觀物探理 提升素養(yǎng)

朱亞軍

[摘 要]張樟老師開設(shè)了《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》展示課，這節(jié)課的教學(xué)特色是充分挖掘生活中的教學(xué)資源，關(guān)注教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的聯(lián)系，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)凸顯了“知識問題化，問題情境化”，教學(xué)過程中，教師注意引導(dǎo)學(xué)生在情境中思考問題，在思考問題中掌握知識，進(jìn)而有效培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]觀物探理；提升素養(yǎng)；展示課

[中圖分類號] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）20-0038-03

前不久，筆者應(yīng)邀赴杭州市參加教學(xué)研討活動，觀摩、欣賞了浙江省杭州市第二中學(xué)為與會代表開設(shè)的4節(jié)展示課，收益頗豐。其中張樟老師的展示課《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》給筆者留下了非常深刻的印象，這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)精妙，凸顯了“知識問題化，問題情境化”。這節(jié)課的教學(xué)情境真實(shí)、有趣，精彩紛呈，課堂氛圍熱烈、融洽、和諧，教學(xué)層次錯落有致，且能突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn)。在具體教學(xué)過程中，張老師不斷提出問題、分析解決問題，注重學(xué)生對物理過程的體驗(yàn)，彰顯了“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念。教學(xué)中，每一個問題的解決都有完整的探究過程，并重視引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際生活中。整節(jié)課體現(xiàn)了“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，思維為中心，過程為主線，能力為核心，應(yīng)用為目的”的特點(diǎn)，在潛移默化中提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培育了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。接下來與同行們分享張樟老師展示課的精彩片段。

一、課題引入，匠心獨(dú)運(yùn)，引人入勝

上課伊始，張老師播放一段“中國達(dá)人秀”的小視頻：“ 95后科學(xué)狂人”——“閃電俠”盧馭龍500萬伏高壓下玩轉(zhuǎn)“人工閃電”的震撼表演，學(xué)生們嘆為觀止。通過這個小視頻充分喚起了學(xué)生的好奇心，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，接著張老師提問：“表演過程中盧馭龍有危險嗎？為什么？”從而引入課題：靜電現(xiàn)象的應(yīng)用。雖然小視頻中有“危險動作，請勿模仿”的警示字樣，但張老師話鋒一轉(zhuǎn)：每一個青少年都應(yīng)該充滿好奇心，要勤于觀察，善于思考，大膽實(shí)踐，積極探索大自然的奧秘，當(dāng)然也要敬畏大自然的客觀規(guī)律，時刻注意安全。于是，張老師展示一個大鐵籠，用感應(yīng)起電機(jī)的一個電極慢慢靠近鐵籠，結(jié)果觀察到火花放電現(xiàn)象，輕松說明“人工閃電”也不足為奇，幫助學(xué)生打破“閃電俠”盧馭龍玩轉(zhuǎn)“人工閃電”的神秘感。進(jìn)而邀請一位學(xué)生站到鐵籠中繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，如圖1所示，關(guān)閉鐵籠后，張老師將感應(yīng)起電機(jī)的一個電極靠近鐵籠，發(fā)生火花放電，這時站在鐵籠中的學(xué)生心有余悸地蜷縮在鐵籠的中央，非常緊張，一動不動，張老師勸導(dǎo)這位學(xué)生不要緊張，鼓勵他試著用手觸碰金屬網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)并沒有觸電的感覺，說明鐵籠內(nèi)的人和物都是安全的。

張老師接著做了一個更大膽、刺激的實(shí)驗(yàn)：取一根約50 cm長的金屬絲穿過鐵籠，一半留在鐵籠外，一半伸進(jìn)鐵籠內(nèi)，并用導(dǎo)線、鱷魚夾把鐵籠內(nèi)的金屬絲和鐵籠連接起來，學(xué)生手握鐵籠內(nèi)部的金屬絲，如圖2所示，張老師把感應(yīng)起電機(jī)的一個電極慢慢移近鐵籠外部金屬絲的端點(diǎn)，發(fā)生火花放電時，鐵籠內(nèi)的學(xué)生沒有絲毫的異樣，鎮(zhèn)定自如，安然無恙！再次充分表明鐵籠內(nèi)的人非常安全，張老師趁熱打鐵提出3個問題：

