問題導(dǎo)學(xué)，環(huán)環(huán)相扣，激活學(xué)生思維

金燦

一、設(shè)計思路

本節(jié)內(nèi)容是人教版高中《物理》選修3的第一章第一節(jié)。作為“靜電場”的第一節(jié)，是本章的預(yù)備性知識，也是高中階段電學(xué)內(nèi)容的開始，必須為后面的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。本節(jié)由電荷、起電方式、電荷守恒定律、元電荷四個部分內(nèi)容組成。關(guān)于靜電現(xiàn)象方面的知識，初中已有介紹，而高中更側(cè)重從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度認識物體帶電的本質(zhì)，結(jié)合摩擦起電和感應(yīng)起電的具體情景，理解電荷守恒定律是本節(jié)的重點。

新課程標準的理念是教學(xué)應(yīng)以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體。因此，在教學(xué)過程中如何充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性，促進學(xué)生在課堂上積極主動地思考、生動活潑地參與，應(yīng)是教師需要研究的主要問題，也應(yīng)是教師進行教學(xué)設(shè)計的指導(dǎo)思想。

1.以問題促進思考，一石激起千層浪。

問題導(dǎo)學(xué)是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)策略。在教學(xué)過程中，教師將教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)于問題之中，引導(dǎo)學(xué)生通過完成任務(wù)達到掌握知識、培養(yǎng)能力的目的。在物理這種實踐性較強的學(xué)科中合理運用問題導(dǎo)學(xué)法，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主研究和合作學(xué)習(xí)的能力。本節(jié)內(nèi)容采用問題導(dǎo)學(xué)，以解決幾個核心問題為主線，以子問題串的形式，層層深入，促進學(xué)生思考。激發(fā)學(xué)生生動活潑地參與課堂，以期突破教學(xué)重點和難點。

應(yīng)用問題導(dǎo)學(xué)時，問題的設(shè)置是關(guān)鍵。本節(jié)課一共提出6個主要問題。問題1：初中我們學(xué)過哪些與電荷有關(guān)的知識？問題2：摩擦為什么可以使物體帶電？問題3：怎樣判斷塑料棒是否帶電呢？問題4：正電荷是怎樣帶上的？問題5：為什么帶電體靠近導(dǎo)體，指針張開，遠離，指針又閉合呢？問題6：各種起電過程是否創(chuàng)造了電荷？

解決了這6個問題，基本上就完成了本節(jié)的教學(xué)目標。因此，問題的設(shè)置不應(yīng)該是教學(xué)內(nèi)容的簡單拼湊，也不應(yīng)該為了提問而提問，問題的提出應(yīng)該緊扣學(xué)生的已有知識，著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，所提問題要梯度恰當，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進，才能真正促進學(xué)生思考，起到一石激起千層浪的良好效果。

2.做好實驗，從直觀現(xiàn)象到本質(zhì)思考。

物理學(xué)是實驗科學(xué)，做好實驗不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造寬松、和諧的學(xué)習(xí)氣氛，還可以促使學(xué)生從感性認識上升為理性認識。初中學(xué)生對電荷已有接觸，但了解不多，且僅停留在感性認識上，進入高中階段，這部分內(nèi)容增加了較為抽象的概念，如電荷量、元電荷。面對看不見摸不著的電荷，如何化抽象為形象，幫助學(xué)生在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上更好地了解電荷、理解起電的本質(zhì)，是執(zhí)教者不可回避也不能忽略的問題。驗電器是學(xué)生在初中已經(jīng)有所接觸和了解的實驗器材，驗電器錫箔片或指針的張開可以讓學(xué)生切實感受到電荷的存在。如果能用好驗電器，讓學(xué)生直觀地感受到電荷，分析電荷的存在與轉(zhuǎn)移，對學(xué)生理解起電本質(zhì)會起到事半功倍的效果。因此筆者自制教具，對驗電器進行了改裝，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了探究實驗，以期實現(xiàn)學(xué)生在思想認識和實踐能力方面的提升，達到以學(xué)習(xí)內(nèi)容為載體，在知識的形成、聯(lián)系、應(yīng)用過程中，促進學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，實踐科學(xué)行為，獲得科學(xué)方法。

