“電荷及其守恒定律”課堂教學反思

吳秋瑛

摘 要：執(zhí)教“電荷及其守恒定律”時教師要具備批判性思維和量子化思想，要具備物理模型的觀念和實驗探究的思想。文章從“學生具備的初中知識基礎(chǔ)、課本知識學習的思路梳理、課堂教學存在的主要問題、課堂教學中的亮點和課堂教學操作范例”等方面，闡述了自己的教學觀念。

關(guān)鍵詞：電荷；守恒定律；教學反思

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）3-0074-3

參加區(qū)高中物理優(yōu)課競賽評委工作，課題“電荷及其守恒定律”聽過多遍，再次閱讀課程標準、課本及其教學參考資料，產(chǎn)生許多想法，寫出來與各位老師研討。

1 學生具備的初中知識基礎(chǔ)

基于《電荷及其守恒定律》一節(jié)的學習，學生具備的初中基礎(chǔ)知識有兩個方面：

一是靜電知識。摩擦能使物體帶電。自然界僅有兩種電荷：正電荷、負電荷。富蘭克林將用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負電荷。同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。

二是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識。物質(zhì)由分子組成，分子是保持物質(zhì)化學性質(zhì)的最小微粒。分子由原子組成，原子由帶正電的原子核和帶負電的電子構(gòu)成，且正、負電荷數(shù)量相等。

盧瑟福建立了類似行星繞日的核式結(jié)構(gòu)模型：原子核位于原子的中心，電子受原子核吸引，繞核做高速運動。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，都是由更小的微?！淇藰?gòu)成的。

許多老師在引導學生回顧學過的基礎(chǔ)知識時，不能清晰地界定靜電知識和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識，將兩方面的知識交叉反復。不清楚初中學習的靜電知識是靜電場的基礎(chǔ)知識，物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識是用來解釋靜電現(xiàn)象，認識物體帶電本質(zhì)的，且由原子的結(jié)構(gòu)模型，可順暢建立簡化的金屬結(jié)構(gòu)模型。

2 課本知識學習的思路梳理

電荷守恒定律是課時學習的中心，電荷產(chǎn)生的機理是學習的基礎(chǔ)。確定物體是否帶電，最簡單的方法是看其能否吸引輕小物體。實驗的方法是用驗電器或靜電計進行檢驗。

使物體帶電的方法有三種：摩擦起電、接觸起電和感應起電。無論哪一種起電方式都不是創(chuàng)造出電荷，而是使電子發(fā)生移動，由一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或由物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。失去電子的帶正電荷，得到電子的帶負電荷，由此水到渠成，得出電荷守恒定律。

電荷守恒定律的第二種表述，是基于第一種表述（建立在實驗事實基礎(chǔ)上）的思維推進：在電中性的物質(zhì)里不是沒有電荷，而是電荷的代數(shù)和為零；電荷的中和不是正、負電荷一起消失，而是不同種類的電荷數(shù)量達到等量、異號，正、負電荷的代數(shù)和為零；電荷的總量就是指電荷的代數(shù)和。

元電荷和比荷是學習靜電場的基本概念。電荷的多少稱為電荷量，正電荷的電荷量是正值，負電荷的電荷量是負值。電子所帶的電荷量是最小的電荷量（負值）。

元電荷是最小的電荷量（沒有符號），其值等于電子所帶的電荷量，e=1.6×10-19 C（密立根測得）。帶電體所帶電荷量可能等于e，或者是e的整數(shù)倍，電荷量不是連續(xù)變化的物理量。比荷（e/m）是電荷量與其質(zhì)量之比。

課堂教學實施的重點是結(jié)合摩擦起電和感應起電的具體情境，理解電荷守恒定律；而不是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)角度認識物體帶電的本質(zhì)。

學習的難點是建立元電荷的概念，知道電荷量不能連續(xù)變化，而不是帶正電的原子為什么不能移動。

3 課堂教學存在的主要問題

3.1 使物體帶電的三種方法（摩擦、接觸和感應起電），不是孤立的，不需要通過三次實驗分別展示

用絲綢摩擦玻璃，玻璃棒帶上正電荷是摩擦起電；用玻璃棒接觸驗電器，驗電器的金屬箔張開（移走玻璃棒，金屬箔仍然張開），驗電器帶上正電荷，是接觸起電；用玻璃棒靠近驗電器的金屬球，驗電器的金屬箔張開，移走玻璃棒，張開的金屬箔閉合，玻璃棒靠近驗電器，驗電器帶電是感應起電。

