“五星教學(xué)模式”在物理教學(xué)實踐中的應(yīng)用

劉文震

摘 ? 要：為了滿足人們享有高質(zhì)量教育的要求，教育工作者從理論和實踐兩個方面對多種教學(xué)模式進行研究和探索，并取得了豐碩的研究成果，“五星教學(xué)模式”就是其中之一。就其實質(zhì)而言，就是根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實的情境，把教學(xué)內(nèi)容置于實際問題之中，通過解決實際問題展開教學(xué)。文章以人教版高中物理選修3-1第一章第七節(jié)“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計為例，說明“五星教學(xué)模式”在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式;靜電現(xiàn)象;物理教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）5-0008-4

具體的教學(xué)任務(wù)應(yīng)被置于循序漸進的實際問題解決情境中來完成，即先向?qū)W習(xí)者呈現(xiàn)問題，然后針對各項具體任務(wù)展開教學(xué)，接著再展示如何將學(xué)到的具體知識運用到解決問題或完成整體任務(wù)中去。只有達到了這樣的要求，才是符合學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)者心理發(fā)展要求的優(yōu)質(zhì)高效的教學(xué)。

“五星教學(xué)模式”是國際著名教育心理學(xué)家梅瑞爾（M. David Merrill）教授2002年提出，浙江大學(xué)盛群力等人將其引入我國，其主要把教學(xué)過程分為五大基本要素，即“聚焦問題”“激活舊知”“論證新知”“應(yīng)用新知”和“融會貫通”[2]。這五大基本要素既符合學(xué)生的基本認知規(guī)律，也符合建構(gòu)主義理論的要求?！拔逍墙虒W(xué)模式”為物理教學(xué)提供了一種可供借鑒的教學(xué)模式。

1 ? ?“五星教學(xué)模式”的基本結(jié)構(gòu)

“五星教學(xué)模式”包括五個主要要素（“聚焦問題”“激活舊知”“論證新知”“應(yīng)用新知”“融會貫通”）以及進行評估的15條標(biāo)準（見表1）。

2 ? ?基于“五星教學(xué)模式”的教學(xué)設(shè)計——以“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”為例

“五星教學(xué)模式”在高中物理教學(xué)中如何有效運用呢？下面以人教版選修3-1第一章《靜電場》第七節(jié)的內(nèi)容“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”[3]為例進行說明。

2.1 ? ?聚焦問題

（1）開門見山引入新課

環(huán)節(jié)1：在黑板上張貼課題靜電貼，讓學(xué)生觀察。

環(huán)節(jié)2：讓學(xué)生穿靜電屏蔽服利用特斯拉音樂線圈表演真人閃電秀（圖1），激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后脫下衣服讓其他同學(xué)觀察并思考。

（2）提出問題引發(fā)思考

問題1：大家除了感受到驚險刺激以外，還有哪些思考與感受？為什么這位同學(xué)不怕高壓電呢？（同時讓表演者脫下屏蔽服讓學(xué)生觀察）

問題2：金屬網(wǎng)是導(dǎo)體，為什么穿上“金屬網(wǎng)”反而不怕電呢？這種“超能力”背后有什么物理規(guī)律呢？

設(shè)計意圖：首先讓學(xué)生把注意力聚焦到本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)上，同時利用強烈的視覺沖擊，吸引學(xué)生的注意力，出乎意料的結(jié)果能激發(fā)他們解決疑問的熱情和好奇心。同時，也為研究電場中的導(dǎo)體增加了感性認識。

2.2 ? ?激活舊知

通過上述問題的設(shè)置，激活了學(xué)生腦中靜電場的知識儲備，在理解了電場強度和電勢這兩個反映電場基本性質(zhì)的重要物理量的基礎(chǔ)上，建立物理模型。

（1）建立模型理論分析

構(gòu)建一個簡單的物理模型，將一個不帶電的實心金屬導(dǎo)體置于勻強電場中，如圖2所示，通過分析總結(jié)得出靜電平衡狀態(tài)的概念就是導(dǎo)體內(nèi)部及其外表面的電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)。

