聚焦物理核心素养 优化“电场强度”教学

V〇1.50 No.5
May.2021炻i f教■学参考
教学设计
聚焦物理核心素养优化“电场强度”教学
李晓青1王刚2
(1.邯郸市第十中学河北邯郸056003;2.邯郸市教育科学研究所河北邯郸056003)
文章编号：l〇〇2-218X(2021 )05-0047-03中图分类号：G632.41 文献标识码：B
通过对比新、旧课程标准对“电场强度”的要求发
现：关于电场的物质性要求由“初步了解”变为“知 道”，对电场强度的要求由“理解”降为“了解”，但新课
标增加了“体会用物理量之比定义新物理量的方法”，
促进物理观念的形成，强调科学思维素养的培养。

本
文以人教版高中《物理》选修3 —1“电场强度”的教学
设计为例，按照新课程标准的要求、秉承物理核心素
养的育人理念，探讨如何在教学过程的各个环节落实
核心素养。

一、 教材分析
“电场强度”是人教版高中《物理》选修3—1第1
章第3节的内容，是本章的核心内容。

本节内容有两
个特点：①知识点多，包括电场、电场强度、电场线、检
验电荷、场源电荷、点电荷电场、电场叠加等；②内容
抽象，即电场看不见、摸不着。

深刻理解电场的概念、
电场强度的物理意义为本节课的重点，电场强度的定
义方法及场强与电场力的区别与联系为本节课的难
点。

教材内容通过对库仑定律的深人理解，明确电场
是两电荷间相互作用的本质，为后续学习磁场做铺
垫，具有承前启后的作用。

学生虽然对磁场、电场、点电荷的概念及库仑定
律有一定的认知基础。

但是他们缺乏关于场的完备
知识体系，对场的感性认识少。

基于此，教师创设关
于“场”的五个情境组织教学活动，结合自制教具，引
导学生将生活现象、物理学史、演示实验、数据分析等
与教学内容联系起来进行思考，在体验、交流中自主
构建知识，提升自身物理核心素养。

二、 教学目标
依据《普通高中物理课程标准（2017年版）》和物
理核心素养的要求，制定教学目标如下：
(1) 通过对生活现象和演示实验现象的分析，构 建相互作用观念和物质观念。

(2) 通过对电场定性和定量的探究过程，经历“提 出问题一猜想与假设一进行实验、收集证据一分析推
理”的过程，培养学生科学思维、提升科学探究能力。

(3)通过物理学史的学习，让学生感受科学家探
究物理规律的艰辛与喜悦，学习科学家大胆预言、勇
于质疑、坚持实验验证的执着精神和严谨的科学
态度。

三、教学过程
1. 呈现图片，提出问题
片段1用手机投屏库仑定律实验现象图片如
图1所示，引出问题：你们 P:P,，
和発子间的相互作用必须
通过相互接触才能发生，而
真空中两个电荷没有接触，
却存在着相互作用，这种相 ^
互作用是怎么产生的？有
什么特点？
设计意图以学生为“主角”，基于演示实验现象
提出问题，引导学生思考图片反映物理现象的不同以
及产生的原因，构建相互作用观念和物质观念，激发
思考欲望，点燃学习热情。

2.自主学习，隔空对话
片段2回顾历史，引出电场的概念。

师真空中两个点电荷没有接触，却存在着相互
作用，它是怎么产生的？阅读教材第1〇页，提炼科学
家的观点。

生1这种相互作用不需要媒介、不需要经历时
间，是超越时间和空间直接发生。

（超距作用）
生2 法拉第提出电荷间的相互作用是通过电
场产生的，电场对放人其中的电荷有力的作用。

师现在我们认同法拉第的观点，因电场看不
见、摸不着。

当时人们觉得法拉第的观点很荒谬，而
物理学家麦克斯韦支持电荷周围存在电场的观点，并
在“场”理论基础上，建立电磁场理论、预言电磁波的
存在；德国的科学家赫兹用实验证明了电磁波的
存在。

师电场是电荷周围存在的一种特殊物质，为什
么说它特殊？如何检验电场的存在？
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教学设计铷i f教学参考第50卷第5期
2021年5月
生因为它看不见、摸不着。