3.2 用毛皮摩擦硬橡膠棒，使硬膠棒帶電

正確的摩擦方法，不是拿硬橡膠棒的手用力、單向的一次次摩擦，而是拿毛皮的手來回適當?shù)挠昧?，用毛皮摩擦?/p>

使硬橡膠棒上的電荷轉(zhuǎn)移到驗電器的金屬球上時，不是點接觸，而是移動硬橡膠棒不同部位接觸。

實驗的不成功更多源于教師思想不重視、操作方法不正確，而不是空氣的潮濕。

3.3 知識學習的層次性認識不足，過早提出電荷的均分法則

在電荷量的概念、單位、符號學習前，便向?qū)W生講授兩個完全相同的金屬球A、B，A帶電+Q與不帶電的B接觸，A的電荷量會分給B一半。

學生雖能有所感悟，卻很難將所學的知識進行同化或順應，更不能意識到+Q的均分是由自由電荷移動引起的。

3.4 原子核與核外電子的模型是類似行星的核式模型，而不是蘋果肉與蘋果核模型

核力是核子（質(zhì)子和中子）間的作用力，不是原子核不能移動的原因。原子核與核外電子間的作用力是靜電力，不是核力。

電荷間的移動是電荷間相互作用的結(jié)果，不是搶來搶去的。物質(zhì)分子間的擴散運動，與電荷在物體間的轉(zhuǎn)換，說的是不同性質(zhì)的問題。

3.5 對絕緣體和金屬導體的微觀結(jié)構(gòu)認識不足

播放的實驗視頻中，學生用大金屬球從感應起電機取電，大金屬球圍繞感應起電機的放電球轉(zhuǎn)多圈（電荷在金屬導體間的轉(zhuǎn)移是瞬間完成的），教師沒有制止。

實驗失敗的原因，被理所當然地歸結(jié)為空氣的濕度較大。

3.6 實驗存在問題

①注重教師的演示實驗，而不重視學生動手實驗。

②注重教師自己的講解，而不重視學生的學習。

③注重知識的傳授，而不重視知識的層次和結(jié)構(gòu)。

④注重知識淺層次識記，而不重視知識深層次的理解。

⑤簡單的知識被復雜化，清晰的思路被模糊化。

4 課堂教學中的亮點

4.1 能有效利用現(xiàn)代教學設備

課前制作師生合作的實驗視頻，一方面為課堂的順暢教學提供保障，另一方面能加強師生情感溝通，提高師生間的相互信任度。

4.2 能對絲綢摩擦玻璃棒、毛皮摩擦硬橡膠棒的摩擦起電進行引申

用泡沫塑料摩擦玻璃棒、絲綢摩擦塑料梳等，使學生認識到摩擦起電是生活中的普遍現(xiàn)象。

4.3 自制教具

如圖1所示，將靜電計的金屬球處安裝易拉罐，兩個靜電計易拉罐組合到一起，替代枕形導體，實驗效果非常好。

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圖1 自制教具

5 課堂教學操作范例

5.1 播放“電閃雷鳴”或“頭發(fā)豎起”的視頻

指導學生觀看，說明靜電現(xiàn)象是自然界和日常生活中常見的物理現(xiàn)象。

5.2 要求學生用塑料筆桿摩擦頭皮

教師用毛皮摩擦硬橡膠棒，提問筆桿和硬橡膠棒是否會帶電？學生給出吸引輕小物體的方法，教師給出驗電器和靜電計檢驗的方法。追問：為什么摩擦會使不帶電的物體帶電？

5.3 引導學生回顧復習初中所學的靜電和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識

指導學生用物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識認識物體的帶電本質(zhì)。由“人們沒有發(fā)現(xiàn)對兩種電荷都吸引或都排斥的電荷”，較理性地推導出“自然界只有兩種電荷”，呈現(xiàn)嚴謹?shù)倪壿嬎枷牒团行运季S；由盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型，建立金屬結(jié)構(gòu)的簡化物理模型。

5.4 三種起電方式

用毛皮摩擦硬橡膠棒，硬橡膠棒帶電是摩擦起電；用帶電的硬橡膠棒接觸驗電器，驗電器的金屬箔張開，拿走硬橡膠棒，金屬箔仍然張開著，驗電器的帶電是接觸起電；用帶電的硬橡膠棒靠近靜電計，靜電計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，移走硬橡膠棒，指針回復到原來的位置，靜電計的帶電是感應起電。

5.5 電荷守恒定律

用帶電的硬橡膠棒靠近枕形導體A、B，枕形導體A、B兩側(cè)的金屬箔均張開，移走帶電的硬橡膠棒，枕形導體A、B兩側(cè)的金屬箔均閉合。再次用帶電的硬橡膠棒靠近枕形導體A、B，枕形導體A、B兩側(cè)的金屬箔均張開，將枕形導體A、B分開，移走帶電的硬橡膠棒，枕形導體A、B兩側(cè)的金屬箔仍然張開，接著將A、B接觸，枕形導體A、B兩側(cè)的金屬箔均再次閉合。以此為基礎(chǔ)總結(jié)出電荷守恒定律。

5.6 理性剖析電荷守恒定律

電中性的物體中有電荷，正電荷和負電荷的代數(shù)和為零；電荷中和不是正、負電荷一起消失，只是物體中所含的正、負電荷數(shù)等量、異號，代數(shù)和為零；電荷總量保持不變，同樣是指電荷的代數(shù)和。

再結(jié)合帶電粒子的產(chǎn)生和湮滅，推進對電荷守恒定律的認識，提出電荷守恒定律的新表述。

5.7 學生自學電荷量、元電荷、比荷等基礎(chǔ)知識

強調(diào)元電荷e是最小的電荷量，任何一個帶電體，所帶的電量僅可能等于e，或是e的整數(shù)倍。元電荷e的值是由美國物理學家密立根最早測得的。

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（欄目編輯 鄧 磊）