（2）提出問題

問題3：圖2中這些自由電子在外加電場的作用下會如何運動？它們會移動到哪里？不能再移動的位置在哪里？金屬導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子會源源不斷地向外表面運動嗎？

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)物理情境，調(diào)動學(xué)生已有的知識儲備，通過理論探究，總結(jié)靜電平衡的概念，為后面進一步分析空腔導(dǎo)體的靜電平衡埋下伏筆。

2.3 ? ?論證新知

（1）理論探究一

問題4：如圖2所示，靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體內(nèi)部場強因為感應(yīng)電場與原電場抵消而為零，如果不為零會怎樣？感應(yīng)電荷分布在哪里？內(nèi)部有感應(yīng)電荷嗎？導(dǎo)體上任意兩點之間的電勢差等于多少？

老師鼓勵學(xué)生用所學(xué)知識總結(jié)不帶電實心導(dǎo)體靜電平衡下的特點，通過學(xué)生理論分析得出結(jié)論：處于靜電平衡下的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零;感應(yīng)電荷只分布在外表面;整個導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面。

（2）理論探究二

問題5：使得內(nèi)部場強為零的原因是什么？中間部分的電荷對靜電平衡沒有貢獻。既然沒有貢獻，把中間挖去會對靜電平衡有影響嗎？挖成金屬殼呢？挖成金屬網(wǎng)呢？

通過學(xué)生進一步理論分析得出結(jié)論，空腔導(dǎo)體在電場中的特點：內(nèi)部場強處處為零;感應(yīng)電荷只分布在導(dǎo)體的外表面;整個導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生用已有知識解決新問題，學(xué)會從不同角度思考問題得出靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場強度和電勢特點。并通過對空腔導(dǎo)體靜電平衡的理論探究進一步加強學(xué)生對靜電平衡的全面認識，體會從特殊到一般的科學(xué)思維方法，領(lǐng)悟建模的意義。同時也能讓學(xué)生感受到理論分析的精彩。

（3）實驗驗證一

【師生一起設(shè)計實驗】

預(yù)設(shè)方案：讓自制驗電羽分別處在金屬籠的內(nèi)外，觀察羽須張角。

方案：金屬網(wǎng)罩的內(nèi)外壁粘驗電羽，讓其處在電場中觀察羽須張角的變化情況。

課本安排了法拉第圓筒實驗，說明導(dǎo)體的凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面，但效果不明顯。為此，授課教師用內(nèi)外驗電羽直接顯示電荷的分布特點，培養(yǎng)學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力。

實驗器材（圖3）：感應(yīng)起電機、放電桿、金屬板、金屬籠、零散的驗電羽、驗電器、導(dǎo)線等。

（4）提出問題

問題6：感應(yīng)電荷分布在什么位置？金屬網(wǎng)外部驗電羽有張角能說明感應(yīng)電荷分布在外表面嗎？

設(shè)計意圖：通過直觀的實驗現(xiàn)象，加深學(xué)生對靜電平衡特點的認識和理解，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑精神，同時過渡到探究帶電導(dǎo)體的電場和電荷分布特點。

（5）實驗驗證二

【帶電導(dǎo)體的電場和電荷分布特點】

實驗器材：金屬籠、起電機、驗電羽等。

起電設(shè)備讓內(nèi)外都有驗電羽的金屬籠帶電，發(fā)現(xiàn)外部驗電羽有張角，內(nèi)部驗電羽沒有張角。

【最終揭秘】 讓學(xué)生解釋引入環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的“超能力”背后的原因。

設(shè)計意圖：物理知識源于生活，而又要回歸于生活，震撼的實驗激發(fā)了學(xué)生的興趣，同時過渡到靜電的應(yīng)用，起到承上啟下的作用。

2.4 ? ?應(yīng)用新知

（1）應(yīng)用1：靜電屏蔽（金屬殼使其內(nèi)部不受外電場影響的作用）

問題7：課前放電實驗中特斯拉音樂線圈的哪一部分首先對人體放電？為什么尖端更容易放電呢？在剛才的實驗中觀察到越尖銳的位置驗電羽須張角越大的現(xiàn)象了嗎？

引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)過的新知識進行理論分析，并設(shè)計實驗讓學(xué)生觀察分析。

