淺談提升高中物理生態課堂品質的立意研究
——以“庫侖定律”的同題異構為例

吳建忠

(張家港市塘橋高級中學，江蘇 張家港 215611)

“高中物理生態課堂是一個微型的生態系統,核心是遵循學生的認知規律、教師尊重教育規律的本真課堂”,是高品質的課堂．高品質的課堂需要教師對教育的理解有較大格局,具有較為先進的教學主張或教學思想．正如習總書記指出“教師做的是傳播知識、傳播思想、傳播真理的工作,是塑造靈魂、塑造生命、塑造人的工作．教師不能只做傳授書本知識的教書匠,而要成為塑造學生品格、品行、品味的‘大先生’……”．即便是同一課題,由于教師的教育理念不同,決定了教師在課堂設計的立意也不盡相同,這直接導致了課堂品質的高下．

2019年上半年,我參加了市青年教師評優課的評委工作．本次評優課是采取的是同題異構的方法,課題是人教版選修3-1“庫侖定律”．應該說這幾節課都是在教師精心備課后的展示,課堂呈現過程精彩,教法各有特色,全都是好課．由于參評教師僅在上課前一天下午知道課題,準備時間非常有限,無法進一步磨課,從而也真實地反映了教師個人的教學基本功,同時也折射出教師的教學理念．我認為這樣的課堂是真實的,原生態的．

課堂是遺憾的藝術,盡管五節參賽的課都比較精彩,但總有遺憾和不足的地方,那么高中物理生態課堂究竟該如何打造呢?下面我結合江蘇省“十三五”課題“基于核心素養的高中物理生態課堂的實踐與探索”的研究,以“庫侖定律”為例,從課堂的立意角度來談一些個人的粗淺看法．

“庫侖定律”這節課的主要內容是庫侖定律的內容及其應用．這節課究竟該如何設計呢?現結合參賽評優課、課題研究課和日常聽課的情況,提供幾個案例以觀課堂立意．

1 局限于知識傳授的課堂立意

案例1:教師先讓學生閱讀教材,根據教材內容了解電荷間的相互作用力與哪些因素有關,教師結合電荷平分原理和介紹庫侖扭秤實驗得出庫侖定律．然后圍繞本節課的知識點精心設計典型例題和習題進行訓練．例題和練習或從點電荷成立的條件,或從帶電體在庫侖力作用下的平衡問題,或從和其他力共同作用下的變加速運動等力學問題來進行設計．

點評:由于這節課教學內容相對單一,學生只要通過適當的習題訓練,就可以較好地鞏固“庫侖定律及其應用”這一學習內容．如果單純從考試的角度來評價和檢測課堂學習的達成,其效果有時是非常地好．從知識接受的角度來看,這種直接接受式的學習效率最高．

反思:這樣的課堂,教師運用灌輸的方法來組織課堂教學,教學任務順利地完成了．教師的立意僅僅是傳遞知識,分數至上的目的性太強,應試思想過于嚴重,儼然把學生看成一個接受知識的容器,盡最大可能讓學生掌握知識并運用知識來處理習題,應付考試．在現實生活中,由于高考指揮棒的作用,有些學生和家長也歡迎這種直接的知識傳授,但這樣的課堂是否合格值得商榷．從發展學生核心素養的角度來看,可以說是一堂相對較低品質的課堂．

2 加強實驗教學的課堂立意

案例2:教師先復習回顧上節課的內容,師生重溫“同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引”的規律,從而引出電荷之間存在相互的作用力．教師從中啟發學生猜想電荷間的相互作用力與哪些因素有關．有的同學猜想與帶電體帶電量的多少有關,有的同學猜想與帶電體的形狀、材質有關,有的同學猜想與帶電體之間的距離有關等等．教師針對同學的猜想進行歸納問題,并參考教材內容通過演示實驗加以驗證．

圖1 庫倫力定性演示實驗

實驗過程如下:如圖1,通過絲綢摩擦過的玻璃棒給直徑大約10 cm表面涂有金屬材料的輕質塑料球A帶電,另給懸掛在絕緣細線下面輕質小球B帶電(直徑約為2 cm、表面有金屬粉材料)．用不帶電的金屬球C多次輕觸A球,發現當B球靜止時,細線與豎直方向之間的夾角明顯地變?。偻ㄟ^改變A球和B球之間的距離,可以發現A球、B球之間的作用力隨著兩球之間的距離增大而減小,反之亦然．

