| 标题 | 情境中类比 方法中建构 |
| 范文 | 雍振华 摘 要：本节内容为高中物理“人教版”（选修3-1）第一章第三节，由于概念抽象构成本章教学的一个难点。为此，本文通过相似情境的类比，科学方法的探究和迁移，帮助学生形成了对电场强度概念的准确理解，并进一步强化体会物理研究中科学方法的应用。 关键词：电场强度；情境；类比；科学方法 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）2-0065-4 1 教材分析 《电场》这一章教材试图从力和能两个角度来描述电场的性质。电场强度是本章描述电场性质的开始，同时，为后续相关物理量的建立奠定基础。教材试图从力的特性入手，通过比值定义法建立对电场强度的概念的定义。但是，在建立的过程中有较多的逻辑缺陷。例如：教材中强调电场力F与试探电荷电量q的比值大小与试探电荷无关，但为何这个比值就一定与电场有关？再者，为何一定要用电场力F与试探电荷电量q的比值而不能是其他？这些困惑都让学生对电场强度的概念的准确理解构成了障碍，这些问题的解决也构成了本节教学设计的基本方向。 2 学情分析 电场之前，学生在初中就已经学习过类似的磁场。但是，初中对磁场的描述多从形象、定性的角度进行阐述。高中《电场》这一章则不同，一方面对形象化的描绘磁感线的方法进行了继承，另一方面通过对电场性质物理量的建立，更加科学、准确地完善了对场的认识。同时，也造成了学生学习的难点。 在日常生活中，学生对电场并没有直接的接触。所以，直接讨论电场对于学生来说过于抽象。为此，本文以“风场”作为类比引入，学生有切身感受，形象贴切。随后，通过对“风场强度”定义的讨论和探究，让学生深刻地体会到采用比值定义法的正确性和科学性，进而通过对该方法的迁移和关系的类比，形成对电场强度概念定义的真正理解和突破。随后，点电荷的场强依旧是教学的难点，学生易把对该公式的理解和电场强度的定义式形成混淆。这里同样采取情境类比的方法，通过学生对火堆周围辐射热强度的经验感受，对点电荷的场强特征进行猜想。然后，让学生自主推导，通过结果进行验证并形成准确理解。 3 教学重、难点 1）电场强度的定义和理解 2）点电荷场强的理解和应用 4 学习目标分析 4.1 知识和技能 1）知道电荷间的相互作用是通过电场实现的。知道场和实物是物质存在的两种不同形式。 2）理解比值定义物理量的方法，理解电场强度的定义公式、单位、方向。 3）能推导、理解点电荷的场强公式并简单应用。 4）知道电场线的定义和特点。 4.2 过程与方法 1）通过情境类比，让学生体验到事物间的相似性。 2）让学生经历电场强度定义的探究过程，培养学生对科学方法的应用意识和迁移意识。 4.3 情感、态度和价值观 1）通过对魔术原理的猜想，培养学生正确的科学认识观。 2）让学生经历探究过程，体会科学研究的严谨性、科学性。 3）让学生由生活中的例子了解电场的特性，激发学生对科学的兴趣和热情。 5 教学策略 5.1 教学方法 1）魔术视频引入，吸引学生的兴趣，铺垫“场”的概念。 2）创设类比情境，探究科学方法。 3）学法：师生互动，学生分组讨论、合作。 5.2 教学资源 魔术视频，“电场强度”PPT。 6 教学过程 6.1 魔术引入，渗透科学思想 观看视频，魔术——“隔山打牛”。 教师：同学们都相信科学，这个表演当然不是特异功能，而是魔术。换句话说，一个物体能否真的跨越空间，直接对另外一个物体施加力的作用呢？ 生：不能。 教师：很好！其实，我们的物理大师也有相同的思想。 引出“电场”概念。 学生分析A、B电荷间的作用过程（图1）。 教师补充，并把电场与实物做对比，总结场的特征。 