基于北京高考靜電場試題談回歸正常的物理教學*

陳紹輝

(北京市第一五九中學 北京 100033)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出課程的目標是促進學生學科核心素養的發展，最終完成“立德樹人”根本任務.教材、教學、評價是達成目標的3個基本方面.物理教材經過長時間的使用和反復修訂，語言精練準確，內容豐富成熟，且與時俱進，為教學保證了正確的道路，為評價提供了很好的素材.總結、把握高考評價的特點，反思、改進中學物理教學，以更好地促進學生核心素養的發展，值得深入思考、持續探索.

1 對靜電場相關試題的分析

核心素養在《高中物理課程標準(2017版)》被明確提出，是對三維教學目標的繼承與發展.物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等4個方面.每個方面由3到4個要素構成，共14個要素，有物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念、模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新、問題、證據、解釋、交流、科學本質、科學態度、社會責任.課程標準明確了核心素養各個方面的水平層級及具體標準.核心素養的水平標準是劃分學業質量的主要維度；課程標準將高中物理學業質量劃分為5個等級，每個等級的標準與核心素養的層級水平相一致.

北京高考將物理學科的能力要求劃分為理解能力、推理能力、實驗能力、應用能力和探究能力等5種能力，有15個具體要求.北京高考物理要求的學科能力和核心素養互有交叉、內含其間.

由上，核心素養的要求已經體現在北京物理高考中.

將2004—2018年北京高考靜電場試題對核心素養的考查進行梳理，包括試題主要對應核心素養哪個方面、哪種要素、屬于哪個水平，如表1所示.梳理有一定的主觀性，因為一道試題往往會考查核心素養的多個方面、多種要素.為使結構層次更清晰，將部分試題歸類.另外，實驗探究類試題暫未入選，但需明確，做好實驗是正常物理教學的基本要求之一.

表1 2004—2018年北京高考部分靜電場試題對核心素養的考查

續表

續表

由表1的梳理，我們對北京物理高考試題特點、評價立意有如下認識.

(1)試題涉及核心素養的各個方面、各個水平，為不同發展水平的學生都能在考試中有所發揮提供了空間.體現以考生為中心、發揮學生所長的考試追求.

(2)試題回歸教材.多數試題所述情境都能從北京地區所用的教材中找到原型或相關內容.體現了“走大道、求大氣”的命題風格.

(3)試題著力考查核心概念.本塊所涉及的核心概念包括電場、電場強度、電勢能、電勢等.多數試題都涉及到了這些概念，沒有偏難繁怪，而是情境熟悉、問題簡單，但往往非常深刻.體現了基礎、簡潔的命題理念.

(4)試題回歸學科本質，以學科思想方法將各模塊內在緊密相連.靜電場所涉及思想方法有場的概念、能量觀、守恒思想、宏觀微觀相聯系的思想、比值定義法、類比法等.體現出寬廣融通的命題思路.

2 對正常教學的回歸與靜電場核心概念教學設計案例

北京物理高考評價注重回歸教材，以能力立意，在簡單問題、熟悉情境中，考查了對學科思想方法的深入理解，考到了各模塊的縱向融通，考出了學科的核心素養和關鍵能力；對中學物理教學回到正常狀態起到了很好的引導作用.反觀中學物理教學現狀，老師講學生記不用教材、介紹概念不建構概念、講知識不講思想方法等不正常的現象還比較普遍；在高考復習時，過度練習，局限在各模塊內橫向聯系，不重視學科縱向融會貫通，更是廣泛存在.

以靜電場為例.在平時教學中，以下非正常的現象是“常態”.傳授給學生庫侖定律的表達式，記憶之后，講練含有庫侖力的各類力學難題，如兩個電荷相互環繞做圓周運動、3個電荷的平衡等.給出電場強度、電勢能、電勢等的計算式，展示電場線、等勢面分布圖，記住之后講練大量題目，且美其名曰“提高解決力電綜合問題的能力”.對于靜電平衡、電容，也多是傳授結論、公式，記住之后，通過做題來強化相關知識.在復習階段，覺得學生把知識忘了，先回顧、捋一遍知識點，之后進行大量“刷題”.總之，概念是“講”的，且還要盡可能壓縮“講”的時間，擠出時間來練習做題.念念不忘、殫精竭慮地通過做題來落實知識點，對知識得出的過程、其間蘊含的方法、各模塊之間的聯系，思之甚少，即便偶有說到，也是無心之舉而非有意為之.

由評價來反思教學，使教學回歸到正常狀態，應努力做到以下幾點：(1)新授課注重核心概念的建立過程，著力加深對概念的理解；(2)復習課以學科思想方法為抓手，前后融會貫通，構建知識體系；(3)始終堅持多用教材，回歸教材，而非盲目多做題.

下面就靜電場核心概念的教學舉例說明.

案例1：電場、電場強度的教學設計

環節一：復習提問，引導學生閱讀教材(指人教版教材).初步了解“電場”“靜電場”的存在.

環節二：形象化方法表示電場.與“風”類比，“風”看不見摸不著，可以畫幾條線來表示“風”，如圖1所示(用PPT投影).可以用“看得見”的陰影來表示電場，如圖2所示(用粉筆在黑板上涂畫).

