何林丽

摘 要：物理核心素养的形成需要通过教育教学实践得以落实。本文以“电荷守恒定律”教学为例，阐述了在“电荷及其守恒定律”的教学环节中落实核心素养的具体做法，以实现学生物理核心素養的培养。

关键词：物理核心素养;“电荷及其守恒定律”教学

物理核心素养，是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品质和关键能力;是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质;是学生科学素养的关键成分。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”四个方面的要素构成。这四个方面是相互联系、共同发展的。物理观念的形成过程是学生经历科学思维和科学探究的过程，同时伴随着科学态度与社会责任的发展过程和对科学本质的认识不断深化的过程[1]。学生物理核心素养的形成需要通过教育教学实践得以落实，因此，教师的课堂教学必须要关注学生的物理核心素养。下面笔者以“电荷守恒定律”教学为例，谈谈具体做法。

一、教学目标

“电荷及其守恒定律”是高中物理新课标选修3-1（人教版）第一章第一节的内容。本节由电荷、静电感应、电荷守恒定律、元电荷四部分内容组成。这节课是高中电学内容的开始，也是学习电磁学、光学和其他物理学知识的重要基础。本节的教学目标如下：

（一）分析摩擦起电和带电体间的相互作用实验现象，知道自然界存在两种电荷，知道电荷量的概念及其国际单位。

（二）会用原子结构模型解释摩擦起电的原因，观察并分析静电感应现象，进一步提高应用物理模型解释现象的能力。

（三）通过观察摩擦起电、静电感应等现象，激发对自然界的好奇心。

（四）通过不同起电方式的分析得出电荷守恒定律，理解电荷守恒定律，体会守恒观念对认识规律的重要性。

（五）知道元电荷概念，体会电荷量是不连续的。

二、“电荷及其守恒定律”的教学在培养学生核心素养方面的作用和价值

（一）从物理观念上看：本节课的学习可以让学生进一步完善对电荷的认识。通过电荷守恒定律，进一步突出守恒的观念。对元电荷的学习，也为以后学生形成“量子化”这个观点打下伏笔。

（二）从科学思维上看：本节课涉及的科学归纳推理思想是物理学习研究的主要思想方法之一。通过对三种起电方式的探究归纳得出“电荷及其守恒定律”的过程，一方面让学生经历了质疑、科学实验、科学推理和科学归纳的过程;另一方面，可以通过有效教学环节的设计关注不同学生的思维水平。对感应起电原因的探讨中的科学推理、质疑思辨、实验验证过程也渗透着科学思维能力的培养。

（三）从科学探究上看：本节课通过解决身边的问题引入新课，培养了学生动手操作能力;利用自制装置探究使物体带电的方式，让学生体验感受，培养其判断力及探索精神。对感应起电现象的探究，又可提升学生的问题解决能力和质疑创新能力。

（四）从科学态度与责任上看：本课的实验探究教学可以培养学生的求真精神与团队合作意识，应用物理知识解决实际问题的教学，可以培养学生学习物理的兴趣，拉近了生活和科学的距离，也有助于学生养成用物理的视角观察社会、解决问题的意识。

三、精心设计教学环节，落实核心素养教学

（一）创设情境，激活前概念

【情境】（视频）厨房里，妈妈不小心把胡椒粉撒在了盐里。

问：你能用什么方法把盐和胡椒粉分离？（学生分组实验）

【设计意图】以生活实例引入新课，既激发学生的好奇心，也体现了物理来源于生活，也服务于生活。同时，通过创设情境，将学生头脑中摩擦起电的前概念激活，为下一个阶段的学习奠定基础。

（二）设计活动，体验科学探究;引导探究，发展科学思维

【活动1】每个小组用自制验电器探究使物体带电的方法。

问题1：你能列举一些生活中摩擦起电和接触起电的例子吗？

问题2：通过实验和生活中的实例，同学们心中可能有一些疑问，请同学们说一说这节课你想解决什么问题？

【设计意图】在这个活动中，让学生举生活中实例，可以增强学生“物理源于生活”的思想，同时也引发学生思考起电的本质。课前的自制“验电器”环节，一是提高学生动手制作技能，并有助于学生了解验电器的功能及使用方法。二是验电器金属箔片的张开可以让学生切实感受到电荷的存在。教师把“摩擦为什么能使橡胶棒带电？”“橡胶棒没接触自制验电器的金属棒，金属片为什么也能张开？”这样的问题交给学生提出，可以激发学生的探究欲望，有利于学生独立探究意识的培养。学生提出的问题可能漫无边际、过杂、过细，教师要指导他们对所提的问题进行比较和评价，筛选出多数学生感兴趣的、有条件可研究的、有价值的问题，以保证学生的科学探究既有趣，又真正有所收获。