二、教學(xué)過程

（一）引入新課

師：（展示魔球）老師給同學(xué)們帶來一個魔球，如圖1，你想摸一摸嗎？

學(xué)生活動：學(xué)生上講臺感受魔球，體驗絢麗的弧光現(xiàn)象。

師：其實自然界中也有類似的現(xiàn)象。

學(xué)生觀看閃電視頻。

師：為什么會有這么奇妙又震撼的電現(xiàn)象呢？為了更多地了解電，也為了更好地利用電，今天我們進入物理學(xué)習(xí)的新篇章電學(xué)部分。

（設(shè)計意圖：通過魔球體驗激發(fā)學(xué)生的好奇心與興趣，通過觀看視頻體會靜電現(xiàn)象就在我們身邊，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)需求。）

（二）回顧初中已學(xué)知識

【問題1】初中我們學(xué)過哪些與電荷有關(guān)的知識？

學(xué)生回憶與電荷相關(guān)的知識，并回答交流。

生：（1）有兩種電荷，正電荷與負電荷；

（2）摩擦可以起電；

（3）尖端放電；

……

教師評價：同學(xué)們知識面很廣，懂的很多。

（三）三種起電方式

1.摩擦起電。

師：剛才有同學(xué)提到摩擦起電，能舉個例子嗎？

學(xué)生結(jié)合已有知識和生活經(jīng)驗舉例：絲綢和玻璃棒摩擦，毛皮和橡膠棒摩擦，冬天脫毛衣時有電火花……

教師評價：物理源于生活。

【問題2】摩擦為什么可以起電？它的本質(zhì)原因是什么？

學(xué)生思考、回答。

教師評價：他/她想到了從微觀進行解釋。

【PPT展示】摩擦起電微觀示意動畫，如圖2。

師：你能以毛皮和橡膠棒摩擦為例說一說電子得失情況嗎？

設(shè)計意圖：要求學(xué)生以毛皮和橡膠棒摩擦為例，目的在于及時應(yīng)用摩擦起電的原理解釋現(xiàn)象，加深對摩擦起電本質(zhì)的理解。

師：如果用海綿和塑料棒摩擦，塑料棒會不會帶電呢？

學(xué)生猜想：可能帶電。

【問題3】怎樣判斷塑料棒是否帶電？

學(xué)生思考，回答：（1）帶電體會吸引輕小物體；（2）驗電器。

【演示1】海綿摩擦塑料棒，吸引輕小物體如驗電羽、頭發(fā)、泡沫屑等。

【PPT展示】動畫：粘上泡沫屑的貓，如圖3。

師：泡沫屑為什么會粘在貓身上？

【演示2】海綿摩擦塑料棒，與驗電器接觸使指針張開。

（設(shè)計意圖：吸引輕小物體的演示和貓的動畫，生動有趣，可以極好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，活躍課堂氣氛。教材中出現(xiàn)了靜電計，這里簡要介紹靜電計的結(jié)構(gòu)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，不做過多闡述。）

2.接觸起電。

師：在判斷塑料棒是否帶電的同時，我們發(fā)現(xiàn)驗電器指針張開，說明什么？驗電器上的電荷是怎樣帶上的？

學(xué)生思考：接觸帶電。

【PPT展示】兩個完全相同的金屬小球，電荷量會怎樣分配，如圖5？

學(xué)生思考、猜想、回答

教師揭示答案：“電荷均分”法則并補充說明；指出條件“完全相同的導(dǎo)體”。

師：接觸起電的本質(zhì)原因是什么？

學(xué)生思考，回答：接觸起電的本質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移。

師：接觸起電的本質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移，電荷是怎樣轉(zhuǎn)移的呢？

【PPT展示】動畫：金屬導(dǎo)體內(nèi)部特征，如圖6。

師：觀察這個動畫，你認為金屬中能自由移動的是什么？

【演示3】用絲綢摩擦玻璃棒，接觸驗電器，使指針張開。

【問題4】你認為驗電器的指針帶什么電？正電荷是怎樣帶上去的？

學(xué)生思考、討論、交流、回答。

3.感應(yīng)起電。

（1）靜電感應(yīng)現(xiàn)象

師：如果不接觸能否使驗電器指針張開呢？

學(xué)生猜想。

【演示4】絲綢摩擦玻璃棒，靠近驗電器金屬小球，指針張開；遠離，指針閉合，如圖7。

【問題5】為什么會帶電體靠近導(dǎo)體，指針張開，遠離，指針又閉合呢？

學(xué)生思考、討論、交流、回答。

【PPT展示】動畫重現(xiàn)并解釋剛才的演示，引出靜電感應(yīng)現(xiàn)象。

師：如果這個演示實驗中改用與毛皮摩擦的橡膠棒，電荷分布又是怎樣的？你發(fā)現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象中電荷分布有怎樣的規(guī)律？

