教材二次開發中的“內容結構順序調整”

摘 要：教材“內容結構順序調整”是教材二次開發的基本形式之一。本文以人教版高中物理必修第三冊“靜電的防止與應用”為例，詳細闡述教材“順序調整”形式在二次開發實施過程中的具體流程。

關鍵詞：二次開發；結構順序；靜電

1 教材的二次開發

新一輪基礎教育課程改革倡導教師創造性地使用教材。基于不同學情、不同教學場景、不同的教學條件，教師需要靈活地、創造性地、個性化地運用教材，基于教材而不拘泥于教材。這就需要教師對教材進行“二次開發”。

教材的二次開發主要指教師和學生在實施課程過程中，依據《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》），對既定的教材內容進行適度的增刪、調整、加工和拓展，合理選用和開發其他教學材料，從而使這些材料更好地適應具體的教育教學情景，滿足學生的學習需求。［1］

在教材二次開發過程中，教師可根據實際教學情況，通過教材“內容結構順序調整”，實現更加清晰和順暢的“教”與“學”，使教學內容更加適應當前的教學場景。筆者認為，

教材二次開發中“內容結構順序調整”實施的基本步驟如圖1所示。

2 案例分析

以人教版高中物理必修第三冊第九章第4節“靜電的防止與利用”為例，本節教材知識排序如圖2所示。［2］

從知識邏輯的角度分析，靜電平衡與靜電屏蔽之間存在著緊密的聯系。在完成靜電屏蔽的教學后，通過研究電荷在導體外表面的分布情況，可以自然地引出靜電吸附。故在實際教學過程中，筆者調整了教學順序，調整后的教學順序如圖3所示。