通过放人检验电荷 看其是否受力来检验电场是否存在。

师对！这就是电场具有的特性。

明确了电场的特性，可以解释两个电荷没有接触且存在相
互作用力的原因。

（参考图2)。

设计意图物理学史是物理学中“凝固的文化”，承载着科学的研究方法、彰显人文情怀和伟大的科学 思想与精神[1]，是重要的教学资源，值得我们重视。

笔者针对导人新课时抛出的问题，引导学生自主阅读 教材，与科学家进行一场隔空对话，揭示“电场”诞生 背后的故事，再现当时两种观点的对决；然后，教师作 物理学史方面的补充；最后，学生用电场来解释两电荷间相互作用力的本质。

这样设计：①让学生站在问题开始的地方面对原 始问题，沿着科学家的探索足迹，了解他们对电场的认识过程，帮助学生更加深刻地理解电场及其特性；
②通过自主阅读，提高学生获取信息、归纳总结的能力，培养其科学思维；同时让学生感受探究物理规律的艰辛与喜悦，学习科学家大胆预言、坚持实验验证的执着精神和严谨的科学态度。

3.实验探究，认识电场
片段3探究试探电荷的受力。

师实验装置，如图3所示，讲解场源电荷及试探电荷（检验电荷），手机投屏演示实验：首先，通过起 电器让金属球带电。

让试探电荷与其轻触，二者带上 同种电荷如图3所示。

引导学生观察：试探电荷在电 场力的作用下，发生了什么现象？说明了什么？其 次，逐步移动固定试探电荷的铁架台，观察实验现象有什么变化？
生4试探电荷发生偏转，说明受到力的作用；离场源电荷越远，偏离角度越小，说明试探电荷受到的作用力小。

师这个力是谁给的？试探电荷离场源电荷的位置不同，受到的力不同，说明什么问题？
生场源电荷产生的电场，电场在不同位置强度 有强有弱。

设计意图电场的概念及特性对现阶段学生来说是一个难点，为使学生能够对其有进一步的了解，笔者设计了演示实验，以实验现象为出发点，通过问题引导学生突破难点。

其目的是：①通过演示实验，引导学生观察物理现象，把对电场从感性认识上升到 理性认识，亲身感受电场的神秘之美，逐步形成正确 的物理观念。

②在学生观察实验现象时，引导学生进 行充分的思考，掌握学习物理知识的方法，提升学生 的实验探究能力及科学探究能力。

4.温故知新，定量分析
片段3定量分析电场力及电场强度等。

教师解答例1，引导学生根据数据组内探讨规律。

例1在真空中，放一点电荷Q,于〇点，其电荷 量 〇= + 1.0X10-5C。

空间 M、N 点，OiW=n=10 cm，OiV=r2=30cm。

求试探电荷屮=1. OX KT10C，g2 =2.0X10—10C，g3.= 3.0X10_l°C，在 M、JV两点所受的 库仑力，填人表 1。

〇f e=9.0X109N.m2/C2)
表1
M点N点9l=1.0X l〇-10c
92=2.0X10~10C
仍=3. 0X10—10C
学生做题并组内讨论，填写表格，展示讨论结果。

生5同一试探电荷距离场源电荷越远，受到的库仑力越小。

生6同一位置，电荷量大的试探电荷受到的库仑力大。

生7同一位置，试探电荷所受的库仑力与它带电量之比相等。

师请同学们试着求解，同一位置，试探电荷受 到的库仑力与电荷量的比值。

学生计算比值，通过数据直观验证。

共同归纳（1)定性分析：电场有强有弱；
(2)表格数据（定量分析）：场源电荷在M点产生 的电场比在N点产生电场强且在电场中某点试探电荷所受到的库仑力与电量的比值是一个定值。

师如果要用数值（或者用一个物理量）反映电 场的强弱，选择哪个物理量？
生试探电荷受到的库仑力与电荷量的比值。

师为什么不用力或者电量来反映？
生因为在同一位置，其比值与力与电量无关。

师非常好！用力与电量的比值来表示电场的强弱，这一物理量可定义为电场强度。

学生查阅课本完成电场强度相关知识点。

师①£=f，£：与F成正比，与9成反比，这句
-mail ：
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教学设计
话对吗？②£：是矢量还是标量？若是矢量，其方向如 何？③若电场中没有试探电荷，E的大小、方向如何？
④E取决于什么？
学生讨论，小组代表展示结果。