（設(shè)計意圖：該教學(xué)片段以問題設(shè)疑，引發(fā)學(xué)生猜想，再通過實驗解疑，符合學(xué)生的思維過程。在動畫重現(xiàn)并解釋問題的過程中設(shè)計了兩個小問題進行追問，進一步推進學(xué)生的思考深度，引導(dǎo)學(xué)生明確兩點：①同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引；②金屬中能自由移動的是電子。）

（2）感應(yīng)起電

師：最終移走帶電體，驗電器指針閉合，即驗電器并沒有帶上電荷，我們所指的帶電是指帶上凈電荷，即剩余電荷（excess charge）。

【實驗探究1】

提供器材：海綿、塑料棒，兩個與驗電器相連接的導(dǎo)體，如圖8。

探究目標：設(shè)法讓這兩個導(dǎo)體都帶上電荷。

請小組討論，拿出方案，并給出具體操作步驟。

學(xué)生思考、探究、討論、交流，設(shè)計方案，拿出具體步驟，以小組為單位，派兩位代表上講臺闡述方案，其中一個學(xué)生匯報方案，另一個學(xué)生演示操作步驟（至少兩組）。

小組1：方案一——用海綿與塑料棒摩擦，把塑料棒分別與兩個驗電器接觸。

師：同學(xué)們認為他們的方案可行嗎？

采訪一下這組同學(xué)代表，你們采用的是哪種帶電方式？兩個導(dǎo)體上所帶電荷量相同嗎？電性是否相同？還有其他方案嗎？

小組1：方案二——用海綿與塑料棒摩擦，先把兩個導(dǎo)體接觸，把塑料棒與其中一個驗電器接觸。

師：這種帶電方式，兩個導(dǎo)體上所帶電荷量相同嗎？電性是否相同？還有其他方案嗎？

小組2：先把兩個導(dǎo)體接觸，用海綿與塑料棒摩擦，把塑料棒靠近其中一個導(dǎo)體，分開兩個導(dǎo)體。

師：同學(xué)們認為他們的方案可行嗎？你們是怎么想到這種方法的？兩個導(dǎo)體上所帶電荷量相同嗎？電性是否相同？還有其他方案嗎？

【PPT展示】動畫重現(xiàn)、整理感應(yīng)起電的方法和步驟。

如果先移走帶電體，再分開兩個導(dǎo)體，能成功嗎？為什么？如果讓兩個帶電導(dǎo)體再接觸，將會看到什么現(xiàn)象？說明兩個導(dǎo)體所帶電荷量有什么關(guān)系？

小結(jié)：你認為感應(yīng)起電的本質(zhì)是什么？

學(xué)生思考、回答。

（設(shè)計意圖：該教學(xué)片段把教材上的實驗設(shè)計成探究的形式，而且沒有限定起電的方法，給了學(xué)生很大的設(shè)計空間。小組1提供了兩個方案，都是摩擦起電，教師追問了兩個導(dǎo)體上帶電荷量的特點，學(xué)生都能正確回答。小組2提供的方案正是教師期望他們能設(shè)計出的感應(yīng)起電方式。在這里順利引出了感應(yīng)起電的方式，實驗之后的動畫重現(xiàn)，主要是為了幫助學(xué)生梳理感應(yīng)起電的方法和步驟，同時分析感應(yīng)起電中電荷分布的特點。該處的探究實驗，對學(xué)生要求較高，但是課堂實踐表明，只要設(shè)置的鋪墊合適，教師的引導(dǎo)到位，學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新能力完全超乎教師的預(yù)期。）

【實驗探究2】

提供：海綿、塑料棒和一個與驗電器相連接的導(dǎo)體，如圖9。

探究目標：設(shè)法通過感應(yīng)起電讓這個導(dǎo)體帶上電荷。

請小組討論，拿出方案，并給出具體操作步驟。

學(xué)生思考、探究、討論、交流，設(shè)計方案，拿出具體步驟。

該環(huán)節(jié)學(xué)生遇到困難，教師引導(dǎo)：現(xiàn)在缺少一個導(dǎo)體，能不能就地取材，尋找一個導(dǎo)體，完成感應(yīng)起電？學(xué)生在教師啟發(fā)之后很快想到人也是導(dǎo)體。

學(xué)生活動：繼續(xù)思考、探究、討論、交流，設(shè)計方案，拿出具體步驟，并以小組為單位，上講臺闡述方案。

小組3：用海綿與塑料棒摩擦，把塑料棒靠近導(dǎo)體，用手觸摸導(dǎo)體，移開手，再移走塑料棒。

（設(shè)計意圖：實驗探究2是感應(yīng)起電的進一步理解和應(yīng)用，起到推動和深化學(xué)生的思考的作用，但是該環(huán)節(jié)對學(xué)生要求較高，根據(jù)不同的學(xué)情應(yīng)做適當?shù)恼{(diào)整。）

