核心素養(yǎng)下基于問題鏈的教學(xué)設(shè)計(jì) 論文

核心素養(yǎng)下基于問題鏈的教學(xué)設(shè)計(jì)

——以“電場電場強(qiáng)度”教學(xué)為例

本課題是以一系列問題鏈為主線來組織教學(xué)的，立足核心素養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)問題情境-提出問題-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)-自主探究-解決問題-再深入發(fā)現(xiàn)問題-再解決問題-得出結(jié)

論，獲得知識(shí)?；趩栴}鏈的課堂教學(xué)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，可以在構(gòu)建物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，發(fā)展自身的小組合作學(xué)習(xí)能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、解決問題等

能力。一、教學(xué)目標(biāo)

（1）物理觀念

知道電荷間的相互作用是通過電場實(shí)現(xiàn)的，電場是物質(zhì)存在的基本形式；理解電場強(qiáng)度的定義；知道點(diǎn)電荷的電場，會(huì)進(jìn)行場強(qiáng)疊加的運(yùn)算；會(huì)用電場線描繪電場；知道勻強(qiáng)電場。

（2）科學(xué)思維

通過類比的方法建立電場；運(yùn)用探究式自主學(xué)習(xí)和情境化問題探究，學(xué)會(huì)運(yùn)用比值法定義電場強(qiáng)度，體會(huì)比值法定義新物理量的方法；體會(huì)用虛擬的圖線描述物理概念的思維方法。

（3）科學(xué)探究

經(jīng)歷引人電場強(qiáng)度概念的過程，即基于觀察提出問題、形成猜想和假設(shè)、理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等，基于比值法定義電場強(qiáng)度。通過設(shè)計(jì)各類實(shí)驗(yàn)，模擬各類電場線分布，化抽象為形象，

增加電場存在的感性認(rèn)識(shí)。（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

學(xué)生能夠基于事實(shí)證據(jù)和邏輯形成自己的觀點(diǎn)，正確認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)；理解比值法等物理學(xué)研究方法，感受科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：電場強(qiáng)度的概念和定義。這是本節(jié)課的核心，是本節(jié)課成敗的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)

目標(biāo)的基礎(chǔ)．?難點(diǎn)：如何探究和尋找“電場強(qiáng)度”這個(gè)物理量。因?yàn)椤皥觥边@個(gè)物理量對于學(xué)生來說

是比較抽象的，缺乏較多的感性認(rèn)識(shí)，所以如何讓學(xué)生認(rèn)識(shí)場的一些性質(zhì)及尋找描述這種性質(zhì)的物理量“電場強(qiáng)度”就成了這節(jié)課的難點(diǎn)。

三、教法和學(xué)法??教法指導(dǎo)：

本節(jié)課在教法上采用“設(shè)疑探究啟發(fā)”的教學(xué)模式，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)演示法、閱讀法、討論法等多種教學(xué)方法開展教學(xué)活動(dòng)。

學(xué)法指導(dǎo)：類比思維方法、比值定義法、實(shí)驗(yàn)探究法、理論推導(dǎo)法、觀察法、閱讀法

四、教學(xué)流程??（一）創(chuàng)設(shè)問題情境1建立電場的概念

演示實(shí)驗(yàn)1：1帶電鋁箔由于受到金屬球給它的力而擺起一定的角度。通過起電機(jī)使金屬球帶電，金屬球上

紙條會(huì)排斥飛起。提出問題1：

兩個(gè)帶電體之間沒有相互接觸，為什么會(huì)有力的作用呢？電荷間的相互作用是如何發(fā)生的？學(xué)生閱讀教材、小組討論：兩個(gè)帶電體之間發(fā)生相互作用，歷史上有兩種觀點(diǎn)，一種是“超

距作用”的觀點(diǎn)，還有一種是“場”的觀點(diǎn)。演示實(shí)驗(yàn)2：破解“超距作用”的觀點(diǎn)。按照超距作用的觀點(diǎn)，帶電體之間有無介質(zhì)都不會(huì)

影響兩者的相互作用，這時(shí)用金屬網(wǎng)罩住金屬球時(shí)，紙條受力減小。這樣就簡單地論證了“超距作用”觀點(diǎn)的不足，并結(jié)合物理學(xué)史，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)思維之美。

（類比和聯(lián)想）磁鐵對小磁針有作用力、空中物體收到地球的引力，但是二者并不直接接觸，

它們之間的作用是如何發(fā)生的？從而建立了“場”的觀念：電荷和電荷之間的相互作用也是通過電荷周圍的特殊物質(zhì)發(fā)生的，這種物質(zhì)就是電場。

