基于思維發展的對話式高中物理教學探析

唐昌琳

[摘 要]課堂預設與課堂生成是相輔相成的，教師在課前必須有預設，但在實際教學中，又不能拘泥于預設。對話式教學具有很大的不確定性，給教師的教學帶來了一定的難度，但這樣的教學能完善學生的知識結構。物理知識變成了話題，討論成了手段，課堂成了育人的環境，教師和學生共享知識、經驗，營造了一種和諧、智慧的教學氛圍，還原了課堂教學的本質。實際教學中，如何更好地利用課堂生成性資源，值得廣大教師不斷探索。

[關鍵詞]思維課堂；對話教學；靜電場；電荷及其守恒定律

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2017）32003802

在《靜電場》復習的第一節課，筆者原計劃是復習厘清相關概念。按照教材的設計順序，從《電荷及其守恒定律》開始，逐步推進。在推進到接觸起電時，教學完全脫離了筆者的預設，演變成一節很有趣的生成課。在教學過程中選擇合適的方法，拋出不同的論點，抽絲剝繭，解開物理難題，解開電荷傳導的神秘面紗。在課堂教學中，大家積極思考、討論、發表見解，氣氛輕松活躍。下面就把這節課復述如下：

我們知道物質由原子和分子構成，原子由原子核（含帶正電的質子、不帶電的中子）與核外電子組成，原子核中質子所帶正電荷與核外電子所帶負電荷數量相等，而使原子成電中性，所以一般物體對外都有表現出電中性。使物體失去電子，物體就有多余的正電荷，因而帶正電；使物體得到電子，物體就有多余的負電荷，因而帶負電，這種使物體帶上正電或負電的過程叫作起電。

【教師】起電的方式有哪幾種？

【學生】摩擦起電、接觸起電、感應起電。

【教師】對。其中摩擦起電我們在初中就已經學過了，大家還記得用絲綢摩擦過的玻璃棒、用毛皮摩擦過的橡膠棒各帶什么電嗎？

【學生】用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電、用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電。

【教師】對。這就是說用絲綢摩擦玻璃棒時，玻璃棒失去電子帶正電，絲綢得到電子就帶負電；而用毛皮摩擦橡膠棒時，橡膠棒得到電子帶負電，對應毛皮就帶正電。同學們，我們回頭看看這四種相互摩擦的物體，會發現它們都不是良好的導電體。請問用金屬棒與毛皮或絲綢摩擦，金屬棒能帶電嗎？

【學生】不能帶電、能帶電、沒試過不知道。

學生給出了三種回答，教師可引導學生尋找身邊的金屬棒（金屬直尺等），然后用金屬棒在自己的頭上反復摩擦，發現不能起電（塑料棒起電效果明顯），明確了答案。

【教師】為什么這些物體間摩擦又不能起電呢？難道是它們之間的摩擦，沒法使電子轉移？

【學生】在摩擦過程中可能一方會失去電子，由于有良好的導電體存在，轉移到另一方的電子在庫侖力的作用下又回來了，所以不能起電。

【教師】對的。摩擦起電要在干燥（空氣濕度低、不導電）的環境里的兩個絕緣性能比較好的物體間進行。摩擦起電，我們就分析到這里，下面我們來看看接觸起電。

【教師】大家都知道，接觸起電就是一個帶電的物體與一個不帶電的物體接觸，把一些電荷轉移到原來不帶電的物體上的過程。如圖1所示，一個帶正電的絕緣金屬球A與一個不帶電的絕緣金屬球B接觸一下，再分開，B球帶什么電？

【學生】正電。

【教師】一個絕緣帶正電金屬球A與一個不帶電的絕緣塑料球B接觸一下，再分開，B球帶什么電？

【學生】不帶電。

【教師】為什么？

【學生】金屬球內有大量的自由電子，當一個帶正電的金屬球A與一個不帶電的金屬球B接觸時，A球會把B球中的部分自由電子吸引到A球上中和一部分正電荷，這樣B球就因失去電子而帶正電了，A球因中和了部分正電荷，電荷量減少，等效為A球上的正電荷轉移到B球上。如果把B球換成塑料球，因其沒有自由電子，所以當帶正電的A球與其接觸再分開，B球自然就不帶電了。

【教師】很好！那么一個帶負電的絕緣金屬球A與一個不帶電的絕緣金屬球B接觸一下，再分開，B球帶什么電？

【學生】負電。

【教師】那它們又是怎樣實現電荷轉移的？

【學生甲】A球把B球中部分正電荷吸引到A球上中和，所以B球帶負電，A球的電量也比原來少了。

【學生乙】不對。帶正電的是原子核，不能遷移的。

【教師】乙同學說得很對，金屬導體中的原子核是不能定向遷移參與導電的。那原因又是什么呢？誰能說清楚！

【學生丙】根據同種電荷相互排斥的原理，A球的負電荷必分布在其外表面。當B球與其接觸時，B球就相當于A球的一部分，在庫侖力的作用下，A球中的負電荷一部分被排斥到B球的外表面上去了。

