例談高中物理學科核心素養的培養

周永德

【摘要】? 物理學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。教師在課堂教學中應該根據課程標準，促進學生物理學科核心素養的養成和發展，培養學生終身學習的能力。

【關鍵詞】? 物理學科核心素養 教學 電場強度

【中圖分類號】? G633.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）05-089-02

高中物理學科核心素養主要由“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態度與責任”四方面組成。本文就以粵教版選修3-1第一章第三節“電場強度”為例，談談在教學中如何體現物理學科的核心素養。

一、通過類比法，引出電場的概念

概念是對客觀事物本質的抽象，它是思維活動的一種形式。物理概念是哲學意義上的一種，既具有客觀性，又具有主觀性。客觀性是事物本質的一種反映，主觀性是一種思維形式。因此，物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象。物理概念是物理理論和知識的重要組成部分，同時也是構成物理規律和公式的基礎。它是學生學好物理的基礎。因此，教師在教學的過程中，應重視對概念的教學，尤其是一些看不見、摸不著的概念，學生理解起來比較困難。

從以前學過的力引入，以前學習的力有接觸力，如：彈力，摩擦力等，有非接觸力，如：萬有引力、磁力等。接觸力是通過擠壓、形變等產生的，非接觸力通過什么物質來實現呢？

萬有引力通過萬有引力場來實現，磁力通過磁場來實現，那么電荷間的力是通過什么物質來發生作用的呢？通過類比萬有引力場和磁場引出電場的概念，由于在以前的教學中并沒有深入講解萬有引力場和磁場，所以有必要讓學生通過電場深入了解場的概念。引導學生思考：電荷之間的作用力通過什么物質來發生作用的？肯定有一種物質，是一種看不見、摸不著且沒有質量的物質，于是電場的概念就形成了：凡是有電荷存在的地方，在它的周圍就存在電場，電場對處于其中的其他電荷有力的作用。

學生在掌握了電場的概念之后，就可以知道電荷間的相互作用力是通過電場來發生作用了。電場是一種物質嗎？肯定是！因為電場對放入其中的電荷有力的作用。

“物理觀念”是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識;是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華;是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。通過電場強度概念的教學，培養學生的物理觀念，讓學生認識到自然界中，除了有質量的物體是物質，還有一些沒有質量的物質，如電場，磁場等。

二、引導學生通過比值定義法研究電場，并通過觀察演示實驗，用比值法定義電場強度

在電場的概念建立之后，要進一步引導學生研究電場，由于電場對入其中的電荷有力的作用，帶電體帶電的多少也會影響力的大小，所以可以引導學生從力的角度和電荷量的角度來研究電場。

觀察同一試探電荷q放在導體A的電場中的不同位置時，它受到的電場力是否相同（圖a），注意：為了方便比較，實驗時把兩個質量和帶電量相等的小球q1、q2放置A球的兩邊。

圖a? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖b

觀察與思考：A球離q1、q2的距離和q1、q2的偏轉角的關系。

在導體A的電場中的同一位置放電荷量不同的試探電荷時，比較它們受到的電場力是否相同（圖b）注意：為了方便比較，實驗時把兩個質量相等、帶電量q1>q2的小球放在A球的兩邊，并使它們到A的距離相等。

觀察與思考：q1、q2的帶電量與q1、q2的偏轉角的關系。

從實驗中可以得出，處于電場中的力跟電荷所處的位置有關，跟試探電荷的電荷量有關。雖然電場力不能描述電場，但可以引導學生關注電場力與電荷量的比值，用比值定義法來描述電場，并引入一個新的物理量——電場強度：電荷在電場中受到的電場力與電荷量的比值稱為電場強度，簡稱場強。

從電場強度的演示實驗中，培養學生科學探究能力，物理觀念，科學思維，科學態度與責任，嚴謹的科學態度。然后分析電場強度、推導點電荷的場強就變得非常自然了，通過電場的疊加的練習，復習一下矢量的平行四邊形定則。

三、從簡筆畫導入，用圖象描述電場進行電場線教學

電場強度可以描述電場，也可以求出電場空間內各個點的場強的大小和方向，對學生了解電場有很大幫助，也使學生初步了解了電場。電場是看不見、摸不著的，學生在學習電場過程中，不可能都是勻強電場，像點電荷產生的場強，由于空間中每點的場強的大小和方向都與位置有關，所以，在描述非勻強電場時，不可能把每一位置的電場強度的大小和方向都用文字描述出來，即使可以，也不方便，更不利于學生理解，有什么辦法可以更直觀地描述電場呢？電場線傳統的教學方法是這樣的：

電場線就是……

電場線的性質……

電場線的特點是……

電場線不是客觀存在的……

以上的處理雖然沒有錯，但顯然屬于知識的發布、傳授與灌輸。怎么會想到用這樣一些線來描述電場呢？這是老師的經驗，學生不明白為什么要畫這些線。這時教師可以建議：遷移“簡筆畫”的知識來啟發學生。描述一件事物，除語言外，還可以通過簡筆畫的方式勾勒出來。

由于電場空間是看不見、摸不著的，所以有必要用圖象來描述電場，那圖象畫什么好呢？（一維碼，二維碼？）最簡單的是線條！那畫什么線條好呢？畫電場強度的大小和方向，因為目前為止只有電場強度才能描述電場，方向好畫，可以用箭頭表示，大小呢？由于不可能把電場中所有位置的電場強度方向都畫出來，這樣不現實也沒必要，上課時，引導學生把正點電荷產生的場強方向畫出來。

教師再進一步引導學生觀察，學生就會發現：這些線條所在的區域，有的密集，有的稀疏，學生會發現：用箭頭可以描述電場強度的方向，用疏密程度可以描述電場強度的大小，于是電場線的概念就形成了。電場線的概念：在電場中畫出一系列曲線，使曲線上每一點的切線方向都和該處的場強方向一致，這樣的曲線就叫做電場線。緊接著可以引導學生畫出由負點電荷產生的場強的電場線、勻強電場的電場線等，然后引導學生分析電場線的特點。

在電場線的教學過程中，不斷地培養學生物理學科的核心素養，而不是直接告訴學生結論，如果直接把結論告訴學生，往往學生就失去了對物理的研究，久而久之，學生只學到了前人的知識，而學不到物理觀念的建立、物理科學的思維、實驗探究和科學的責任和態度，這樣培養的學生，往往盲從權威，被動學習，不會自主學習。用圖象處理是智慧的，對不在現場的、又是客觀存在的事物，不僅可以通過語言來表達，還可以用簡筆畫的方式表現出來。從而讓學生明白為什么引入電場線來形象描述電場。

“電場強度”三個環節的教學，特別適合培養學生物理學科的核心素養，能很好地培養學生的“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態度與責任”。教師教學的目的不是給學生背不動的書包，而是要給學生帶得走的東西。背不動的書包里有什么呢？是一本又一本的教輔用書，一張又一張的試卷，裝的是知識，是教師和家人永不滿足的分數等等。知識、分數可能是帶不走的，而能帶著走的是什么呢？是方法，是能力，是智慧，這些素養永遠會伴隨著學生，而且在伴隨的過程中還會再生。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）.北京：人民教育出版社.

[2]郭玉英、姚建欣、張玉峰等.基于學生核心素養的物理學科能力研究.北京師范大學出版集團：北京師范大學出版社.