【PPT展示】以問題的形式總結(jié)三種起電方式

【問題6】

（1）各種起電過程是否創(chuàng)造了電荷？

（2）在電荷轉(zhuǎn)移的過程中，是否有電荷消失？總量有無變化？

（3）物體顯中性，是否是物體中沒有電荷？

學(xué)生思考、回答。

教師總結(jié)并過渡：其實無論哪一種起電方式都遵循自然界的一個基本規(guī)律——電荷守恒定律。

（四）電荷守恒定律

【PPT展示】電荷守恒定律的內(nèi)容

學(xué)生朗讀定律內(nèi)容，熟悉電荷守恒定律。

類比：前面我們還學(xué)習(xí)了什么守恒定律？

教師補充：除了電荷守恒定律、能量守恒定律，后面還將學(xué)習(xí)其他的守恒定律，守恒的思想是物理學(xué)中的一個重要思想。

【實例應(yīng)用】教師展示起電機，并演示放電現(xiàn)象，如圖10。

師：起電機就是起電方式和電荷守恒定律的應(yīng)用，等量異種電荷會分別儲存在兩個瓶中，當電荷量達到一定程度，會擊穿空氣，發(fā)生放電現(xiàn)象，與自然界中閃電的原理基本類似。

（五）元電荷

師：如果想知道起電機到底發(fā)了多少電，我們就要定量地描述電荷。

【PPT展示】請閱讀教材《元電荷》部分，思考以下問題：

（1）什么是電荷量？它的單位是什么？

（2）什么是元電荷？數(shù)值是多少？由誰測得？

（3）電荷量與元電荷有怎樣的關(guān)系？

（4）什么是比荷？電子的比荷是多少？

學(xué)生活動：自學(xué)《元電荷》部分，思考并回答問題。

（設(shè)計意圖：這部分內(nèi)容相對簡單，學(xué)生完全有能力通過自學(xué)完成教學(xué)目標，因此該環(huán)節(jié)讓學(xué)生自學(xué)為主，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。）

（六）課堂總結(jié)

師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一個守恒定律、兩種電荷、三種起電方式以及元電荷的概念。

（七）學(xué)以致用

思考1：如圖所示，A、B、C是三個安裝在絕緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，A、B兩個完全相同的枕形導(dǎo)體不帶電。試問：（1）如何使A、B都帶等量正電？（2）如何使A、B都帶等量負電？（3）如何使A帶負電，B帶等量的正電？

思考2：如圖所示，帶電小球A附近有用絕緣支架支撐著的金屬導(dǎo)體B，當開關(guān)S1、S2斷開時，導(dǎo)體B左端帶有負電荷，右端帶有正電荷。下列說法中正確的是（ ）。

A.閉合開關(guān)S1，則導(dǎo)體B左端不再帶有電荷

B.閉合開關(guān)S1，則導(dǎo)體B右端不再帶有電荷

C.閉合開關(guān)S2，則導(dǎo)體B左端不再帶有電荷

D.閉合開關(guān)S2，則導(dǎo)體B右端不再帶有電荷

（設(shè)計意圖：用與教材配套的教師用書上的兩道補充練習(xí)讓學(xué)生自主解決，鞏固深化所學(xué)的重點內(nèi)容。）

（作者單位：江蘇省天一中學(xué)）

學(xué)生朗讀定律內(nèi)容，熟悉電荷守恒定律。

類比：前面我們還學(xué)習(xí)了什么守恒定律？

教師補充：除了電荷守恒定律、能量守恒定律，后面還將學(xué)習(xí)其他的守恒定律，守恒的思想是物理學(xué)中的一個重要思想。

【實例應(yīng)用】教師展示起電機，并演示放電現(xiàn)象，如圖10。

師：起電機就是起電方式和電荷守恒定律的應(yīng)用，等量異種電荷會分別儲存在兩個瓶中，當電荷量達到一定程度，會擊穿空氣，發(fā)生放電現(xiàn)象，與自然界中閃電的原理基本類似。