實驗驗證：如圖4所示，越尖銳的頂端羽須張角越大。

（2）應(yīng)用2：點火器、避雷針

問題8：空氣是絕緣體，但尖端電荷密度大的地方卻容易放電。自然界當(dāng)中有一種特別劇烈的尖端放電現(xiàn)象是什么？

問題9：雷電是自然界當(dāng)中一種劇烈的放電現(xiàn)象，中國每年有1000多人死于雷擊，尤其在野外遇到雷電是很可怕的事情，我們?nèi)绾慰茖W(xué)避雷呢？為保護高大的建筑物和參天大樹也需要給它們罩金屬網(wǎng)嗎？

【實驗自制避雷針模擬演示】 如圖5所示。

步驟一：用感應(yīng)線圈的正負極分別連接裝置的上下極板，接通電源;

步驟二：極板間安裝削尖的2B鉛筆，對2B鉛筆放電，看到強電弧;

步驟三：平行安裝不同高度上端帶有石墨球的2B鉛筆，接通電源，高度較高的鉛筆最容易放電;

步驟四：取走矮的2B鉛筆，換為高度與帶石墨球的2B鉛筆相同的尖形2B鉛筆，比較發(fā)現(xiàn)削尖的2B鉛筆容易放電;

步驟五：安裝一株“金絲楠”（鮮樹枝），讓學(xué)生猜想會出現(xiàn)什么后果？要怎么保護？

步驟六：樹枝旁邊安裝底部絕緣的2B鉛筆，裝置對樹枝放電，大樹起火，未能起到保護作用。

步驟七：換底部露出鉛芯（接地）的“2B鉛筆”避雷針，重復(fù)上述實驗，有效地保護了大樹。

設(shè)計意圖：教材上只介紹了避雷針，但缺乏實驗方案。該實驗層層遞進，步步深入，既解決了尖端放電的問題，又讓學(xué)生真實感受到了避雷針的原理，還滲透了科學(xué)避雷的安全知識教育。通過解決如何科學(xué)避雷的問題，提高學(xué)生解決實際問題的能力，加強對學(xué)生的安全教育。

2.5 ? ?融會貫通：帶著思考結(jié)束新課

預(yù)設(shè)問題1：課題貼是用膠或磁鐵粘到黑板上的嗎？

預(yù)設(shè)問題2：課本中介紹夜間高壓線上會看到綠色的光暈，為什么不是其他顏色？

預(yù)設(shè)問題3：如何避免場源對外部的干擾？

設(shè)計意圖：讓學(xué)生感受到生產(chǎn)、生活中靜電現(xiàn)象的應(yīng)用還有很多，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)研究、學(xué)習(xí)的興趣。同時，對所有的教學(xué)內(nèi)容進行回顧和整理，讓學(xué)生在頭腦中建構(gòu)出自己的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的良好習(xí)慣和方法。

3 ? ?結(jié)束語

本節(jié)內(nèi)容通過應(yīng)用“五星教學(xué)模式”，克服了傳統(tǒng)多媒體講授教學(xué)的弊端，通過實驗情景設(shè)置，激活學(xué)生的已有知識與求知欲望，構(gòu)建“電場中的導(dǎo)體”模型，層層遞進、步步深入，從簡單到復(fù)雜，從特殊到一般，理論分析和實驗驗證相結(jié)合，總結(jié)出不帶電實心導(dǎo)體、空腔導(dǎo)體和帶電導(dǎo)體在電場中達到靜電平衡時的共性特點，發(fā)展了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的理論探究能力和實驗探究能力。

參考文獻：

[1]袁林玉.高等數(shù)學(xué)教學(xué)中五星教學(xué)模式的運用[J].信息系統(tǒng)工程，2018（3）：172.

[2]盛群力，宋洵.五星教學(xué)模式的應(yīng)用探討——兼及一堂課的分析[J].湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報，2008（1）：69-72.

[3]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準實驗教科書物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2004.

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）