué)內(nèi)容以及教材內(nèi)容

“庫侖定律”相關(guān)知識是教材《靜電場》這節(jié)內(nèi)容的一部分?！皫靵龆伞敝傅氖请姶艑W(xué)中的一項基本定理，該定律介紹了帶電體之間互相作用的規(guī)律，為電磁學(xué)打下了良好的基礎(chǔ)，同時也是物理學(xué)中十分關(guān)鍵的一個定律。

課本中第一步演示了影響電荷間相互作用力因素的實驗，讓學(xué)生在有趣的實驗中大致了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的欲望和興趣;在第一步的基礎(chǔ)上，向?qū)W生介紹建立庫侖定律的歷史背景，讓學(xué)生明白科學(xué)定律不能僅依靠實驗建立，還需要進行創(chuàng)新及推理;第三步，介紹并說明庫侖扭秤實驗，重點介紹該實驗的設(shè)計思路以及實驗操作過程、方法。第四步，創(chuàng)設(shè)“科學(xué)漫步”板塊，讓學(xué)生通過這個板塊認(rèn)識靜電噴漆、復(fù)印以及植絨的內(nèi)容。

（二）過去物理教學(xué)中存在的問題

通過相關(guān)教學(xué)實踐以及文獻研究，筆者認(rèn)為在庫侖定律教學(xué)中存在下述幾個問題。首先，定量以及定性研究結(jié)合到一起形成了庫侖定律這種產(chǎn)物，在實際教學(xué)中，完成定性演示實驗后直接告知學(xué)生庫侖定律的內(nèi)容，這種方法無法讓學(xué)生更加全面的認(rèn)識庫侖定律，不符合庫侖發(fā)現(xiàn)的過程。其次，在實際教學(xué)中，說明了庫侖的扭秤實驗，該實驗只能證明電斥力的平方反比律，沒有說明如何證明電引力，很多學(xué)生對這項內(nèi)容存在疑惑，該問題也是教學(xué)中可以利用的問題。最后，沒有充分表現(xiàn)出庫侖定律在電磁學(xué)中的重要地位，可以讓一些物理水平較高的學(xué)生進行適當(dāng)補充。

三、在物理學(xué)史角度兼談庫侖定律教學(xué)設(shè)計

（一）設(shè)置物理情境，建立科學(xué)問題

在針對“庫侖定律”進行教學(xué)時，老師可以創(chuàng)設(shè)物理情境。在課堂開始時老師可以對學(xué)生說：“在上節(jié)課我們了解了電荷之間有互相作用力，但是力的大小、方向以及形式是如何呢？這節(jié)課我們分析和研究這些內(nèi)容，那么下面先請同學(xué)們猜測一下，電荷間相互作用力大小與什么因素存在關(guān)聯(lián)呢？”有些學(xué)生認(rèn)為與帶電量有關(guān)，有些學(xué)生認(rèn)為與距離遠近有關(guān)。這時老師可以對學(xué)生說：“這個問題也困擾了一些18世紀(jì)的物理學(xué)家，像是庫侖、卡文迪許等，在1747年的時候，富蘭克林就開始進行猜想和實踐，到了1760年的時候，伯努利猜測電力遵守平方反比規(guī)律，接下來還有一些物理學(xué)家針對這一疑惑進行猜測和實驗，但是最后由庫侖完善的這一實驗，并得出相應(yīng)結(jié)論”，然后給學(xué)生展示實驗過程，探求電荷間相互作用力大小與什么因素有關(guān)。提前準(zhǔn)備兩個同時貼有鋁箔的泡沫球，兩個泡沫球分別為P1及P2。使用起電機為金屬球通電，將P1和金屬球放到一起，使P1帶電，將P1和P2放置到一起，使兩個泡沫球平分電荷，通過觀察實驗現(xiàn)象可以看出，當(dāng)兩個泡沫球平衡時，P1偏離豎直位置的角度要遠遠大于P2，通過這個現(xiàn)象可以說明受電力F1大于F2，也就是距離電荷越遠，電力就越小。增加帶 球的電荷量，偏離角度同時也會增加，這說明電荷間力和電荷量存在密切聯(lián)系，電荷量加大，相互作用力也隨之變大。實驗結(jié)束后，老師可以進行總結(jié)：“這個實驗可以充分說明電荷間相互作用力與哪些因素有關(guān)，該實驗是對電荷間相互作用力的定性認(rèn)識，而庫侖定律是定量說明?！?/p>

（二）追溯物理學(xué)史，形成庫侖定律

在為學(xué)生介紹庫侖定律前，老師可以帶領(lǐng)學(xué)生追溯物理學(xué)史。首先為學(xué)生介紹在庫侖之前，人類就開始探索電力遵循的規(guī)律，科學(xué)家富蘭克林將細線掛著的帶電軟木球放置在帶電金屬筒外側(cè)時，因為受力導(dǎo)致軟木球出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，將帶電軟木球放置在筒內(nèi)時，小球因為沒有受力而出現(xiàn)豎直下垂的現(xiàn)象。富蘭克林將這一現(xiàn)象告知普利斯特利，普利斯特利想到了牛頓提出的萬有引力，他認(rèn)為富蘭克林發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象類似于萬有引力的現(xiàn)象，所以他認(rèn)為電力和萬有引力存在一些共同點，兩者應(yīng)該同時具備與距離平方成反比的特點。羅比遜利用定量實驗分析和研究電力和距離之間的關(guān)系，借助轉(zhuǎn)臂裝置分析相同電荷斥力類似于平方反比規(guī)律。在這時，電力規(guī)律依舊處在思考階段，期間還有一些物理學(xué)家進行實驗，而最后庫侖通過實驗證明了電力規(guī)律。

（三）培養(yǎng)學(xué)生類比意識，使學(xué)生透徹理解庫侖定律

庫侖定律和萬有引力定律存在一些相似之處，兩者同時滿足平方反比律，然而兩者也存在一些不同之處，萬有引力定律不存在斥力作用，只具備引力作用，而庫侖定律一方面具備斥力作用，另一方面還具備引力作用，所以，靜電場可以實現(xiàn)屏蔽，引力場不能屏蔽，根本區(qū)別為質(zhì)量只有一種正質(zhì)量，而電荷存在兩種電荷。不管是電荷量，還是質(zhì)量，兩者同時為物質(zhì)的內(nèi)在屬性，然而兩者的不同之處有三點：第一點，電荷存在正反兩種，質(zhì)量只有正質(zhì)量。第二點，電荷量不存在相對論效應(yīng)，而質(zhì)量恰好相反，假如電荷量存在相對論效應(yīng)，那么引力將無法支配宇宙。第三點，電荷為量子化，而質(zhì)量為非量子化，它是連續(xù)的。

四、總結(jié)語

在物理教材中，以庫侖定律為基礎(chǔ)，加入了一些課外知識，給學(xué)生提出了一些具有挑戰(zhàn)性的問題，這主要是為了協(xié)助學(xué)生建立系統(tǒng)化的知識框架，讓學(xué)生切實感受到物理課程的發(fā)展性，通過積極探索和研究，培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)能力及問題意識，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

【參考文獻】

[1]周艷， 卿昭才. 滲透物理學(xué)史教育 提升學(xué)生核心素養(yǎng)[J]. 物理教學(xué)探討， 2018， 36（6）：65-67.

[2]陸良榮. 滲透物理學(xué)史教育 發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考， 2018， 47（21）：1-3.

[3]朱惠忠. 滲透物理學(xué)史發(fā)揮育人功效——發(fā)揮物理學(xué)史功效培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)[J]. 數(shù)理化解題研究， 2019，（12）：69-70.