【活动2】构建模型探究摩擦起电和接触起电的原因。

问题1：不带电的物体内部有没有电荷？为什么说它“不带电”？

问题2：核外电子是稳定的吗？

问题3：你能从物质微观结构的角度分析摩擦使物体带电的原因吗？

问题4：你能以玻璃棒和丝绸摩擦为例，说说玻璃棒和丝绸带电的原因吗？

问题5：结合前面的分析，你能从物质微观结构的角度分析接触起电的原因吗？

问题6：摩擦起电和接触起电是创造了电荷吗？

【设计意图】学生以前学习物理、化学知识时，对原子结构已经有所接触，所以可以引导学生构建物质微观结构模型探究这两种现象的原因。在教学中，可以充分利用电教手段，帮助学生建立原子结构的微观图景，确立由于电子转移使物体带电的观点，培养学生的抽象思维。从旧知识中获取新知识，阶梯式的问题引导，可以培养学生自主学习意识，使思维由浅入深。阶梯式的问题引导，还能帮助学生搭建认知桥梁，将学生已掌握的知识整合起来，对所学知识产生透彻的理解。教师要充分发挥引导作用，根据学生的认知水平，紧扣重难点问题，找到相应的切入点，解决物理问题。

【活动3】实验探究感应起电的原因。

实验：把带正电的物体C先移近导体A、B，再使C远离导体A、B

问题1：两次操作，金属箔各有怎样的变化？

问题2：请同学们讨论推测产生这一实验现象的原因。

问题3：怎样设计实验验证推测是否正确呢？

问题4：先把A和B分开，然后移去C，金属箔是否有变化？再让A和B接触，又会看到什么现象？学生实验探究。

问题5：产生这一实验现象的原因是什么？

【设计意图】感应起电实验是学习电荷守恒定律的又一准备。学生对摩擦起电比较熟悉，而对非接触起电感到奇怪，容易引发好奇心，激发起探究兴趣。所以根据实验情境设计一些有梯度、能提升思维强度的问题，有利于学生全面理解。在这个活动中，从学生思维实际出发，给学生充分的时间，鼓励学生大胆猜测，从各个角度去思考。教师应充分关注学生假设背后的思想，帮助学生改进完善。有了假设，再通过实验搜集证据来验证假设。引导学生在探究中体会科学探究的一般方法[2]。

【活动4】探究三种起电方式。

学生分组讨论三种起电方式的带电原因、电荷总量变化情况、共同的规律，完成表格并交流分享。

【设计意图】在这个活动中，学生结合前面几个环节的学习，能够认识到，无论是摩擦起电还是感应起电，其本质都是微观带电粒子在物体之间或物体内部的转移，而不是创造出了电荷，带电是电子移动引起的电中性被破坏的现象。这部分教学强调的不是规律的机械记忆，而是对规律的自主建构与深化。学生通过交流汇报，分享探讨所得结果和心得，一方面培养了学生分析、整理、概括的能力，另一方面稳固了新学的知识和技能。

（三）回归本源，形成物理观念

问题1：你能用简洁的语言归纳出起电的本质规律吗？

（得出电荷守恒定律的第一种表述）

问题2：结合电荷守恒定律，请同学们思考以下问题：

①在探究实验中，将C远离导体A、B后金属箔闭合，是不是正负电荷一起消失了？

②对“电荷的总量保持不变”中的“电荷的总量”你是怎么理解的？

（得出电荷守恒定律的第二种表述）

问题3：物体带电的实质是电子的转移和得失，这表明物体带的电量有何特征？（得出元电荷概念，体会量子性）

【设计意图】物理教学中的“源”即对物理本质的理解和思考。教学中以演示实验为核心素材，通过进阶式的问题驱动学生思维，帮助学生不断反思、概括和提升，形成正确的物质观。学生体验了物理观念的形成，会对知识的理解更加深刻，也有利于学生感悟守恒思想。电荷守恒定律是自然界主要的守恒定律之一，“守恒”思想的渗透与“追寻守恒量”“机械能守恒定律”，保持了“守恒”思想的一致性，这样有利于学生对守恒思想的完善。对元电荷的概念的学习，还可以加强学生对量子化的感性认识。