图1 A、B电荷间的作用 【设计意图】：以魔术视频作为课堂引入，一方面抓住了学生的注意力，另一方面渗透了正确的科学认识观。同时，也为场概念的引入做了很好的铺垫。 6.2 建构“电场强度”概念 6.2.1 研究电场的方法：试探电荷 教师引导：同学们看窗外，外面正在刮风，我们是怎么知道的呢？ 生：树叶在飘动。 教师引导1：很好！风和电场一样都看不见，我们姑且也给它取个类似的名字叫“风场”。树叶飘动显然是受到风场对它的力的作用，进而体现了风的存在。 教师引导2：电场也看不见，你觉得可以用什么方法，研究这个看不见的电场呢？ 生：在电场中放入一个电荷，通过它的受力来研究它。 教师：由于这个电荷是用来检验这个电场的，我们把它叫做“检验电荷”或“试探电荷”。 引导学生总结方法：当一个事物我们无法直接研究时，可寻找另一个与之关联的事物，间接地研究这个事物的特征，如同“声东”其实“击西”。 教师提问：由于是检验电荷，换句话说，我们需要用它来检验电场中不同位置的特征，同时，这个检验电荷又不能影响原来电场的分布，你觉得这个检验电荷需要满足什么条件？ 生讨论得出：电荷要足够小，这样研究的就是某一点的场强；同时，电量要小，这样不影响到原来电场的分布。 【设计意图】：如何对看不见的场进行研究，教师没有直接从电场对电荷的静电力开始，而是从学生熟悉的风出发，让学生了解到通过事物间的关联由一方研究另一方的科学方法。然后，自然地把这种方法迁移到电场上，这样就解决了为何引入试探电荷的问题，同时渗透了科学方法的教育。 由于有之前风中树叶的铺垫，随后试探电荷的引入就较亲切自然。通过对试探电荷要求的思考，让学生感受到测量对象与研究对象之间需要满足的条件，进而了解理想模型的建立依据与过程。 6.2.2 “风场强度”概念的建立与定义 教师：风有强弱，我们经常用风是几级来描述。那么，电场完全相同，也有强弱，我们用“电场强度”这个物理量来描述，符号为E。问题是我们怎么知道电场中不同点的强弱呢？ 生：用检验电荷所受的力来判断。 教师：你是怎么想到的呢？ 生：物体在风中受到风力，通过风力可以判断风的强弱。 教师引导1：这位同学提到似乎可以用风力来直接表示风的强弱，你觉得有问题吗？ 生：不可以！因为一个面积很大的物体在风较弱时受到的风力，可能比一个面积较小的物体在风较强时所受的风力还大。 教师引导2：换句话说，一个物体所受的风力除了与风的强弱有关，还与物体的面积（迎风面积）有关。 师板书：F=kSD。 这里：k是比例系数，S是迎风面积，D是风的强度。 为了研究问题的方便：这里的比例系数k取1。 教师引导提问：如果用两个物体来检验风场中两个不同位置处风的强弱，你觉得这两个物体应该有什么要求？ 生：两物体的迎风面积要一样。 师板书：A、B两物体，S同，F大则D大。 教师提问：如果两个物体迎风面积S不同，又该如何比较两个位置D 的大小呢？ 教师呈现表格，引导学生分组讨论，并完成表1。 表1 D与F、S的关系 学生小组汇报讨论结果： 可取风力F与迎风面积S的比值， A物体： = =20 N/m2； B物体： = =30 N/m2。 所以：B物体处的风强大于A物体处的风强。 学生解释比值的含义及这样操作的原因。 教师引导学生总结： 1）由于风力F与风强D、迎风面积S都有关，在研究D与F关系时采用了控制变量的方法。 2）采用比值定义法可得到相同迎风面积下的风力，从而比较风强大小。 【设计意图】：电场强度的定义是本节的重点也是难点。问题的关键在于，比较电场强度必须选取同样的标准，而比值定义法实现了对变量的控制，这正是比值定义法存在的合理性与科学性，也是理解电场强度定义的关键。