沈卓豪 張春

摘 要：科學(xué)大概念是指向科學(xué)課程的核心內(nèi)容和教師教學(xué)的核心任務(wù)，其能夠?qū)⒖茖W(xué)核心概念和關(guān)鍵思想與眾多相關(guān)的知識(shí)相聯(lián)系起來(lái).聚焦科學(xué)大概念的教學(xué)能有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).本文筆者將簡(jiǎn)要闡述大概念教學(xué)在靜電教學(xué)中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：大概念;靜電教學(xué);核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）22-0034-03

作者簡(jiǎn)介：沈卓豪（1991-），男，浙江嘉興人，本科，中小學(xué)二級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)教學(xué)工作;

張春（1979-），女，安徽安慶人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)教學(xué)工作.

英國(guó)學(xué)者溫·哈倫在《科學(xué)教育的原則和大概念》中指出：“科學(xué)大概念是有組織、有結(jié)構(gòu)的科學(xué)知識(shí)和模型，這些大概念能夠解釋大范圍內(nèi)的一系列相關(guān)現(xiàn)象[1].”大概念的內(nèi)容十分寬泛，只要是從某些下位知識(shí)抽象概括出來(lái)的上位知識(shí)均具有大概念的功能.“科學(xué)具有實(shí)證性”就是一個(gè)大概念.但從當(dāng)前課堂教學(xué)的總體情況來(lái)看，學(xué)生在學(xué)習(xí)八年級(jí)上冊(cè)“靜電”部分內(nèi)容后，仍有許多困惑和理解上的障礙，這值得教育工作者深入思考.

1 質(zhì)疑辯惑，激發(fā)思維——發(fā)光的氖泡

教材中對(duì)靜電的定義是：物體之間的摩擦?xí)挂粋€(gè)物體上的電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，得到電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體帶正電，物體所帶的電荷叫作靜電.學(xué)生對(duì)靜電的理解往往存在一定困惑，物體由于摩擦所產(chǎn)生的靜電和日常生活中的電的性質(zhì)是否相同.教師在課堂講解的時(shí)候可能會(huì)列舉一些雷電、脫毛衣時(shí)的噼啪聲等現(xiàn)象簡(jiǎn)要說(shuō)明這都是靜電現(xiàn)象，同時(shí)教材上也沒(méi)有對(duì)靜電做過(guò)多解釋，這就導(dǎo)致學(xué)生在沒(méi)有親自體驗(yàn)的情況下，在理解上存在一定的疑惑.

1.1 策略分析

通過(guò)查閱資料可知，靜電具有“電壓高、電量少”的特點(diǎn)，靜電電壓可以達(dá)到成百上千甚至上萬(wàn)伏，實(shí)驗(yàn)室中普通的驗(yàn)電器所能感測(cè)到的電荷一般在10-10C-10-9C，這個(gè)電量?jī)H是手電筒小電珠正常發(fā)光1s通過(guò)電量的萬(wàn)分之三.由此可見靜電無(wú)法讓普通小燈泡發(fā)光，因此需要一種能在高電壓低電量情況下發(fā)光的元件——氖泡（普通測(cè)電筆中氖泡發(fā)光的電壓范圍在60-500V之間，電流不到1mA），用氖泡檢測(cè)靜電，在理論上可行.

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

不同的物體摩擦起電后電壓不同，效果也差很多.表1為兩種不同材料的物體相互摩擦的起電情況.

從表中我們發(fā)現(xiàn)兩物體距離越遠(yuǎn)，越易起電，效果也越好.通常使用的吸管材質(zhì)為聚丙烯，從表中我們發(fā)現(xiàn)聚丙烯與頭發(fā)摩擦，容易起電，效果好.在演示時(shí)，教師便可用手拿吸管一端在頭發(fā)上摩擦，將氖泡的一個(gè)電極沿著吸管的一端慢慢移動(dòng)，可以看到氖泡間斷地放出橙色的光芒.

