摘 要：教材“內(nèi)容結(jié)構(gòu)順序調(diào)整”是教材二次開(kāi)發(fā)的基本形式之一。本文以人教版高中物理必修第三冊(cè)“靜電的防止與應(yīng)用”為例，詳細(xì)闡述教材“順序調(diào)整”形式在二次開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程中的具體流程。

關(guān)鍵詞：二次開(kāi)發(fā)；結(jié)構(gòu)順序；靜電

1 教材的二次開(kāi)發(fā)

新一輪基礎(chǔ)教育課程改革倡導(dǎo)教師創(chuàng)造性地使用教材?；诓煌瑢W(xué)情、不同教學(xué)場(chǎng)景、不同的教學(xué)條件，教師需要靈活地、創(chuàng)造性地、個(gè)性化地運(yùn)用教材，基于教材而不拘泥于教材。這就需要教師對(duì)教材進(jìn)行“二次開(kāi)發(fā)”。

教材的二次開(kāi)發(fā)主要指教師和學(xué)生在實(shí)施課程過(guò)程中，依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》），對(duì)既定的教材內(nèi)容進(jìn)行適度的增刪、調(diào)整、加工和拓展，合理選用和開(kāi)發(fā)其他教學(xué)材料，從而使這些材料更好地適應(yīng)具體的教育教學(xué)情景，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。［1］

在教材二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中，教師可根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，通過(guò)教材“內(nèi)容結(jié)構(gòu)順序調(diào)整”，實(shí)現(xiàn)更加清晰和順暢的“教”與“學(xué)”，使教學(xué)內(nèi)容更加適應(yīng)當(dāng)前的教學(xué)場(chǎng)景。筆者認(rèn)為，

教材二次開(kāi)發(fā)中“內(nèi)容結(jié)構(gòu)順序調(diào)整”實(shí)施的基本步驟如圖1所示。

2 案例分析

以人教版高中物理必修第三冊(cè)第九章第4節(jié)“靜電的防止與利用”為例，本節(jié)教材知識(shí)排序如圖2所示。［2］

從知識(shí)邏輯的角度分析，靜電平衡與靜電屏蔽之間存在著緊密的聯(lián)系。在完成靜電屏蔽的教學(xué)后，通過(guò)研究電荷在導(dǎo)體外表面的分布情況，可以自然地引出靜電吸附。故在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，筆者調(diào)整了教學(xué)順序，調(diào)整后的教學(xué)順序如圖3所示。

3 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，了解靜電現(xiàn)象

情境1：展示大自然中閃電的照片。

實(shí)驗(yàn)1：利用高壓感應(yīng)圈模擬閃電。

情境2：展示盧馭龍?jiān)凇吨袊?guó)達(dá)人秀》舞臺(tái)上表演“閃電俠”的視頻。情境1和實(shí)驗(yàn)1指向尖端放電，情境2指向靜電屏蔽。

問(wèn)題1：觀看以上關(guān)于靜電現(xiàn)象的場(chǎng)景后，同學(xué)們有什么問(wèn)題嗎？

學(xué)生可能提出的問(wèn)題：為什么會(huì)形成閃電？高壓感應(yīng)圈放電的位置一定是尖端嗎？為什么盧馭龍可以不懼高壓電？盧馭龍衣服的材質(zhì)是金屬還是絕緣體？

經(jīng)過(guò)學(xué)生之間的討論，教師逐步整理出課堂需要解決的問(wèn)題及其解決思路，并將學(xué)生的思考焦點(diǎn)引導(dǎo)到金屬導(dǎo)體在外電場(chǎng)中的行為研究上。

3.2 小組合作，經(jīng)歷靜電平衡的推理過(guò)程

問(wèn)題2：如果將金屬導(dǎo)體放入外電場(chǎng)中，導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化？

教師給出幾個(gè)引導(dǎo)性的問(wèn)題：金屬中的離子與自由電子的分布是怎樣的？在外電場(chǎng)中，電子會(huì)怎樣移動(dòng)？電子的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)怎樣變化？最終的狀態(tài)是怎樣的？

各小組討論并派代表做總結(jié)發(fā)言。

結(jié)論1：處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，其內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷。

3.3 模型建構(gòu)，深入研究靜電屏蔽

問(wèn)題3：如果將處于靜電平衡的導(dǎo)體中間部分挖去，形成一個(gè)導(dǎo)體空腔，是否會(huì)對(duì)靜電平衡產(chǎn)生影響？

由于附加場(chǎng)主要是導(dǎo)體外表面的電荷產(chǎn)生，且導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，故挖去導(dǎo)體內(nèi)部一部分不會(huì)對(duì)導(dǎo)體的電學(xué)平衡狀態(tài)產(chǎn)生影響?；谶@一原理，教師給出了靜電屏蔽的定義。

問(wèn)題4：靜電屏蔽在生活中有什么應(yīng)用嗎？盧馭龍為何不懼高壓電？

實(shí)驗(yàn)2：通草球在起電機(jī)附近產(chǎn)生感應(yīng)而被吸引。若將通草球用金屬網(wǎng)罩罩住，還會(huì)被吸引嗎？

結(jié)論2：實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)也能起到屏蔽作用（如圖4所示）。

拓展：稀疏網(wǎng)罩對(duì)交流電的屏蔽。

實(shí)驗(yàn)3：打開(kāi)收音機(jī)，接收特定頻率的電臺(tái)，正常進(jìn)行播放。隨后，用金屬鳥(niǎo)籠罩住收音機(jī)，發(fā)現(xiàn)收音機(jī)聲音變模糊，信號(hào)變?nèi)酢?/p>