【教師】丙同學說得很對，他抓住了“金屬導體中能夠遷移的是自由電子”與“同種電荷相互排斥”這兩個原理。

【教師】接觸起電的原理我們弄清楚了，那我們再來看看感應起電的原理。如圖2所示，取一對帶絕緣支柱的不帶電導體A、B，使它們彼此接觸，置于帶正電的絕緣金屬球C附近，A、B導體各帶什么電？為什么？

【學生】A導體的左端帶負電、B導體的右端帶正電。A、B導體靠在一起就相當于一個導體，其中含有大量自由電子且處于C球所產生的電場中，在C球電場力作用下，自由電子向C球靠近而在A導體的左端聚集，就出現A導體的左端帶負電、B導體的右端帶正電的現象了。

【教師】此時把C球移走，A、B導體各帶什么電？

【學生】C球移走后，外電場消失，原A導體左端的負電荷與B導體右端的正電荷相互吸引而中和了，即C球移走后，A、B導體不帶電。

【教師】如圖3，先把A、B導體分開，再移走C球，A、B導體各帶什么電？

【學生】先把A、B導體分開，A導體帶負電荷，B導體帶正電荷。此后再移開C球，A、B導體就分別帶上了等量的負電荷與正電荷。

【教師】如果把A、B兩個絕緣導體換成一個帶絕緣支柱的金屬導體D，如圖4所示，再置于帶正電的C球附近，能否讓導體D帶電？如果能，D導體將帶什么電？

【學生】D導體置于帶正電的C球附近，其左端感應出負電，右端感應出正電，但C球移走后，D導體中的正負電荷又將中和。用這個辦法無法使D導體帶電。

【教師】同學們可否想出一個辦法，在C球移走前，把D導體上的某種電荷導走呢？

【學生】可以把D導體的右端接一下地，如圖5所示。因D導體的右端電勢比大地高，在接地導線中電場線沿導線指向大地。雖然D導體右端的正電荷無法遷移，但大地有大量的自由電子，其中一些自由電子在電場力作用下沿導線往上遷移與D導體右端的正電荷中和，從而使D導體有富余的負電荷。撤掉接地導線，再移走C球，D導體就帶負電了。

【教師】很好！如果在D導體的左端接一下地，如圖6所示，撤掉接地導線，再移走C球，D導體將帶什么電？

【學生】帶負電、帶正電（兩種答案幾乎各占一半，還各有理由）。

【教師】同學們，我們暫且不管誰正確，一起來分析尋找正確答案。首先請大家告訴我，在接地前D導體左右兩端電勢有什么關系？為什么？

【學生】相等。因為處于電場中的導體平衡時是個等勢體。

【教師】對。既然D導體是個等勢體，它各處的電勢都相等，說明D導體上任意一點與大地的電勢差都一樣，那從D導體任何一個地方接地，沿導線建立的電場線都由D導體沿導線指向大地。負電荷所受電場力與電場方向相反，所以D導體左端的負電荷不可能遷移到大地，只有大地的自由電子在電場力作用下由低電勢到高電勢，與D導體上的正電荷中和，這樣撤走接地導線后，再移走C球，D導體自然就帶負電了。

【教師】如圖7所示，將絕緣金屬導體D置于帶負電的E球附近，用導線把D導體接一下地，撤掉接地導線再移走E球，D導體將帶什么電？為什么？

【學生】正電荷。憑感覺（部分學生）。

【教師】憑感覺可不行，哪位同學能說出具體道理？

【學生】導體D處在負電荷的電場中，電勢比大地低，為負值，現把D導體接地，沿導線建立的電場線由大地沿導線指向D導體。D導體右端的負電荷在電場力作用下由D導體遷移到大地，撤掉接地導線，再移走E球，D導體將帶正電。

【教師】很好！感應起電的原理大家基本掌握了。需要提醒的是：用手摸一下導體跟接地是等效的（以前做過解釋）。

其實，教學過程中，還有許多討論的細節沒有一一錄入，本節課進行到這里，40分鐘已告罄。

反思：三種起電方式本想快速過一過，在講到帶負電的金屬球與不帶電的金屬球接觸起電時，發現學生對接觸起電的原理不是十分清楚，主要表現在電荷的遷移上。感應起電的電荷遷移要比接觸起電的更復雜，而且還牽涉電場線、電勢及其關系等知識。基于上述考慮，本節課的重點就放在解決三種起電方式的原理上。在教學過程中，發現學生的思維活躍、心情愉悅，說明教學效果是好的。雖然沒能完成預設的教學任務，“好像損失”了一些時間，但筆者認為是值得的。

注：作者為廣西教育科學“十三五”規劃《基于學科核心素養構建有效思維課堂教學模式研究》（立項號2017B031）課題組成員。

（責任編輯 易志毅）