（1）將導(dǎo)體放于靜電場中，導(dǎo)體中自由電子的狀態(tài)會發(fā)生什么變化？

（2）什么是靜電平衡？它有哪些特點(diǎn)？

（3）試解釋剛才的兩個實(shí)驗(yàn)，人為什么是安全的。

二、理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并舉，突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn)

本節(jié)課的重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握靜電平衡的概念，理解導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特征及其應(yīng)用。本節(jié)課的難點(diǎn)是靜電平衡知識的應(yīng)用，認(rèn)識導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)、尖端放電現(xiàn)象、靜電屏蔽現(xiàn)象。

為了幫助學(xué)生理解、掌握本節(jié)重點(diǎn)，張老師首先在勻強(qiáng)電場中引入一塊金屬板，如圖3所示，啟發(fā)學(xué)生條分縷析如下一系列問題。

（1）金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)如何？

（2）電場的基本性質(zhì)是什么？

（3）在電場力的作用下，金屬導(dǎo)體中的自由電子如何移動？

（4）自由電子會在何處結(jié)聚？

（5）電子的結(jié)聚會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？

（6）最終會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

經(jīng)過上述抽絲剝繭的師生研討活動，在張老師的啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生們得到靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體電場的兩個特點(diǎn)：

（1）處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。

（2）處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體。

如何驗(yàn)證上述兩個特點(diǎn)？張老師設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：取一對平行金屬板，分別與感應(yīng)起電機(jī)的兩個電極相連，啟動感應(yīng)起電機(jī)，在平行金屬板之間形成勻強(qiáng)電場，將一個貼有靜電羽的金屬球放入電場中，馬上觀察到金屬球上的靜電羽張開，如圖4所示。接著張老師拿一個內(nèi)、外粘有靜電羽的金屬網(wǎng)罩罩在金屬球上，看到金屬球上的靜電羽立即垂了下來，同時看到金屬罩外表面靜電羽的張開，而內(nèi)壁的靜電羽沒有任何的動靜，如圖5所示。

上述實(shí)驗(yàn)用雄辯的事實(shí)說明處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，金屬網(wǎng)罩可以屏蔽外部電場，能夠非常圓滿地解釋了引入課題時的大鐵籠實(shí)驗(yàn)中學(xué)生處于安全狀態(tài)的原因。

三、彰顯“從生活走向物理，從物理走向社會”的新課程理念

根據(jù)學(xué)以致用的原則，張老師列舉了多個靜電屏蔽實(shí)例，限于篇幅，不一一列舉，但學(xué)生們對如下兩個實(shí)例特別感興趣。

[實(shí)例1]取一部手機(jī)，插上耳機(jī)，打開一首歌曲，可聽到耳機(jī)中傳出悅耳的聲音，接著把手機(jī)放入柔軟的金屬網(wǎng)中，耳機(jī)留在金屬網(wǎng)的外面，仍然可以聽到耳機(jī)中傳出的音樂，只不過聲音明顯變小了，但是，將耳機(jī)連同音頻傳輸線全部放入金屬網(wǎng)中，并密封金屬網(wǎng)口，就聽不到絲毫的聲音了，如圖6所示。

[實(shí)例2]取甲、乙兩部手機(jī)，在甲手機(jī)上輸入乙手機(jī)的號碼，撥打乙手機(jī)，一會兒，乙手機(jī)的鈴聲就響了，這是很正常的現(xiàn)象。接著張老師用一張燒烤用的錫箔紙將乙手機(jī)包裹起來，如圖7所示，再在甲手機(jī)上輸入乙手機(jī)號碼，撥打乙手機(jī)，發(fā)現(xiàn)乙手機(jī)沒有任何聲響，甲手機(jī)中反饋的聲音是“對方手機(jī)不在服務(wù)區(qū)，無法接通”，充分說明錫箔紙對無線電信號的屏蔽效果非常好。