介紹電場的基本屬性：對放入其中的電荷有力的作用。閱讀材料，介紹法拉第的“場”的觀念和靜電場，將電荷之間的作用力轉(zhuǎn)化成電場對電荷的作用力。

（二）定性實(shí)驗(yàn)探究：電場力和電場強(qiáng)度的關(guān)系——控制變量法

提出問題2：電荷周圍存在一種特殊的物質(zhì)叫電場，但是電場看不見、摸不著，我們?nèi)绾闻袛嚯妶龅膹?qiáng)弱呢？

學(xué)生小組討論：電場看不見、摸不著，是物理學(xué)中的抽象概念，我們可以通過看得見、摸得著的物理量去研究電場，這個(gè)物理量就是電荷在電場中受到的電場力。

演示實(shí)驗(yàn)3：鋁箔靠近金屬球時(shí)，繩子的偏角增大，表示所受到的電場力變大，說明該點(diǎn)的電場強(qiáng)度較強(qiáng)。

設(shè)計(jì)意圖：利用科學(xué)思維引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)會(huì)用看得見、摸得著的物理量去完成對抽象物理量的研究。本節(jié)課的電場以及后面要學(xué)到的電勢能、磁場等概念，都用這樣的思想進(jìn)行研究。

提出問題3：可以用電場力的大小直接表示該點(diǎn)電場的強(qiáng)弱嗎？演示實(shí)驗(yàn)4：減少鋁箔所帶電荷量，即使靠近金屬球時(shí)，觀察繩子的偏角。

學(xué)生小組討論：不能。電場力的大小還和試探電荷自身的帶電量有關(guān)。根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)可知，同一試探電荷越靠近金屬球所受電場力越大，說明越靠近金屬球的地方場強(qiáng)越大。但是如果

在靠近金屬球的地方放一個(gè)帶電量很小的試探電荷，所受的電場力有可能很小，這樣電場力的大小就不能直接反映電場的強(qiáng)弱。

（三）理論探究電場強(qiáng)度的比值定義式

提出問題4：我們可以通過電場力來研究電場的強(qiáng)弱，卻不能用電場力的大小直接表示電場的強(qiáng)弱。那么，我們該如何定義該點(diǎn)電場的強(qiáng)弱呢？

學(xué)生小組討論：類比速度的定義方法，用位移與時(shí)間的比值表示物體運(yùn)動(dòng)的快慢，我們可以用鋁箔所受的電場力除以帶電量，得到單位電荷所受的電場力，用來表示電場的強(qiáng)弱。

2鋁箔球帶電量電場力

比值

F/q

qF23q2F

3F……

q……學(xué)生總結(jié)提升：鋁箔所受的電場力和帶電量的比值是一個(gè)定值，這個(gè)定值與試探電荷的帶電

量無關(guān)，與所受電場力也無關(guān)，只反映了該點(diǎn)的場強(qiáng)大小，這種定義方法是比值定義法，物理學(xué)中把這個(gè)比值定義為電場強(qiáng)度

E

F。q【課后評價(jià)1】半定量實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步構(gòu)建電場強(qiáng)度的概念

提出問題：我們通過理論探究完成了電場強(qiáng)度概念的構(gòu)建，如何通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證呢？而且，理論探究過程中電場強(qiáng)度概念的得出是在點(diǎn)電荷電場模型下進(jìn)行的，那么電場強(qiáng)度的概

念對一般電場也適用嗎？設(shè)計(jì)意圖：通過半定量實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)完整的科學(xué)探究過程，提出問題—理論探究—定性

實(shí)驗(yàn)—半定量實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠更加清晰地構(gòu)建出電場強(qiáng)度的概念，并且理解比值定義法的物理意義。

問題情境5：試探電荷放在電場中不同位置，所受的靜電力的方向是否相同？正、負(fù)試探電荷在同一位置所受靜電力的方向怎樣？怎樣定義電場強(qiáng)度的方向呢？

學(xué)生討論，并閱讀教材，明確電場強(qiáng)度方向的規(guī)定：與正電荷的受力方向相同，負(fù)電荷的受力方向相反。

（四）學(xué)以致用，理論推導(dǎo)點(diǎn)電荷場強(qiáng)的決定式

提出問題6：學(xué)習(xí)了電場強(qiáng)度的概念，你可以得出點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式嗎？以點(diǎn)電荷為球心、以r為半徑的球面上，各點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小和方向有怎樣的關(guān)系？

