基于核心素养的物理规律教学实践研究

摘   要：物理规律是用高度浓缩的语言对物理事实进行的总结和概括。规律教学是中学物理教学的重要组成部分，涵盖了规律的发现过程、规律的内容表述以及规律的实践应用。以“电荷”的教学实践为例，通过大量的演示实验和学生亲自动手进行实验探究，引导学生从直观的现象中发现规律、理解规律，并尝试用所学的规律解决真实问题，将物理学科核心素养落到实处。

关键词：规律教学；核心素养；电荷

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）1-0021-4

物理规律是对物理事实的高度抽象和概括，是集实验探究和科学思维为一体的产物，是高中物理教学的重要课题［１］。该课题的教学任务涵盖了规律的发现过程、规律的具体内容以及规律的应用实践。基于学生对规律的认识和理解是循序渐进的，教师在规律教学时宜采取“学生主体，教师主导”的课堂模式，在提出问题、作出假设、探索规律和得出规律的教学过程中培养学生主动获取知识和灵活运用知识的能力［２］。下面以“电荷”一节的教学实践过程为例，详细阐述核心素养前提下物理规律教学的实践研究。

１    教材解读

１．１    “电荷”主要内容及其在中学物理中的地位

“电荷”是人教版高中物理必修第三册第九章《静电场及其应用》的第一节内容，是电学内容的基础篇。本节内容从电的发现讲起，介绍了后续电学知识所需要的几个基础概念，几种生活中常见的静电现象以及基础守恒定律之一的“电荷守恒定律”。

１．２    课程标准的相关要求

《普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）》对本节课的要求：通过实验，了解静电现象；能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象；能通过多种方式使物体带电，观察静电现象；能够演示并分析静电感应现象［3］。

２    学情分析

建构主义的学习观认为，学习是学生自己建构知识的过程，学习的获得是学生以自己原有的知识经验为基础，对信息重新认识和编码，构建理解的过程［4］。学情分析是教学设计前的必要准备。学情分析包含对学生已有的知识基础、生活经验以及探究能力等多方面的了解和掌握。

“电荷”一节的学情如下：学生在八年级《科学》上册中已经学习了“正电荷”“负电荷”的定义以及摩擦起电现象，在八年级下册中也学习了物质的微观结构模型，具有一定的知识基础，也有“头发会随着梳子飘飞”、冬天脱毛衣有“噼里啪啦”的放电声等多个生活体验，高中生也能够在问题导引下有意识地观察、记录一些关键的实验现象，并尝试利用所学的知识进行逻辑分析。

３    教学目标

结合课程标准，从物理学科核心素养的四个维度确定教学目标，如表１所示。

４    教学实践活动

根据学生的认知水平，结合知识特点设计教学活动，着重体现观察、思考、提问、猜想与假设、验证、总结、提炼认知过程［5］。

活动一：创设情境，旧识新学

如图１所示，以“魔术”进行实验引入：桌面上静止放置着一个易拉罐，如何在不接触到易拉罐的情况下使它运动起来？

演示：用摩擦过的橡胶棒靠近易拉罐，牵引着易拉罐在水平桌面上滚动。

师：这就是一种“电”现象。请同学们列举生活中和“电”相关的物品。

生：电脑、电视……

学生阅读教材——“电”的发现过程。

师：不只琥珀经过摩擦可以吸引轻小物体，生活中很多物体都有这种现象。请同学们举例说明。

生：梳头发的时候，头发会飘起来；摩擦过的笔能吸引碎纸屑……

学生阅读教材，“天电”与“地电”的统一过程，回忆初中所学的正电荷和负电荷的定义。

设计目的：电学知识比较抽象，多数学生对此有隐隐的抵触心理。本节教学设计以“魔术”的形式引起学生的好奇心，观察“电”的神奇现象，结合生活经验，感受“电”的趣味性和重要性。学生通过认真阅读教材，联系具体的生活经验和已有的知识基础，形成清晰的“电”的物理概念，同时使学生了解科学的发展需要很多科学家的艰辛付出，培养学生敬重科学家、珍视知识的态度，发展学生的科学态度和责任感。