（四）認识科学本质，培养科学态度与责任

活动：解释生活中的现象。

1.趣味实验中用塑料小勺分离盐和胡椒粉。

2.（课本4页题1）在我国北方天气干燥的季节，脱掉外衣再去摸金属门把手时，常常会被电击，这是为什么？

3.近代物理实验发现，光子可以转变成一对正负电子。一对正负电子可以同时湮灭，转化为一个光子，光子是不带电的。在这个过程中，电荷守恒定律还成立吗？

4.本节知识在生活、科技中还有哪些应用？请同学们课下查阅资料，下节课交流分享。

【设计意图】课前按课本3页“做一做”自制验电器，激发学习和应用物理知识的热情。教学中，教师依托物理实验，引导学生探究，培养学生严谨求实的科学态度。教学中还应深入挖掘教材，开发教学资源，关注与物理有关的社会热点问题，放眼科技前沿，开阔学生的视野，深刻理解物理、技术、社会之间的相互关系，赞赏物理对社会发展的重大贡献。

四、教学反思

本节主要学习电荷的基本概念及电荷守恒定律。学生在初中就接触了本节的知识，高中教学是在这个基础上加深、提高。本节课并不是简单地重复初中所展示过的实验，而是采用探究式思维展开本节教学内容。通过演示实验使学生进一步认识自然界中的两种电荷，通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物体中的电荷分开。但对一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和不变。在构建上述知识的过程中，引导学生经历构建模型、解释现象、猜想、归纳等过程，发展逻辑推理能力，强化守恒思想[3]。

这节课的重点定位在通过比较摩擦起电、接触起电、感应起电三种带电方式，找出它们的本质特征，抽象概括出电荷及其守恒定律。这主要因为：思想是物理研究中重要的方法。为了突出“守恒”的思想，在力学中学习功和能的关系时，就是从“追寻守恒量”开始的。在电学中又一次体验“追寻守恒量”。从物质微观结构的角度认识物体带电的本质是本节教学的难点。立足于实验，在实验探究中生成新的认识，是突破难点的策略。感应起电这部分教学，要做好演示实验，使学生清楚地知道什么是静电感应现象，在此基础上使学生知道感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，使电荷从物体的一部分转移到另一部分。

整节课流程比较顺利，学生通过这节课的学习达成了教学目标。在教学中要注重对学生思维能力的培养，一方面要重视概念和规律的建立过程，对每个概念要知道它的来龙去脉，弄懂它的内涵和外延。另一方面，要努力创造条件，建立鲜明的物理情境，引导学生经过自己充分地观察、分析、比较、归纳等思维过程，从直观的感知进入抽象的深层理解，把他们准确、鲜明、深刻地纳入自己的认知结构中。

本节课也存在一些不足之处：一是要控制提问的密度，整体布局问题。课堂中，有些问题给学生思考的时间不够，提问男生多于女生，成绩好的多于成绩差的，这些现象的存在，不利于学生整体创造性思维的培养。二是部分小组合作能力低，操作质量不高。主要原因是分组时没有充分考虑每一位学生的物理学习能力和合作能力，以及小组内部学生沟通能力差。因此，教师在实验前要做好实验的分组搭配工作。实验开展的过程中，教师也要积极融入学生群体中，帮助学生解决实验中出现的一些问题。

结束语

本节课以解决问题为中心，把“探究性学习”的思想贯穿到整节课的教学。让学生进入探索者的角色，真正参与到学习活动中，在合作探究中通过发现问题、分析问题、创造性地解决问题等步骤掌握知识、发展能力。在探究过程中，要在充分了解学生的原有认识和思维方式基础上，从学生发展的角度把握每一个重要问题的提出、研究和解决过程，针对学生实际，将大问题分解成小问题，最后转化成学生感兴趣又能解决的问题。在教学中要引导学生从科学的视角观察问题，按科学的逻辑来思考问题，将培养学生的科学思维渗透在教学各环节中，从而发挥该教学内容在培养物理核心素养方面的作用和价值[4]。

参考文献

[1]章小平，顾爱芬.创设有效实验情境落实学科核心素养[J].中学物理教学参考，2019，48（6）：36-38.

[2]王治国.探究电荷本质建构物理观念[J].中学物理教学参考，2019，48（11）：18-22.

[3]陆绍焜，沈宏生.加强守恒定律在中学物理教学中的地位[J].物理教学，1982（4）：14-16，24.

[4]马昌业.高中物理两个力学守恒定律教学中的几个问题[J].新校园（中旬），2015（10）：55.