圖1 用幾條線來表示風

圖2 用陰影來表示電場

環節三：初步認識電場性質.通過圖2認識到電場對電荷有力的作用，認識電場有強弱和方向.

環節五：推導點電荷電場場強的表達式.按庫侖定律和電場強度定義式推導點電荷場強表達式.并與定義式做對比，認識兩者的聯系和區別.

環節六：場強的疊加.通過具體例子掌握場強的矢量疊加.

環節七：電場線.通過理論分析、實驗演示、閱讀教材對各種典型電場的電場線分布有初步的理解，不可簡單告知.對電場線不會相交相切等特點應用“反證法”予以分析證明.

案例2：電勢能、電勢的教學設計

環節一：復習回顧重力場中功、能特點.

環節二：創設情境，提出問題.如圖3所示，引出“電場的能”.是不是勢能呢？關鍵就看電場力做功是否與路徑無關.

圖3 “電場的能”的引入情境

環節三：電場力做功的特點.利用圖4推導“電場力做功與路徑無關”.相較教材，圖4多了乙圖、丙圖，搭接“思維臺階”.

圖4 推導電場力做功的特點

環節四：電勢能的引入.類比“重力做功與路徑無關，可引入一個與位置有關的重力勢能”，在圖3情境中“電場的能”正是電勢能Ep電.仍在圖3情境中，討論“電場力做正功，電勢能減少；電場力做負功，電勢能增大”.分析得出，試探電荷無論正負，這一結論都成立.由能量守恒有“ΔEp電=-ΔEk”，由動能定理“W合=W電=ΔEk”，得到“W電=-ΔEp電”.進一步得到“W電=Ep電初-Ep電末”，與“WG=Ep初-Ep末”類似，不難得出“電荷在某點的電勢能，等于把它從該點移到零勢能點電場力所做的功”.

環節五：做一道題.如下.

【題目】A和B為電場中某條電場線上的點，如圖5所示，將q=1 C的正電荷從A點移到B點電場力做功5 J，則:

(1)電場方向由A到B，還是由B到A？(A到B)

(2)電荷在哪點的電勢能大？大多少？(A點大，5 J)

(3)規定B點為零電勢能點，在A點電勢能多大？(5 J)

圖5 題圖

環節六：電勢的比值定義.利用上述例題，提出問題，詳細討論A，C點“電勢能與電荷比值”的變與不變.并與圖6重力場類比.最后得出電勢定義，是電勢能與電荷的比值.

圖6 重力場

環節七：等勢面.注意與等高線類比，用反證法證明等勢面一定與電場線垂直.掌握幾種常見電場的等勢面分布，教材中沒有的要補充.

3 基于學科思想方法貫通的復習課教學建議

(1)場的概念.高中物理涉及重力場、引力場、磁場、恒定電場、渦旋電場等.可從場怎樣產生、強弱如何描述、是否有“勢”、可否組合為復合場、物體在場中能做何運動、涉及哪些能量等角度進行認識.并對各種場做比較、找異同.

(2)能量觀.回顧重力勢能、彈性勢能、引力勢能、電勢能、分子勢能等，弄清對應何種力做功.領悟勢能是與位置有關的能量，當力做功與路徑無關時才能引入.將各勢能做比較、找異同.從能量的視角審視靜電場一些典型情境.比如，兩個電荷之間是否有電勢能、隨距離如何變化？靜電感應是否會“創造”能量？電容器充放電和極板發生相對運動時能量如何轉化、怎樣計算？

(3)守恒的思想.電荷、能量、動量的守恒自不必說.北京物理高考涉及點電荷周圍電場線條數在各個球面上相等，這是守恒思想的深化.可進一步引導學生認識在同一電路“電流相等”、同一管道“水量不變”等，拓展對守恒思想的認識.

(4)宏觀微觀相互聯系的思想.通過閱讀教材，掌握金屬的微觀結構.靜電感應是宏觀現象，微觀本質是電子的轉移，具體過程如何？宏觀電路電流現象，微觀本質是電荷在電場中受力、運動、做功能量轉化.

(5)物理量的定義方式和表達方法.電場強度、電勢、電容都用了比值定義，又有對應的決定式，此間共性可以貫通前后.物理量可以用公式、坐標圖、圖景來表達，我們往往注重某一方式而忽略其他.比如電場強度E，電勢φ，公式表達比較常見，電場線、等勢面等圖景表達也比較熟悉，但是用坐標圖表達容易被忽視.可引導學生畫一畫E-x和φ-x圖，能夠更好理解相關物理量.

類比法、反證法等前文多有論述，本塊還有涉及此類學科方法的其他內容，應努力挖掘，限于篇幅，不再論述.

4 結束語

靜電場的核心概念比較抽象，直接告知記憶，輔以大量練習，會導致死記硬背、生搬硬套、越學越糊涂.在教學中應利用形象化的手段和類比的方法，抽絲剝繭、環環相扣、層層遞進，經歷過程，幫助學生建立正確的概念.

雖然高中物理學被習慣地分為力、熱、電、光、原子5塊，但是各模塊之間可由學科核心概念、思想方法緊密關聯.新授課，應予滲透；復習課，應明示各模塊的知識關聯和邏輯聯系，幫助學生形成對學科內容的整體認識.

這樣做，是對正常教學的回歸，也與北京物理高考評價相一致，做到教學與評價相得益彰.