徐海菊

（江蘇省南通中學(xué)，江蘇 南通 226001）

普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）提出要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，要求“高中物理課程注重體現(xiàn)物理學(xué)科的本質(zhì)，從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面提煉學(xué)科育人價值，充分體現(xiàn)物理學(xué)科對提高學(xué)生核心素養(yǎng)的獨特作用，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代和未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下基礎(chǔ).”［1］學(xué)生要掌握物理的本質(zhì)、要通過物理課程的學(xué)習(xí)為終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代和未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)打下基礎(chǔ)，學(xué)生必須能夠牢固掌握物理知識與方法，能夠熟練運用方法，將物理研究的方法、思想遷移到新領(lǐng)域的研究中.物理方法的掌握涉及物理知識、物理實驗、知識運用等諸多方面，教學(xué)中通過凸顯方法的教育可以促進(jìn)知識教學(xué)更高效、實驗效果的提升，以及知識的靈活運用，從而提升課堂教學(xué)有效性.課堂有效學(xué)生才會覺得有興趣、有信心，才愿意學(xué)，才主動學(xué).有了學(xué)習(xí)的主動性，才會有知識的構(gòu)建過程，才能保證學(xué)生真正掌握知識、習(xí)得方法，實現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升.以“庫侖定律”教學(xué)為例，可從以下幾個方面凸顯方法的教育，以顯化方法教育為主線進(jìn)行教學(xué).

1 基于學(xué)生已掌握方法導(dǎo)入新課

學(xué)生學(xué)習(xí)新內(nèi)容之前掌握了一些物理知識、方法，這是學(xué)生學(xué)習(xí)的起點.教師必須要以此為基礎(chǔ)開展教學(xué)，這樣教學(xué)才有針對性，也才有滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求.基于學(xué)生基礎(chǔ)的教學(xué)設(shè)計，才能貼近學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，學(xué)生素養(yǎng)才能得到更好的提升.

學(xué)習(xí)“庫侖定律”之前學(xué)生已經(jīng)掌握了定性探究的基本方法，也在初中和高一必修1、必修2的學(xué)習(xí)中掌握了控制變量法，教學(xué)設(shè)計應(yīng)基于定性探究的實驗和控制變量法導(dǎo)入新課，實驗裝置如圖1所示，得到二者相互作用力與電荷量的定性關(guān)系.然后引導(dǎo)學(xué)生思考：哪些因素影響電荷間的相互作用？這些因素對作用力的大小有什么影響？

圖1

2 基于類比法的猜想

在科學(xué)探究中猜想是一種常用的、重要科學(xué)方法，正確的猜想可以避免探究過程走彎路，提升探究效果.“猜想從學(xué)生所熟悉的知識或事實出發(fā)，有利于降低問題難度，具有較好的可接受性.”［2］正確的猜想可以憑直覺思維基于實驗、學(xué)生已有的知識、學(xué)生已有的生活經(jīng)驗等.

在進(jìn)行電荷間相互作用力的定性探究得出：距離越大作用力越小，電荷量越大作用力越大的結(jié)論后，憑直覺思維容易將電荷之間的相互作用力與必修2中學(xué)習(xí)的萬有萬有引力建立聯(lián)系，猜想電荷之間的相互作用力是否與萬有引力相似？會不會電荷間的作用力與電荷量的乘積成正比，與二者距離的平方成反比呢？通過類比萬有引力，猜想電荷間相互作用力的表達(dá)式，為后續(xù)定律的得出和庫侖的定量研究實驗奠定基礎(chǔ).

3 基于構(gòu)建已知模型的方法構(gòu)建新模型

2017年新修訂的普通高中物理課程變標(biāo)準(zhǔn)要求從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等四個維度培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，以期為學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展夯實基礎(chǔ).其中“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.［1］模型的構(gòu)建是學(xué)習(xí)的難點，也是重點.只有順利構(gòu)建模型，學(xué)生才能弄懂、弄通物理知識的邏輯聯(lián)系，才能靈活運用物理知識.在教學(xué)中，應(yīng)該重視讓學(xué)生基于已有模型，尤其是基于構(gòu)建已有模型的方法構(gòu)建新的模型，這有利于拉近學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生之間的距離，讓學(xué)生感到親切而更愿意學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生更動力學(xué)習(xí)新內(nèi)容，學(xué)習(xí)會更有主動性而高效.

在“庫侖定律”的教學(xué)中，需要構(gòu)建點電荷這一物理模型.由于點電荷與學(xué)生熟悉的質(zhì)點在引入的目的、采用的科學(xué)方法、使用條件等方面都高度相似，教學(xué)中可以通過復(fù)習(xí)質(zhì)點、類比質(zhì)點來構(gòu)建點電荷這一理性化模型，從而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度.