活动二：以旧带新，透过现象看本质

师：物体原本不带电，通过摩擦却能使物体带上电，摩擦起到什么作用？请同学们回忆物质的微观结构模型，完成“导学案”（图2）。

Ｆｌａｓｈ动画展示摩擦的过程，使物体外侧一部分束缚不牢的电子转移到另一个物体上，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。

引导学生总结出结论：摩擦起电的本质是电子在两物体之间转移，转移的过程中得失电子的数目相等。

演示实验：观察现象，思考其物理含义。

演示实验１：（１）摇动感应起电机的手柄，把验电羽靠近起电机金属球，观察现象（图3），说明其物理含义（金属球吸引轻小物体，说明金属球带了电）；（２）将验电羽直接接触金属球，观察现象（图4），说明其物理含义（验电羽炸开，说明验电羽带了电，相互排斥呈现炸开的状态）；（３）把验电羽拿开，再次靠近起电机金属球，观察现象（图5），说明其物理含义（验电羽被金属球排斥，说明通过接触使验电羽和金属球带了同种类的电）。

引导学生用物质的微观结构模型解释验电羽带电的物理过程，并得出结论：接触起电的本质是电子在不同物体之间转移，转移的过程中电子得失数目相等。

演示实验２：拿毛皮摩擦过的橡胶棒靠近枕形金属（图6）。（１）靠近、远离枕形金属，观察两侧验电羽的状态，说明其物理含义（橡胶棒靠近枕形金属，验电羽张开，说明此时枕形金属带电；远离时，验电羽闭合，说明此时枕形金属不带电）；（２）保持橡胶棒的位置不动，把枕形金属的两部分分开；再拿走橡胶棒，观察验电羽的张角情况，再把枕形金属的两部分合拢，观察验电羽的状态变化，说明其物理含义（分开时，两侧验电羽均保持张开，代表两侧均带电；闭合时，两侧验电羽闭合，代表两侧均不带电）。

学生能从实验现象中比较容易得出静电感应的带电特点。引导学生用物质的微观结构模型解释感应起电的物理本质：电子从金属的一端转移到另一端，金属两端得失电子的数目相同。

设计目的：以“导学案”的方式帮助学生回忆物质的微观结构模型，建立本节内容的理论基础，利用该理论解释摩擦起电的本质，以此为范例，学生后续可以尝试自行解释“接触起电”和“感应起电”的本质。演示实验的设计起点低，建立于“带电体能吸引轻小物体”的基本特征，以及“不同电荷之间的相互作用”等学生已有的基础知识，让学生能轻易地从直观的物理实验现象中得到结论，并能尝试进行理论解释。实现从现象到本质的顺利过渡，加深学生对起电的理解，同时强调“得失电子的数目相等”，为“电荷守恒”的规律得出奠定基础。

活动三：实践应用

实践１：自制简易验电器，探究验电器的张角变化。

材料：回形针、一次性餐饮水杯、金属箔片。

制作步骤：

（１）将回形针拉成钩状。

（２）取两片金属箔片挂在钩子上，调整位置，使它们能灵活移动。

（３）将回形针的另一端从杯子底部由内向外穿出，并向杯底方向折回，如图7所示。

探究过程：探究以下几种情况下验电器金属箔片的张角变化。

（１）用笔、刻度尺等身边的物品靠近或接触验电器。

（２）摩擦物品后，再次靠近、远离、多次接触验电器。

（３）将验电器放置在桌角处，静置一段时间后再观察现象。

（４）理论解释以上实验现象。

设计目的：利用简单的生活物品制作实验器材，亲自观察验电器的“验电”功能，探究验电器的张角变化，将实验现象和理论分析相结合，加深对静电现象的理解。

实践２：破解“魔术”。

师：根据本节知识内容，请同学们小组讨论，解析课堂开始时的“魔术”涉及的物理本质。

生：毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，当它靠近易拉罐时，易拉罐中的自由电子受到橡胶棒的排斥力而远离橡胶棒，于是在靠近橡胶棒的一侧感应出正电荷，另一侧感应出负电荷，由于带正电的一侧离橡胶棒较近，因此吸引作用较强，易拉罐就会向橡胶棒靠拢，出现橡胶棒牵引易拉罐前进的现象。

