“5E”教學(xué)模式下的高中物理教學(xué)
——以“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”為例

忻永立

“5E”教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究所基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論,于1989年提出的教學(xué)模式,包括引入、探究、解釋、遷移和評價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)．該模式提倡以學(xué)生為中心,契合新課程改革教學(xué)理念．當(dāng)前,“5E”教學(xué)模式在義務(wù)教育階段以及高中生物、化學(xué)學(xué)科教學(xué)中的實(shí)踐和應(yīng)用較多,而在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用較少．下面以“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”教學(xué)設(shè)計(jì)為例,研究“5E”教學(xué)模式下的高中物理教學(xué)實(shí)施策略．

1 引入環(huán)節(jié)

活動(dòng)1:讓一個(gè)學(xué)生用編號2手機(jī)撥打編號1手機(jī),能撥通;接下來將編號1手機(jī)放到一個(gè)泡沫盒子里面,用編號2手機(jī)繼續(xù)撥打,仍能撥通;之后將編號1手機(jī)放到一個(gè)鐵罐中,再用編號2手機(jī)撥打,結(jié)果手機(jī)無法撥通．

問題1:第三次手機(jī)無法撥通,是什么原因呢? 請大家討論．

探究活動(dòng)從生活中最常見的手機(jī)出發(fā),貼近學(xué)生生活,讓學(xué)生與原有的知識經(jīng)驗(yàn)建立有效聯(lián)系,從而明確探究任務(wù)和目的,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究知識的興趣與意愿．

2 探究環(huán)節(jié)

活動(dòng)2:實(shí)驗(yàn)演示——用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近驗(yàn)電器．

問題2:看到什么現(xiàn)象?(驗(yàn)電器張開一定角度)

問題3:電荷從哪里來?(帶負(fù)電的橡膠棒在空間產(chǎn)生電場,金屬導(dǎo)體中的自由電子受電場力作用定向移動(dòng),使導(dǎo)體的近端感應(yīng)出正電,遠(yuǎn)端感應(yīng)出負(fù)電)

問題4:驗(yàn)電器的張角會(huì)一直增大嗎?(不會(huì),很快達(dá)到某一角度而停止)

我們今天就來深入探究一下驗(yàn)電器為什么很快達(dá)到這個(gè)狀態(tài),它有什么特征?為了研究方便,我們用勻強(qiáng)電場來替代橡膠棒的電場．

問題5:把一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體放到場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中,會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

引導(dǎo)學(xué)生回答:導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下會(huì)發(fā)生定向移動(dòng),使導(dǎo)體一端帶負(fù)電,另一端帶等量的正電荷．

問題6:導(dǎo)體兩端的正負(fù)電荷是否會(huì)產(chǎn)生電場?電場的方向又是怎樣的?導(dǎo)體內(nèi)部的電場會(huì)發(fā)生什么變化?導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子還會(huì)繼續(xù)移動(dòng)嗎?最終會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

教師根據(jù)學(xué)生在引入環(huán)節(jié)產(chǎn)生的認(rèn)知沖突,通過問題串引導(dǎo)學(xué)生對達(dá)到靜電平衡狀態(tài)這一過程進(jìn)行科學(xué)思考,展開分析和討論,最后再播放Flash動(dòng)畫(靜電平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)過程)．

3 解釋環(huán)節(jié)

由上面的分析可以知道,處于電場中的導(dǎo)體內(nèi)部的電荷在電場力的作用下做定向移動(dòng),這種定向移動(dòng)最后停止,我們把這種狀態(tài)叫作靜電平衡狀態(tài)．

問題7:處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體有什么特征?(導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零)

問題8:如果有一個(gè)不影響導(dǎo)體電場的試探電荷在導(dǎo)體內(nèi)部移動(dòng),電場力會(huì)對它做功嗎?(不會(huì))

問題10:感應(yīng)電荷在導(dǎo)體上是怎么分布的?(分布在表面)

問題11:在導(dǎo)體的外表面,電荷又是如何分布的呢?

活動(dòng)3:出示帶尖端的導(dǎo)體,同樣讓它帶上電,再用不帶電的金屬小球先后與導(dǎo)體的圓柱部分及尖端部分接觸,然后分別用驗(yàn)電器驗(yàn)證是否帶電,發(fā)現(xiàn)尖端帶的電較多．

解釋1:避雷針的應(yīng)用．假設(shè)有帶正電的云飄到避雷針上方,由于靜電感應(yīng),在尖端會(huì)感應(yīng)出密集的負(fù)電荷并產(chǎn)生強(qiáng)電場使空氣電離,空氣中帶負(fù)電的離子會(huì)受電場力作用定向移到云層上,與云層上的正電中和．這樣云層與建筑物之間就不會(huì)形成閃電,避免危險(xiǎn)和危害.

解釋2:處于靜電平衡下的導(dǎo)體,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,且由于內(nèi)表面不帶電,故導(dǎo)體殼內(nèi)無電場,E=0,即靜電平衡下的空腔導(dǎo)體的內(nèi)部場強(qiáng)處處為零.

問題12:現(xiàn)在如果我們將導(dǎo)體的內(nèi)部掏空,會(huì)不會(huì)影響感應(yīng)電荷的分布及場強(qiáng)的大小?(不會(huì))

解釋:這樣導(dǎo)體就可以保護(hù)內(nèi)部不受外界電場的影響,起到屏蔽的作用,我們稱這種現(xiàn)象為靜電屏蔽．就像我們的鐵罐可以屏蔽手機(jī)的電磁波信號．

此環(huán)節(jié)有利于幫助學(xué)生更加深入地理解新概念,提升學(xué)生的歸納、演繹和推理能力．

4 遷移環(huán)節(jié)

問題13:靜電屏蔽在我們的實(shí)際生活中有哪些應(yīng)用?

電視的閉路線有金屬網(wǎng),而金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場的干擾,使我們獲得清晰的電視信號;電腦的主機(jī)箱內(nèi)也有一些金屬框架，同樣用來屏蔽干擾;超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服,是用包含金屬絲的紡織物制成的，也是靜電屏蔽知識的應(yīng)用．

此環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用掌握的物理知識和技能來解決物理問題和解釋物理現(xiàn)象,加深學(xué)生對概念的準(zhǔn)確理解,拓展概念的內(nèi)涵與外延,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決問題的能力．

5 評價(jià)環(huán)節(jié)

以學(xué)習(xí)小組為單位,讓學(xué)生回顧、討論本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容,制作并展示知識思維導(dǎo)圖．需要注意的是，評價(jià)應(yīng)貫穿于各個(gè)環(huán)節(jié)之中,教師要根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)情況,在保證科學(xué)性的前提下,進(jìn)行多元化的評價(jià)．對學(xué)生的評價(jià)除了要從學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果入手外,還要從學(xué)生的語言表達(dá)、合作動(dòng)手能力等方面入手．

在教學(xué)過程中,“5E”教學(xué)模式中的引入、探究、解釋、遷移、評價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)可以是教學(xué)片段,也可以作為一個(gè)課時(shí).在教學(xué)過程中可以是同一個(gè)環(huán)節(jié)，也可以反復(fù)出現(xiàn)多次,只要達(dá)到教學(xué)效果,完成課程目標(biāo),各個(gè)環(huán)節(jié)可以靈活分配、合理應(yīng)用,不必墨守成規(guī)．