1.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

該實(shí)驗(yàn)取材容易且安全，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，直觀地讓學(xué)生感受到摩擦起的電與生活中使用的電是一致的，但是因靜電放電持續(xù)時(shí)間短，當(dāng)前的技術(shù)手段尚無(wú)法有效控制，且無(wú)適合的材料將其隔離并傳輸，故不適合投入到生活中，繼而引發(fā)學(xué)生再度思考，我們生活中的電怎么產(chǎn)生？激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和科學(xué)思維，為以后電磁感應(yīng)的學(xué)習(xí)埋下伏筆.

2 真實(shí)觀察，認(rèn)知進(jìn)階——轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針

教材上向?qū)W生提供一個(gè)用玻璃棒與干凈絲綢摩擦后吸引小紙屑的活動(dòng).學(xué)生通過(guò)該活動(dòng)明確帶電體能吸引輕小物體，但同時(shí)會(huì)存在疑問(wèn)：既然帶電體能吸引輕小物體，電路中的導(dǎo)線或者元器件通電之后也有電，為什么沒(méi)有觀察到吸引輕小物體的現(xiàn)象？

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

筆者利用學(xué)生的電學(xué)學(xué)具連出一個(gè)簡(jiǎn)單電路，閉合開關(guān)后再將導(dǎo)線靠近小紙屑，發(fā)現(xiàn)無(wú)法將小紙屑吸起，加大電壓后也無(wú)法吸引小紙屑，如圖2所示.但是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到通電的導(dǎo)線卻能將放在旁邊的小磁針吸引，如圖3、圖4所示.

2.2 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通電導(dǎo)線無(wú)法吸引紙屑等輕小物體，但能吸引小磁針.

2.3 結(jié)果分析

通過(guò)查閱資料可知，帶電體能吸引輕小物體是因?yàn)樵趲щ婓w周圍空間內(nèi)存在一個(gè)非均勻電場(chǎng)，輕小物體在非均勻電場(chǎng)中被極化，靠近帶電體的一端出現(xiàn)異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端出現(xiàn)同種電荷.被極化之后的輕小物體在不均勻的電場(chǎng)中受到的引力大于斥力，導(dǎo)致輕小物體被帶電體吸引，如圖5所示[2].

在電流穩(wěn)定的通電直導(dǎo)線中，靜止的正電荷和定向移動(dòng)的電子產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度完全相同，方向相反，兩者疊加后相互抵消，因此通電直導(dǎo)線周圍無(wú)電場(chǎng)，僅存在由定向移動(dòng)的電子產(chǎn)生的磁場(chǎng).因此通電直導(dǎo)線無(wú)法吸引輕小物體而能夠使小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn).

科學(xué)追求實(shí)證，這也是科學(xué)區(qū)別于宗教和其他偽科學(xué)的重要標(biāo)志.在教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)具有實(shí)證性”這一理念.無(wú)論遇到什么問(wèn)題都應(yīng)用證據(jù)、事實(shí)說(shuō)話.

3 邏輯分析，主動(dòng)參與——旋轉(zhuǎn)的吸管

浙教版教材在探究“電荷間的相互作用規(guī)律”時(shí)，通過(guò)用與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒和與毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒分別與兩個(gè)懸掛的泡沫塑料小球接觸后，觀察到小球相互靠攏說(shuō)明異種電荷相互吸引;小球相互排斥說(shuō)明同種電荷相互排斥.但由于橡膠棒摩擦后帶負(fù)電的效果不太好，同時(shí)泡沫塑料太輕易被風(fēng)吹動(dòng)，如果遇到潮濕或有風(fēng)天氣，則實(shí)驗(yàn)非常容易失敗，故而有些教師在執(zhí)教中經(jīng)常使用flash動(dòng)畫輔助教學(xué)，幫助學(xué)生理解兩種電荷間的相互作用規(guī)律，但是學(xué)生學(xué)習(xí)效果一般.

