唐维四 张菊香 周栋梁

(1. 江苏省灌南县惠泽高级中学,江苏 连云港 222500;2. 江苏省灌南高级中学,江苏 连云港 222500)

1 引言

物理观念是物理概念、规律等在头脑中的提炼与升华。[1]随着时间的推移,物理知识或许会逐渐地被学生遗忘,但物理观念却是根深蒂固。当认识从物理知识上升到物理观念层面时,学生对于知识的处理便能从“生搬硬套”上升到“触类旁通”的更高层级。有了这些物理观念,学生便能更好地从物理学视角去解释自然现象和解决遇到的实际问题。

在人教版高中物理必修第三册 《静电场中的能量》一章中“电势差与电场强度的关系”一节所呈现的内容不太多,思维难度也不大,在实际教学中不少教师往往只重视电势差和电场强度关系的结论及其应用,却忽视了本节内容放在此处的特殊用途,即在引入电场强度描述“电场力的性质”和引入电势描述“电场能的性质”之后,教材试图帮助学生建立电场“力”与“能”之间的关联,让学生从整体的角度认识电场。若教师能基于大单元的视角,搭建电场“力”与“能”两者之间的关联,则在帮助学生深度理解电场的同时,促进他们运动与相互作用观念和能量观念的形成和发展。

研读人教社2019年版高中物理教材,其内容组织的逻辑层次结构如图1所示。[2]

图1

这种内容编排方式符合学生的认知逻辑,但在实际教学中,教师往往把教学的重点放在后三个环节,这样的教学设计没有体现编者的意图,不利于学生核心素养的培养。针对第一个环节,笔者在教学实践中做了如下的设计。

2 电场强度和电势表征方式的分类

通过师生一起复习、回顾,构建相关知识结构(图2),即从“数”的层面定义电场强度和电势,从“形”的层面、直观地表征电场强度和电势。

图2

3 构建电场强度和电势的定性关系

通过师生一起复习、回顾电场强度和电势之间的关系,可以得出结论：沿着电场线的方向电势逐渐降低;电场线与等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面;等势面越密处电场线也越密集,即等势面越密处电场强度越大。从结构化考虑,它们间的对应关系如图3所示。[3]

图3

显然,基于学生已有的知识结构,电场强度与电势在“数”方面的关系还有待探究。

4 构建电场强度E和电势差U的定量关系

首先呈现图4,甲、乙、丙为三种不同电场的电场线分布,引导学生分别判断电场中A、B、C三点的电势高低和场强强弱。

图4

学生通过探讨发现：虽然电场强度和电势都是表征电场属性的物理量,但二者大小之间并无直接关系,在此基础上教师再次引导学生思考：电势能变化是通过电场力做功实现的,电场力做功多少与电场强度大小有关,而电势能变化也与电势差相关。据此,你认为在“数”的层面上电场强度和电势差之间有何关系?从而让学生在知识结构化的过程中,确立本节课题：电势差与电场强度的关系。

如此引入本节课题,不仅可以较好地达成传统的教学目标,而且可把隐含在教学内容和教学过程中的“教育因素”得以充分发掘和利用,更好地促进学生物理观念的形成和发展,进而提升他们的核心素养。

在完成以上三个环节的教学之后,为了帮助学生从单元教学的角度更加全面地认识静电场,并形成比较完整的知识结构,可以试探电荷为载体,帮助学生构建“力”和“能”的封闭知识链(图5)。

图5

在师生一起构建静电场这一大单元“知识链”的过程中,学生更容易理解物理量之间的关系,对其灵活运用物理知识解决实际问题具有重要意义。同时在构建电场强度和电势差的定量关系的过程中,也蕴藏着丰富的与物理观念、科学思维、科学探究相关的活动,可以较好地提高学生的核心素养。

5 结语

教师在设计教学时,必须以课程标准为依据,分析学情和教材,除了关注知识内容的呈现外,更要关注相关内容的呈现过程和方式,把教学设计置于单元教学层面进行学习内容规划、学习活动设计,以更好地促进学生物理观念的形成和发展、科学思维的稳步提升,进而提高他们的核心素养。