（五）元電荷

師：如果想知道起電機到底發(fā)了多少電，我們就要定量地描述電荷。

【PPT展示】請閱讀教材《元電荷》部分，思考以下問題：

（1）什么是電荷量？它的單位是什么？

（2）什么是元電荷？數(shù)值是多少？由誰測得？

（3）電荷量與元電荷有怎樣的關(guān)系？

（4）什么是比荷？電子的比荷是多少？

學(xué)生活動：自學(xué)《元電荷》部分，思考并回答問題。

（設(shè)計意圖：這部分內(nèi)容相對簡單，學(xué)生完全有能力通過自學(xué)完成教學(xué)目標，因此該環(huán)節(jié)讓學(xué)生自學(xué)為主，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。）

（六）課堂總結(jié)

師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一個守恒定律、兩種電荷、三種起電方式以及元電荷的概念。

（七）學(xué)以致用

思考1：如圖所示，A、B、C是三個安裝在絕緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，A、B兩個完全相同的枕形導(dǎo)體不帶電。試問：（1）如何使A、B都帶等量正電？（2）如何使A、B都帶等量負電？（3）如何使A帶負電，B帶等量的正電？

思考2：如圖所示，帶電小球A附近有用絕緣支架支撐著的金屬導(dǎo)體B，當開關(guān)S1、S2斷開時，導(dǎo)體B左端帶有負電荷，右端帶有正電荷。下列說法中正確的是（ ）。

A.閉合開關(guān)S1，則導(dǎo)體B左端不再帶有電荷

B.閉合開關(guān)S1，則導(dǎo)體B右端不再帶有電荷

C.閉合開關(guān)S2，則導(dǎo)體B左端不再帶有電荷

D.閉合開關(guān)S2，則導(dǎo)體B右端不再帶有電荷

（設(shè)計意圖：用與教材配套的教師用書上的兩道補充練習(xí)讓學(xué)生自主解決，鞏固深化所學(xué)的重點內(nèi)容。）

（作者單位：江蘇省天一中學(xué)）

學(xué)生朗讀定律內(nèi)容，熟悉電荷守恒定律。

類比：前面我們還學(xué)習(xí)了什么守恒定律？

教師補充：除了電荷守恒定律、能量守恒定律，后面還將學(xué)習(xí)其他的守恒定律，守恒的思想是物理學(xué)中的一個重要思想。

【實例應(yīng)用】教師展示起電機，并演示放電現(xiàn)象，如圖10。

師：起電機就是起電方式和電荷守恒定律的應(yīng)用，等量異種電荷會分別儲存在兩個瓶中，當電荷量達到一定程度，會擊穿空氣，發(fā)生放電現(xiàn)象，與自然界中閃電的原理基本類似。

（五）元電荷

師：如果想知道起電機到底發(fā)了多少電，我們就要定量地描述電荷。

【PPT展示】請閱讀教材《元電荷》部分，思考以下問題：

（1）什么是電荷量？它的單位是什么？

（2）什么是元電荷？數(shù)值是多少？由誰測得？

（3）電荷量與元電荷有怎樣的關(guān)系？

（4）什么是比荷？電子的比荷是多少？

學(xué)生活動：自學(xué)《元電荷》部分，思考并回答問題。

（設(shè)計意圖：這部分內(nèi)容相對簡單，學(xué)生完全有能力通過自學(xué)完成教學(xué)目標，因此該環(huán)節(jié)讓學(xué)生自學(xué)為主，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。）

（六）課堂總結(jié)

師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了一個守恒定律、兩種電荷、三種起電方式以及元電荷的概念。

（七）學(xué)以致用

思考1：如圖所示，A、B、C是三個安裝在絕緣支架上的金屬體，其中C球帶正電，A、B兩個完全相同的枕形導(dǎo)體不帶電。試問：（1）如何使A、B都帶等量正電？（2）如何使A、B都帶等量負電？（3）如何使A帶負電，B帶等量的正電？

思考2：如圖所示，帶電小球A附近有用絕緣支架支撐著的金屬導(dǎo)體B，當開關(guān)S1、S2斷開時，導(dǎo)體B左端帶有負電荷，右端帶有正電荷。下列說法中正確的是（ ）。

A.閉合開關(guān)S1，則導(dǎo)體B左端不再帶有電荷

B.閉合開關(guān)S1，則導(dǎo)體B右端不再帶有電荷

C.閉合開關(guān)S2，則導(dǎo)體B左端不再帶有電荷

D.閉合開關(guān)S2，則導(dǎo)體B右端不再帶有電荷

（設(shè)計意圖：用與教材配套的教師用書上的兩道補充練習(xí)讓學(xué)生自主解決，鞏固深化所學(xué)的重點內(nèi)容。）

（作者單位：江蘇省天一中學(xué)）