3.1 策略分析

教師可根據(jù)表1尋找兩種相距較遠(yuǎn)的材料制成的常見物品，通過(guò)更簡(jiǎn)化的方法揭示電荷間的相互作用規(guī)律.通過(guò)查閱資料可知，日常生活中常用的塑料吸管為聚丙烯材料制成，可與人發(fā)或紙摩擦起電，使吸管帶負(fù)電，理論上可行.

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

第一步，在塑料管1中央一側(cè)剪一小洞，用針穿過(guò)小洞頂在中央的另一側(cè)吸管上，針的另一頭可以固定在橡皮泥上，該裝置中吸管1可以自由轉(zhuǎn)動(dòng);第二步，用毛皮或頭發(fā)摩擦吸管1，并將吸管1放在針尖上;第三步，將與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒1靠近針座上的吸管1的一端，觀察并記錄現(xiàn)象;第四步，用毛皮或頭發(fā)摩擦另一只吸管2，并靠近針座上的吸管1的一端，觀察并記錄現(xiàn)象;第五步，將與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒1放在針尖上;第六步，將與絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒2靠近放在針座上的玻璃棒1[3]，將上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄在表2中.

3.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

實(shí)驗(yàn)中用到的器材為學(xué)生學(xué)具內(nèi)的物品和生活

中常見的物品，而且將原本的懸掛改為支撐，實(shí)驗(yàn)本身的穩(wěn)定性加強(qiáng)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也更為明顯，很容易通過(guò)比較得出“電荷間的相互作用規(guī)律”，即同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引.

靜電由于電壓高易漏電，電量少經(jīng)不起漏，所以靜電現(xiàn)象很不明顯.誠(chéng)然，靜電實(shí)驗(yàn)屬于較難把握的一類實(shí)驗(yàn)，當(dāng)遇到濕度大天氣時(shí)，更是雪上加霜.但筆者認(rèn)為若因?qū)嶒?yàn)困難而放棄讓學(xué)生親自尋找證據(jù)的體驗(yàn)得不償失.靜電實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于選擇合適的材料和方法，并不一定拘泥于課本上的活動(dòng).學(xué)生在尋求實(shí)證的過(guò)程中不僅能夠積極參與到課堂教學(xué)中，同時(shí)他們的科學(xué)思維也不斷在解決問(wèn)題中得到發(fā)展.

大概念作為“為理解而教”的核心，要求教師應(yīng)當(dāng)將大概念作為科學(xué)教育的一個(gè)新理念，使學(xué)生對(duì)科學(xué)建立更為深刻的理解，從而使學(xué)生今天的學(xué)習(xí)對(duì)他們今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生更為積極的影響[4].在電荷與電流的教學(xué)中，在靜電實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)著力于“科學(xué)具有實(shí)證性”這一大概念，運(yùn)用“質(zhì)疑辯惑，激發(fā)思維;真實(shí)觀察，認(rèn)知進(jìn)階;邏輯分析，主動(dòng)參與”的策略，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，適當(dāng)引導(dǎo)，利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，促進(jìn)學(xué)生親自體驗(yàn)尋找證據(jù)，并不斷思考，深入理解科學(xué)概念和規(guī)律，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能不斷提高學(xué)生動(dòng)手能力、思維能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)落實(shí)[5].

參考文獻(xiàn)：

[1]溫·哈倫著，韋鈺譯.科學(xué)教育的原則和大概念[M].北京：科學(xué)普及出版社，2011.

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[3]楊偉志.綜合型靜電實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].物理教師，2015，36（11）：43-44+48.

[4]史小紅.靜電實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].中學(xué)校外教育，2011（08）：105.

[5]胡尚華.基于核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的思維可視化課堂教學(xué)策略研究——以“電流磁場(chǎng)”教學(xué)為例[J].試題與研究，2019（36）：1-2.

（收稿日期：2021-06-25）