由于从事物的特征、对方法的运用上“风场”与电场具有很大的共性，同时，学生对风有切身的体会，以“风场”作类比，通过对“风场强度”定义的讨论赢得了后续对电场强度的难点的突破。 6.2.3 “电场强度”定义的建立 教师：基于前面的经验，电荷在电场中的电场力与哪些因素有关？ 生：电场强度E和电荷的电量q。 教师提问：1）这里的E、q与之前讨论风力中的哪些物理量有对应关系？ 2）如何定义电场强度的大小？ 学生分组讨论，并完成表2。 表2 风场与电场 学生汇报并说明理由： 1）检验电荷电量q与迎风面积S对应，电场强度E与风强D对应。 2）可用电场力与电荷量的比值定义电场强度E的大小，E= 。 教师补充电场强度的相关性质。 【设计意图】：通过对“风场强度”的探究，再过渡到电场强度就非常容易，通过学生交流讨论和教师点拨可以很快完成。这样既完成了电场强度概念的准确建构，同时也实现了方法的迁移。 6.3 点电荷的场强 6.3.1 建立图景，猜想要素 教师引导，学生猜想：同学们野炊时会点火堆烧烤、取暖，在火堆的周围你会感觉到火堆产生的热浪，你觉得这里火堆辐射热的强度与哪些因素有关？ 生：火堆的大小和离火堆的远近。 教师：很好！刚才的经验给你什么启示？ 生：点电荷Q产生的场强与点电荷Q的大小及离点电荷的距离r有关（图2）。 图2 点电荷的场强 6.3.2 自主证明，验证比较 教师：这是同学们的猜测，请你利用电场强度的定义式证明。 学生自主推导公式： E= = = 。 （下转第70页） （上接第67页） 学生上黑板展示，教师点评，学生完成表3。 表3 电场强度 【设计意图】：点电荷场强的教学可看做是对电场强度定义的应用和巩固，教师同样以学生有切身经验的火堆为例，先让学生从事物之间共性的角度去猜想。然后，再让学生进行自主推导。这样，一方面对猜想进行了验证，另一方面也实现了对点电荷场强公式的准确理解。 6.4 电场线的特征 教师：初中我们学过用磁感线来描述磁场的强弱与方向，这里类似也可用电场线来形象地描述电场的强弱与方向。 学生自学，阅读课本相应章节，教师引导学生总结电场线的基本特征并分析点电荷、等量同种电荷、等量异种电荷电场线的分布情况。 7 板书设计 （一）电场 1.电荷的周围存在电场。 2.电场与磁场互相联系，统称为电磁场。 （二）电场强度 1.电场强度：检验电荷所受电场力F与检验电荷电量q的比值。 2.公式：E=。 3.单位：N/C或V/m ，即1 N/C=1 V/m。 4.电场强度是矢量，物理学规定，场强方向与放在该点的正电荷受力方向一致，与放在该点的负电荷受力方向相反。 （三）点电荷的电场 1.公式：E=。 2.场强叠加原理。 （四）电场线 8 教学反思和评价 关于场的了解，学生的先前经验中只有对于磁场及磁感线的相关描述。电场虽与磁场类似，但电场强度是学生第一次从物理量的角度来准确描述场的特征，缺乏相应的知识经验。同时，由于场的不可见性，以及课本本身表述逻辑的缺陷，造成学生学习有较大的困难。 本节课从类比中突破，在方法中迁移，突破了教学难点。同时，通过多种科学思维方法的渗透和教学，对提高学生的科学素养起到了很好的作用。 参考文献： [1]吴文明.“电场强度”教学中进行科学方法教育的案例分析[J].物理教师，2009，（6）：26. [2]张大昌.物理（选修3-1）[M].北京：人民教育出版社，2013. [3]朱建廉.关于“磁感应强度”的教学案例及评析[]J.物理教师，2013，（4）：31. （栏目编辑 邓 磊） |
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