3 教學過程設計

3.1 創設情境，了解靜電現象

情境1：展示大自然中閃電的照片。

實驗1：利用高壓感應圈模擬閃電。

情境2：展示盧馭龍在《中國達人秀》舞臺上表演“閃電俠”的視頻。情境1和實驗1指向尖端放電，情境2指向靜電屏蔽。

問題1：觀看以上關于靜電現象的場景后，同學們有什么問題嗎？

學生可能提出的問題：為什么會形成閃電？高壓感應圈放電的位置一定是尖端嗎？為什么盧馭龍可以不懼高壓電？盧馭龍衣服的材質是金屬還是絕緣體？

經過學生之間的討論，教師逐步整理出課堂需要解決的問題及其解決思路，并將學生的思考焦點引導到金屬導體在外電場中的行為研究上。

3.2 小組合作，經歷靜電平衡的推理過程

問題2：如果將金屬導體放入外電場中，導體會產生怎樣的變化？

教師給出幾個引導性的問題：金屬中的離子與自由電子的分布是怎樣的？在外電場中，電子會怎樣移動？電子的移動會導致電場怎樣變化？最終的狀態是怎樣的？

各小組討論并派代表做總結發言。

結論1：處于靜電平衡的導體，內部場強處處為零，其內部沒有凈剩電荷。

3.3 模型建構，深入研究靜電屏蔽

問題3：如果將處于靜電平衡的導體中間部分挖去，形成一個導體空腔，是否會對靜電平衡產生影響？

由于附加場主要是導體外表面的電荷產生，且導體內部沒有凈剩電荷，故挖去導體內部一部分不會對導體的電學平衡狀態產生影響。基于這一原理，教師給出了靜電屏蔽的定義。

問題4：靜電屏蔽在生活中有什么應用嗎？盧馭龍為何不懼高壓電？

實驗2：通草球在起電機附近產生感應而被吸引。若將通草球用金屬網罩罩住，還會被吸引嗎？

結論2：實現靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網也能起到屏蔽作用（如圖4所示）。

拓展：稀疏網罩對交流電的屏蔽。

實驗3：打開收音機，接收特定頻率的電臺，正常進行播放。隨后，用金屬鳥籠罩住收音機，發現收音機聲音變模糊，信號變弱。

實驗4：在輝光球旁放一支電筆（帶氖管）。打開輝光球，氖管發光（如圖5甲所示）。罩上金屬鳥籠，氖管不發光（如圖5乙所示）。

情境3：展示稀疏金屬網罩屏蔽的圖片。

問題5：此時人體是否能夠觸摸內壁？

播放麻省理工學院天體物理學家沃爾特·列文（Walter H. G. Lewin）的視頻。在課堂上，教師也可以利用法拉第圓筒實驗進行教學。

結論3：處于靜電平衡的導體，導體內部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面。

3.4 尖端放電，推導避雷針的工作原理

問題6：導體外表面的電荷是怎么分布的呢？

教師引導學生分析：如果是一個帶電的金屬球殼，電荷應該怎么分布？如果把這個帶電的金屬球殼壓扁，電荷又應該怎么分布？

根據電荷間的相互作用原理，一個帶電的金屬球殼的電荷會均勻分布在其表面；若把金屬球殼壓扁，由于電荷間的相互排斥作用，電荷會傾向于分布在壓扁后的兩邊（如圖6所示）。教師可以利用這一現象來培養學生的相互作用觀念和能量觀念。

問題7：球面和針尖哪個更容易放電？

教師引導學生完成以下推理過程。

導體尖端處的電荷密度大，導致尖端周圍電場強度大；空氣中殘留的帶電粒子由于受到電場影響而發生劇烈運動，并與空氣分子發生碰撞，從而使空氣分子中的正、負電荷分離，即發生“空氣電離”。電離后的正、負電荷會分別奔向尖端的異種電荷，與尖端上的電荷中和，這相當于導體尖端失去電荷。故導體尖端更容易放電。

實驗5：球面和針尖放電比較。

學生觀察到，在針尖與圓球頂部高度一樣的情況下，當電壓逐漸升高時，針尖率先放電。

問題8：避雷針也是尖端，為什么它的效果是引雷？

教師解釋避雷針的原理：當雷云放電接近地面時，避雷針的頂端會形成局部電場集中的空間，引導雷電流經避雷針，再通過接地引線和接地裝置將電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。所以避雷針又名接閃桿，“避雷”的實質是“引雷”。

問題9：你能舉出其他應用尖端放電或者防止尖端放電的實例嗎？

應用實例：燃氣灶點火器的放電電極是針尖形。防止實例：在驗電器的金屬桿上端固定一個金屬球，而未將其設計成針尖狀。

問題10：利用靜電現象，從桿頂、桿身、桿底、底座四個方面分析旗桿構造的科學性。

桿頂為球狀，降低雷擊風險；桿身圓潤，避免積累過多電荷；桿底接地，將電流導入大地；底座絕緣，防止帶電。

3.5 靜電吸附，學以致用

問題11：放電現象實驗裝置如圖7所示，將極板A和金屬圓柱B與電源相連，哪端更容易放電？

很顯然，相對于極板A，金屬圓柱B更容易放電，且由于金屬中自由電荷為電子，故金屬圓柱B接負極為宜。

實驗6：靜電吸附實驗。

教師將金屬圓柱B與感應圈負極相連，極板A與感應圈正極相連，點燃香薰，產生煙塵。

問題12：現有微粒飄向金屬圓柱B，會發生什么現象？

微粒靠近金屬圓柱B時，由于尖端放電現象帶上負電荷。隨后，由于極板A帶正電，這些帶負電的微粒被吸附在極板A上。

結論4：在電場中，帶電粒子受到靜電力的作用，向極板運動，最后會被吸附在極板上。這一原理在工業生產中被廣泛應用。若空氣中飄來油漆微粒，人們可以利用這一原理進行靜電噴漆；若空氣中飄來塵埃微粒，人們可以利用這一原理進行靜電除塵。

3.6 理順線索 總結歸納

基于上述的過程，本文將教學線索進行了總結（如圖8所示）。

4 結語

《課程標準》明確指出，要“引導學生自主學習，提倡教學方式多樣化。”［3］這就要求教師根據實際情境對教材進行二次開發。

基于核心素養的教材二次開發，以整體觀和全局觀為指導，深入回歸教材本質，通過增刪、調整、加工、拓展四種基本方法，不僅為現行高中物理教材注入了新的生命力，還使其具有更好的生活性和互動性，從而能夠有效地解決當前教材使用中存在的核心問題。

參考文獻

［1］俞紅珍. 教材的“二次開發”：涵義與本質［J］. 課程·教材·教法，2005（12）：9-13．

［2］人民教育出版社 課程教材研究所 物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書 物理 必修 第三冊［M］.北京：人民教育出版社，2019：18-21.

［3］中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］. 北京：人民教育出版社，2020：2-3.