四、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，分工合作，探究導(dǎo)體的電荷分布

為了幫助學(xué)生認(rèn)識、理解導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)，張老師設(shè)計(jì)了如下學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：同桌的兩個學(xué)生組成一個小組，配有感應(yīng)起電機(jī)、硬紙板、某品牌的抽紙、膠水、剪刀等器材。要求學(xué)生們先用硬紙板做一個半徑6cm左右的圓筒，用剪刀從抽紙上剪出12條長方形的小紙條，分別貼在圓筒的內(nèi)壁和外壁，利用導(dǎo)線和鱷魚夾把圓筒和感應(yīng)起電機(jī)的一個電極相連，轉(zhuǎn)動感應(yīng)起電機(jī)的手柄，大部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)圓筒外壁的小紙條張開，而貼在圓筒內(nèi)壁的紙條狀態(tài)保持不變，如圖8所示。但也有少數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，通過觀察比較，思考后發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因是：（1）小紙條剪得太寬，且膠水粘得過多；（2）感應(yīng)起電機(jī)的兩個電極之間的距離比較近，比較容易放電。最終師生共同得到導(dǎo)體上電荷分布的第一個特點(diǎn)：靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，其靜電荷只分布在外表面。

特別值得一提的是個別學(xué)生異想天開，直接將圓筒套在感應(yīng)起電機(jī)的一個電極上，轉(zhuǎn)動感應(yīng)起電機(jī)的手柄，也很好地觀察到了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果，如圖9所示。顯然，學(xué)生的創(chuàng)新潛能是巨大的，所以，大家一定要創(chuàng)造條件多讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。

五、模擬避雷針，真切感受尖端放電

為了讓學(xué)生理解導(dǎo)體上電荷分布的第二個特點(diǎn)：靜電平衡時，在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的地方幾乎沒有電荷，張老師設(shè)計(jì)了如下兩個實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：將感應(yīng)電機(jī)兩個放電極之間的距離調(diào)得比較大，轉(zhuǎn)動感應(yīng)起電機(jī)的手柄，觀察不到放電現(xiàn)象，手持剪刀的絕緣部分，張開剪刀的尖端，讓剪刀的兩個尖端分別靠近感應(yīng)起電機(jī)的兩個電極，立即看到在電極和剪刀的兩個尖端之間發(fā)生火花放電現(xiàn)象，如圖10所示。

實(shí)驗(yàn)2：借助如圖11所示的儀器，幫助學(xué)生理解避雷針的工作原理，觀察連接高電壓時，尖端和球形電極哪個更容易放電？改變尖端的高度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察加上高電壓時的放電現(xiàn)象，說明避雷針應(yīng)安裝在建筑物高端的科學(xué)道理。張老師接著在避雷針原理演示模型上板的底側(cè)粘一小團(tuán)浸過酒精的棉花，連接上高電壓，看到尖端放電時，點(diǎn)燃了棉花，順便說明了家用煤氣灶點(diǎn)火的工作原理，一舉兩得。

六、金無足赤，白玉微瑕，對本節(jié)展示課的三點(diǎn)建議

（1）縱觀本節(jié)課，教學(xué)過程精彩紛呈、引人入勝，師生互動頻繁，教學(xué)任務(wù)基本完成。但是，本節(jié)課教學(xué)預(yù)設(shè)明顯多于課堂生成，學(xué)生的主體作用還未能充分體現(xiàn)，如能再大膽放手一些，讓學(xué)生自主思考的時間和活動再多一點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容從“知識傳遞”轉(zhuǎn)為“知識建構(gòu)”，教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度可能會更高。

（2）張老師省略了一個非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)——法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)，這個實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞终f明靜電平衡的特點(diǎn)：導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，其靜電荷只分布在外表面。在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的地方幾乎沒有電荷。覺得有點(diǎn)可惜，不過，也許是由于當(dāng)天的天公不作美，張老師放棄了該實(shí)驗(yàn)。

（3）物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包含四大要素：物理觀念和應(yīng)用、科學(xué)思維和創(chuàng)新、科學(xué)探究和交流、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。就本節(jié)課而言，筆者以為對科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的重視還不夠，如能在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)適時滲透科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的教育和培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)；更強(qiáng)烈地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，培養(yǎng)學(xué)生尊重他人、主動與他人合作的品質(zhì)，更能基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，讓學(xué)生逐步形成實(shí)事求是、不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度；在進(jìn)行物理研究和物理成果應(yīng)用時，能遵循普遍接受的道德規(guī)范；理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的關(guān)系，熱愛自然，珍惜生命，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。一定能讓本節(jié)課錦上添花。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 顧明遠(yuǎn).核心素養(yǎng)：課程改革的原動力[J].人民教育，2015（13）：17-18.

[2] 鐘啟泉.基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展： 挑戰(zhàn)與課題[J].全球教育展望，2016（1）：3-25.

（責(zé)任編輯 易志毅）