EkQ學(xué)生小組合作：根據(jù)庫侖定律這就是點(diǎn)電荷周圍的場強(qiáng)公式，

，并且點(diǎn)電荷的場2r強(qiáng)公式不同于電場強(qiáng)度的比值定義式，它是決定式，與場源電荷的帶電量成正比，與離場源

電荷距離的平方成反比。以點(diǎn)電荷為球心、以r為半徑的球面上，場強(qiáng)大小相同，方向沿著半徑方向，正電荷向外，負(fù)電荷向內(nèi)。

學(xué)生活動(dòng)：畫出場源電荷，并表示出球面上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向。

設(shè)計(jì)意圖：為后面電場線的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)?！菊n后評價(jià)2】

場是物理學(xué)中重要的概念，除了電場和磁場，還有引力場，物體間的萬有引力就是通過引力場發(fā)生作用的，地球附近的引力場叫做重力場。仿照電場強(qiáng)度的定義，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣

定義重力場強(qiáng)度的大小和方向??？??設(shè)計(jì)意圖：加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力和遷移能力，并通過這個(gè)練習(xí)加深學(xué)生對比值法

定義物理量的一種思想的理解，為今后遇到這種情況有更好處理能力，使學(xué)生對所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行升華。

（五）從特殊到一般，明確場強(qiáng)疊加原理，并加以運(yùn)用。

問題情境7：在幾個(gè)點(diǎn)電荷共同形成的電場中，如何求某點(diǎn)的電場強(qiáng)度呢？3學(xué)生討論，明確場強(qiáng)具有獨(dú)立性，電場強(qiáng)度的疊加實(shí)質(zhì)上是求各個(gè)電場強(qiáng)度單獨(dú)存在時(shí)的矢

量和。閱讀教材，教師講授：一個(gè)較大的帶電體不能看做點(diǎn)電荷，在計(jì)算它產(chǎn)生的電場時(shí)，可

以把它分做成若干小塊處理，然后再用電場強(qiáng)度的疊加計(jì)算整個(gè)帶電體的電場。一個(gè)半徑為

R的均勻帶電球體（或球殼）在外部（r>R）產(chǎn)生的電場，與一個(gè)位于球心

EkQ的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場相同：

。r問題情境8：（學(xué)生分組活動(dòng)）

【（（（例題】空間中等量同種電荷+Q和+Q，相距為2a.求下列各點(diǎn)的電場強(qiáng)度：

1）中點(diǎn)O處；2）延長線上，距離+Q為a的N點(diǎn)；

3）中垂線上距離中點(diǎn)距離為a的M點(diǎn)。變式：如果改變其中一個(gè)場源電荷的電性，則結(jié)果怎么樣呢？

提升：運(yùn)用矢量疊加思想，以及對稱性，定性畫出兩個(gè)等量同種、異種電荷在連線以及中垂線上的電場強(qiáng)度的方向。

設(shè)計(jì)意圖：強(qiáng)化場強(qiáng)疊加原理，并且為后面的電場線的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。（六）實(shí)驗(yàn)?zāi)M，建構(gòu)電場線，體會(huì)場強(qiáng)分布的對稱美

問題情境9：如何形象地描繪電場強(qiáng)度的大小和方向？如何獲得各類電場線？學(xué)生類比磁感線，引入電場線。法拉弟不僅提出了場的概念，而對于電場的定量的研究

我們引入了電場強(qiáng)度這處物理量，而對于電場的形象的描述法拉弟引入了電場線，而且用電場線直觀地描繪了場的清析圖景。

學(xué)生設(shè)計(jì)、分組實(shí)驗(yàn)：利用輕小紙條、細(xì)線、木屑、頭發(fā)屑模擬電場線的分布，化抽象為形象，增加電場存在的感受認(rèn)識(shí)。

學(xué)生結(jié)果：模擬點(diǎn)電荷、等量異種電荷、等量同種電荷的電場線

4問題情境10：結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M，完善各類電場線，總結(jié)電場線具有哪些特點(diǎn)？

學(xué)生歸納總結(jié)以上電場線的特點(diǎn)。演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察帶電金屬片周圍的電場線，留下初步印

象，為后面靜電平衡打下實(shí)驗(yàn)基本。進(jìn)一步觀察實(shí)驗(yàn)，引入勻強(qiáng)電場。

問題情境11：什么是勻強(qiáng)電場？其電場線具有什么特點(diǎn)？哪些電場可視為