4 基于庫侖扭秤實驗的巧妙方法

物理教學(xué)必須以實驗為基礎(chǔ)，實驗?zāi)転閷W(xué)生學(xué)習(xí)提供符合認(rèn)知規(guī)律的環(huán)境；實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知愿望；實驗是發(fā)展學(xué)生能力和使學(xué)生得到科學(xué)方法訓(xùn)練的重要途徑；實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的道德素養(yǎng)和科學(xué)作風(fēng).［3］實驗往往蘊含豐富的科學(xué)思想和科學(xué)方法.通過實驗學(xué)生不僅可以更容易獲取、理解知識，更能領(lǐng)悟物理思想，習(xí)得物理方法，并在提升科學(xué)素養(yǎng).物理教學(xué)中應(yīng)重視挖掘?qū)嶒灥慕逃?、教學(xué)功能，尤其是凸顯實驗中的科學(xué)方法教育.

庫侖扭秤實驗是第一個定量研究電學(xué)規(guī)律的實驗，電學(xué)研究由此從定性進(jìn)入定量.庫侖定律實驗遇到的3大困難：如何克服沒有專門工具測量微弱靜電力，沒有電荷量單位和不清楚帶電體上電荷量分布，難以確定電荷間距離.為了解決這3大困難，庫侖設(shè)計了蘊含豐富科學(xué)研究方法的扭秤實驗.

4.1 控制變量法

定量研究電荷間的作用力與電荷量、距離等關(guān)系時，采用控制變量法.先讓定球和動球所帶電荷量不變，改變距離，得到兩球作用力與二者距離間的關(guān)系；在讓定球、動球距離不變，改變電荷量，得到二者相互作用力與電荷量的關(guān)系；最后，綜合上述得到的結(jié)論，得出定量研究結(jié)果.

4.2 轉(zhuǎn)化法

根據(jù)扭力定律，扭轉(zhuǎn)力矩與懸絲的扭轉(zhuǎn)角度成正比，與懸絲的直徑的4次方成正比，與懸絲的長度成反比，將微小靜電力的測量測量轉(zhuǎn)化為對扭轉(zhuǎn)角度的測量，通過懸絲扭轉(zhuǎn)角度的大小來判斷扭力的大小.

4.3 均分電荷量法

4.4 放大法

為了解決測量靜電力的微弱作用，利用杠桿原理（省力杠桿），較小的力通過較長的力臂產(chǎn)生較大的力矩，放大作用效果.

5 基于理想模型法的科學(xué)研究

5.1 借助課本例題感悟理想模型法

理想模型是物理經(jīng)常采用的一種科學(xué)研究方法，其體現(xiàn)了抓住主要因素，忽略對研究對象、研究結(jié)果影響較小的次要因素的忽略的研究思想.“庫侖定律”一節(jié)的教學(xué)中，點電荷模型的建構(gòu)及適用條件凸顯了科學(xué)研究中抓住主要因素忽略次要因素的研究方法.

5.2 向外延展發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)

學(xué)習(xí)的過程是螺旋式上升的過程，如何讓學(xué)生利用已經(jīng)掌握的知識、已經(jīng)學(xué)會的通識方法去分析、解決新問題是發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的踏腳點.只有這樣學(xué)生才算是真正掌握了物理學(xué)科本質(zhì)，才能夠?qū)崿F(xiàn)知識的遷移，對所學(xué)物理知識融會貫通，促進(jìn)素養(yǎng)發(fā)展.

例如，在學(xué)生已經(jīng)掌握了點電荷間的庫倫定律后，可以引導(dǎo)學(xué)生研究3個點電荷情境下的庫侖力問題，將前面力學(xué)中學(xué)到的矢量合成法則遷移過來，為進(jìn)一步思維的延展打下基礎(chǔ).

延展點1：均勻帶電圓環(huán)（帶電荷量q1）與點電荷（帶電荷量q2）之間的電場力，情境的設(shè)置先將q2放置在均勻圓環(huán)的圓心（滲透微元的思想），然后再搬到軸線上的一般位置（如圖2所示）.

圖2

延展點2：在延展點1的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生研究如圖3所示的均勻帶電圓盤與點電荷之間的電場力（將圓盤等效為一系列同心圓環(huán)組成研究，引入電荷面密度取電荷元研究）.

圖3

延展點3：在延展點2的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生研究如圖4所示的均勻帶電球體與點電荷之間的電場力（將均勻帶電球等效為一系列同軸的圓盤組成研究，引入電荷體密度取電荷元研究）.

圖4