设计目的：利用所学的知识解惑本节课开始的“魔术”，呼应引入实验，让学生在真实情境中学以致用，增强学生解决实际问题的能力，提高他们的学习兴趣和学习动力。

活动四：提炼概念，升华规律

学生已经理解电中性的物体因得失整数电子而带电，很容易接受“物体的电荷量ｑ是电子电量ｅ的整数倍”这个结论。学生自主阅读教材，理解元电荷的概念以及比荷的物理意义。

教师简单介绍电子、质子的发现过程以及电子电量的测量方法，使学生理解每一个物理规律的得出都经历了艰难的过程，感受人类追求真理的脚步永不止息。

学生已经理解几种静电现象的本质，引导他们自行总结规律：电子在不同物体或者同一物体的不同部位之间转移，在转移的过程中得失电子的数目总是相等的，电荷的总数是守恒的。阅读教材上电荷守恒定律的物理描述：电荷既不会创生，也不会消失，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保持不变。

师：介绍高能粒子的产生以及正负离子的湮灭和生成，电荷守恒定律更一般性的描述为“一个与外界没有电荷交换的系统，电荷量的代数和保持不变”，这种描述更能贴合物理本质，反映了科学的发展与进步。

设计目的：通过几种静电现象的本质自然过渡到元电荷等基础概念，让学生理解电荷量的不连续性，使其形成初始的量子化观念。同时，引导学生自行总结电荷转移的过程中出现的守恒规律，教师通过介绍该规律更新过程，帮助学生形成正确的“电荷守恒”的科学观念，让学生认识到物理规律会随着人类对自然的认识加深而不断更新，培养学生正确的科学态度和责任感。

５    总结与反思

物理规律重在反映物质结构、物质运动之间的内在联系，是观察、实验、分析、概括的结晶［6］。物理规律的教学就是重演规律发现的过程，在规律教学中需要让学生参与到大量实验和现象中进行观察，亲历提出问题，作出假设，得出结论，最后总结、提炼物理规律的过程［２］。

本文以“电荷”的教学为例，立足于学情，设置了大量演示实验，增强学生对静电现象的感性认识，引导学生思考并验证“带电”的本质原因，发展学生的科学思维，顺利得出“电荷守恒”这个基本规律。在应用实践中，利用简单的生活物品制作实验器材，并在问题指引下进行实验探究，提高学生的科学探究能力；引导学生理论分析本节课的引入实验，提高学生解决真实问题的能力，将物理学科核心素养落在实处。

参考文献：

［１］赵安强，万倩冰，李群．基于核心素养的初中物理规律教学的实践研究——以“牛顿第一定律”教学为例［Ｊ］．物理教学，２０２２，４４（９）：２５-27，30．

［２］姚寒青，刘健智．基于核心素养的物理规律教学设计——以“万有引力定律”教学为例［Ｊ］．物理之友，２０２２，３８（１０）：１４－１６．

［３］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［4］张兰兰，郑恬恬，南亚亚，等．基于物理学科核心素养的支架教学——以“光的偏振”为例［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２２，５１（５）：４１-44．

［5］冯楠．基于核心素养的科学探究教学设计——以“电阻”教学为例［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２２，５１（５）：３８-40．

［6］董友军，袁登山，王磊．基于学习进阶理论的中学物理规律教学策略——以人教版“牛顿第三定律”为例［Ｊ］．物理通报，２０２３（１）：３8-43．（栏目编辑    刘   荣）

收稿日期：2023-08-13

作者简介：李冬花（1987-），女，中学一级教师，主要从事高中物理教学实践研究。