共同归纳电场强度E的大小为E=f;方向与
9
正电荷受力方向相同；E与无关、与电性、与放不 放电荷无关，但与场源电荷、距场源电荷的距离有关。

师根据求点电荷周围电场强度的表达
q
式。

（学生自主推导）
师巡视指导，评价完善推导结果。

师£：与Q成正比，与P成反比，即电场强度的 决定式仅算出点电荷场强大小，那方向呢？
生11正点电荷的电场方向是沿半径向外。

(光芒四射）
生12 负点电荷的电场方向是沿半径向内。

(万箭穿心）
共同归纳总结点电荷周围电场的大小和方向。

例2直角坐标系x O y中，A、B两点位于:C轴 上，C点位于3/轴上，如图4所示。

A、B两点各固定 一等量正点电荷，电量均
为1. 0X 10_9C，（静电力
常量/f e=9.0X109N •m2/
C2)求：（1)A、B两点各在 d
C点产生的电场强度；（2)
求C点的电场强度。

图4
教师示范解题步骤，规范答题。

得出结论：当场 源电荷不唯一时，空间某点的电场强度等于各个点电 荷单独在该点产生电场强度的矢量和，即电场强度的 叠加。

设计意图本环节是本课的中心环节，重点围绕 “人们对电场进行定量描述的认知、迁移过程”这一核 心主线，对电场做进一步挖掘。

首先，通过例1，让学 生温习库仑定律，通过分析表格中数据的规律，引导 学生理解电场强度的实质及比值定义法的应用；其 次，使学生在掌握电场强度知识点的基础上，求解点 电荷周围的电场强度的表达式进而掌握相关知识点；最后，通过例2让学生练习点电荷电场问题的求解步 骤，同时以例题为载体，完成电场叠加的讲解。

一方 面，使学生在“思中学，练中学”，突破教学重、难点，达 到教学目标；另一方面，以例题为媒介，使学生由表及 里、由浅人深、循序渐进地展开逻辑推理[2]，有利于发 展科学思维、提升物理核心素养。

四、教学反思
从落实物理核心素养于课堂的角度对电场强度
的教学设计进行了探究，力求真正让学生经历知识的
形成过程，培养学生的物理核心素养。

授课结束后，
师生们反响较好，但教学相长，相得益彰，反思才能让
课堂更丰满。

1. 教师转变观念是培育核心素养的前提
以学科知识结构为核心的传统课程标准体系，让
我们在传统的课堂教学中更多的关注知识的传授及
学生对知识的掌握程度[3]。

但知识并不代表一切，尤
其在这个迅猛发展的时代，培养学生适应终身发展和
社会发展需要的必备品格和关键能力则更为重要，因
此，一线教师应该从只关注传授知识和升学任务的思
维中解脱出来，放眼于培养学生终身学习的能力。

2. 提供探究真问题的机会是培育核心素养的
关键
授课结束后，评课教师肯定这节课中设置问题的
可探讨性，这也是笔者在进行教学设计时反复斟酌的
问题。

虽然当今的物理课堂上，教师开始注重设置问
题展开讨论进而培养学生的科学思维，但大多数探究
仅流于形式，学生只是按照设计好的步骤“照方抓
药”，不是对知识进行主动探索和发现，因此为了探究
而做的“探究”不能真正提高学生的科学思维。

所以，
在物理教学中，教师在讲授教材知识的同时，应以其
为载体，创设真问题情境，提供给学生自主探究的机
会，培养他们的科学思维和科学探究能力。

3. 教师提高自身素养是培育核心素养的保证
习近平总书记指出，“广大教师要做学生锤炼品
格的引路人，做学生学习知识的引路人，做学生创新
思维的引路人，做学生奉献祖国的引路人”。

由此可
见，教师视野的宽度、教师思想的深度决定了学生未
来发展。

因此，教师只有提高自身的业务能力和自身
素养，在教学实践中才能潜移默化地提升学生的核心
素养。

参考文献
[1] 潘祎文.基于物理学科核心素养的教学目标设计—以
高一物理“力的分解”为例[J].物理教学，2018,40(12):
17-19.
[2]田阳阳•基于物理核心素养导向的“交变电流”教学案例
[J].物理教师，2017(2) :7-12.
[3] 杨亚芳.基于物理核心素养提升教学设计—以“生活
中的圆周运动”为例[J]•物理教学，2016(5)
(本文编辑：郭晓丹）
E-mail ：phycfe207@ 163.
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