實(shí)驗(yàn)4：在輝光球旁放一支電筆（帶氖管）。打開(kāi)輝光球，氖管發(fā)光（如圖5甲所示）。罩上金屬鳥(niǎo)籠，氖管不發(fā)光（如圖5乙所示）。

情境3：展示稀疏金屬網(wǎng)罩屏蔽的圖片。

問(wèn)題5：此時(shí)人體是否能夠觸摸內(nèi)壁？

播放麻省理工學(xué)院天體物理學(xué)家沃爾特·列文（Walter H. G. Lewin）的視頻。在課堂上，教師也可以利用法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。

結(jié)論3：處于靜電平衡的導(dǎo)體，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。

3.4 尖端放電，推導(dǎo)避雷針的工作原理

問(wèn)題6：導(dǎo)體外表面的電荷是怎么分布的呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：如果是一個(gè)帶電的金屬球殼，電荷應(yīng)該怎么分布？如果把這個(gè)帶電的金屬球殼壓扁，電荷又應(yīng)該怎么分布？

根據(jù)電荷間的相互作用原理，一個(gè)帶電的金屬球殼的電荷會(huì)均勻分布在其表面；若把金屬球殼壓扁，由于電荷間的相互排斥作用，電荷會(huì)傾向于分布在壓扁后的兩邊（如圖6所示）。教師可以利用這一現(xiàn)象來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的相互作用觀念和能量觀念。

問(wèn)題7：球面和針尖哪個(gè)更容易放電？

教師引導(dǎo)學(xué)生完成以下推理過(guò)程。

導(dǎo)體尖端處的電荷密度大，導(dǎo)致尖端周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度大；空氣中殘留的帶電粒子由于受到電場(chǎng)影響而發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子發(fā)生碰撞，從而使空氣分子中的正、負(fù)電荷分離，即發(fā)生“空氣電離”。電離后的正、負(fù)電荷會(huì)分別奔向尖端的異種電荷，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體尖端失去電荷。故導(dǎo)體尖端更容易放電。

實(shí)驗(yàn)5：球面和針尖放電比較。

學(xué)生觀察到，在針尖與圓球頂部高度一樣的情況下，當(dāng)電壓逐漸升高時(shí)，針尖率先放電。

問(wèn)題8：避雷針也是尖端，為什么它的效果是引雷？

教師解釋避雷針的原理：當(dāng)雷云放電接近地面時(shí)，避雷針的頂端會(huì)形成局部電場(chǎng)集中的空間，引導(dǎo)雷電流經(jīng)避雷針，再通過(guò)接地引線和接地裝置將電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。所以避雷針又名接閃桿，“避雷”的實(shí)質(zhì)是“引雷”。

問(wèn)題9：你能舉出其他應(yīng)用尖端放電或者防止尖端放電的實(shí)例嗎？

應(yīng)用實(shí)例：燃?xì)庠铧c(diǎn)火器的放電電極是針尖形。防止實(shí)例：在驗(yàn)電器的金屬桿上端固定一個(gè)金屬球，而未將其設(shè)計(jì)成針尖狀。

問(wèn)題10：利用靜電現(xiàn)象，從桿頂、桿身、桿底、底座四個(gè)方面分析旗桿構(gòu)造的科學(xué)性。

桿頂為球狀，降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)；桿身圓潤(rùn)，避免積累過(guò)多電荷；桿底接地，將電流導(dǎo)入大地；底座絕緣，防止帶電。

3.5 靜電吸附，學(xué)以致用

問(wèn)題11：放電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示，將極板A和金屬圓柱B與電源相連，哪端更容易放電？

很顯然，相對(duì)于極板A，金屬圓柱B更容易放電，且由于金屬中自由電荷為電子，故金屬圓柱B接負(fù)極為宜。

實(shí)驗(yàn)6：靜電吸附實(shí)驗(yàn)。

教師將金屬圓柱B與感應(yīng)圈負(fù)極相連，極板A與感應(yīng)圈正極相連，點(diǎn)燃香薰，產(chǎn)生煙塵。

問(wèn)題12：現(xiàn)有微粒飄向金屬圓柱B，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？

微?？拷饘賵A柱B時(shí)，由于尖端放電現(xiàn)象帶上負(fù)電荷。隨后，由于極板A帶正電，這些帶負(fù)電的微粒被吸附在極板A上。

結(jié)論4：在電場(chǎng)中，帶電粒子受到靜電力的作用，向極板運(yùn)動(dòng)，最后會(huì)被吸附在極板上。這一原理在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。若空氣中飄來(lái)油漆微粒，人們可以利用這一原理進(jìn)行靜電噴漆；若空氣中飄來(lái)塵埃微粒，人們可以利用這一原理進(jìn)行靜電除塵。

3.6 理順線索 總結(jié)歸納

基于上述的過(guò)程，本文將教學(xué)線索進(jìn)行了總結(jié)（如圖8所示）。

4 結(jié)語(yǔ)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，要“引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化?！保?］這就要求教師根據(jù)實(shí)際情境對(duì)教材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

基于核心素養(yǎng)的教材二次開(kāi)發(fā)，以整體觀和全局觀為指導(dǎo)，深入回歸教材本質(zhì)，通過(guò)增刪、調(diào)整、加工、拓展四種基本方法，不僅為現(xiàn)行高中物理教材注入了新的生命力，還使其具有更好的生活性和互動(dòng)性，從而能夠有效地解決當(dāng)前教材使用中存在的核心問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

［1］俞紅珍. 教材的“二次開(kāi)發(fā)”：涵義與本質(zhì)［J］. 課程·教材·教法，2005（12）：9-13．

［2］人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中教科書(shū) 物理 必修 第三冊(cè)［M］.北京：人民教育出版社，2019：18-21.

［3］中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］. 北京：人民教育出版社，2020：2-3.