在此基礎上,教師再通過教材介紹庫侖通過扭秤裝置實驗,并通過庫侖定律的動畫模擬實驗得出庫侖定律的內容．教師再精選和設計一定量的例題和習題組織學生進行練習鞏固．

點評:本節課教師按照教材內容開展課堂教學活動,對演示實驗進行了充分的準備,實驗現象較為明顯．學生直觀地觀察到靜電力與帶電體的帶電量和帶電體之間的距離有關,并了解了電量平分的巧妙思想．學生通過教師對例題的示范講解、針對性練習的訓練能基本掌握庫侖定律的主要知識．教師的教學中規中矩,學生的學習也中規中矩．應該說課堂順利地完成了教學任務,達到了預期的教學目標．

反思:聽課之余,總感覺到教師的立意僅僅是傳播知識,與“傳授書本知識的教書匠”比較相似,與塑造學生的品格、品行、品味的‘大先生’還有一定的距離．實驗教學的重點僅表現在驗證學生的猜想,庫侖定律實驗的動畫模擬能幫助學生理解庫侖扭秤的精妙之處,但會讓學生對扭秤實驗產生一定仰視感、距離感,缺少激發學生實驗的興趣培養．主要原因還是教師對本課教學重點(電荷間作用力的定量研究)沒有進一步的探索．

3 注重思維開發的課堂立意

案例3(要點部分):

教師先展示一組電子繞原子核圓周運動的動畫,引導學生回憶“地球繞日轉動”模型,通過兩種運動模型的相似性猜想電荷間的作用力與哪些因素有關,并進一步猜想電荷間作用力的表達式．

接著教師講述庫侖定律的探究歷程:1760年伯努利首先猜測電荷間的作用力與萬有引力一樣,與電荷間距離的平方成反比．后來富蘭克林和普里斯特利也作了同樣的猜測,但遺憾地沒有作進一步的驗證．1769年魯賓遜通過實驗求得r上的指數n=2.06后,卡文迪許通過實驗求得n在1.98～2.02之間,可惜他沒有發表結論．1785年庫侖用扭秤等實驗證明了電荷間作用力遵從平方反比規律．之后,還有如法拉第和麥克斯韋等科學家通過更精巧的實驗進行了驗證、修正和推廣,證實了庫侖定律的正確性．

點評:本節課教師另辟蹊徑,通過類比的方法啟發學生猜想電荷間的作用力可能與萬有引力相似,從而推演庫侖力的影響因素及其表達式．盡管課堂上沒有精彩的實驗、沒有一定量的典型例題和練習加以訓練,但這節課如果能夠影響一個或幾個學生通過類比、猜想、實驗驗證等方法來發展學生的物理思維的話,不妨也是一種較好的教學方法．

反思:教無定法,教學有法．教師不拘泥教材,通過講解庫侖定律的發現歷程,讓學生在了解物理學家研究庫侖定律的進程,同時領略物理學家的思考方法,感受物理學家的嚴謹治學態度．如果在一定的條件下,高中教師在不影響教學任務的同時,采取專題形式的方法滲入諸如類比、演繹、對稱、守恒等物理思維教學,對于開發學生思維來說,是非常有意義的．如果這節課能夠影響一個或幾個學生的科學研究方法、態度和價值觀的話,無疑是成功的．從這個角度來看,教師的課堂立意還是比較高的．

4 突出發展核心素養的課堂立意

案例4(要點部分):

(1) 在驗證電荷之間的相互作用力與電性之間的關系時,教師組織學生進行分組實驗,由兩位同學形成一個小組．

實驗方法如圖2:通過毛皮摩擦一根橡膠棒后,快速把它放在旋轉支架上,然后再讓第二根橡膠棒帶電后，用橡膠棒和毛皮靠近或遠離它，可以發現支架上的橡膠棒發生轉動,從而驗證了同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引的規律．

圖2 同性相斥實驗

(2) 在探究電荷之間的相互作用力與帶電體的電荷量、帶電體之間的距離關系時,教師進行了演示實驗．

圖3 庫侖力定量探究實驗

實驗方法:實驗裝置如圖3,將表面包有鋁箔A的針狀物體用長約45 cm細線懸掛起來,懸掛處固定一塊標有角度刻度線的木板(相當于量角器),零刻度線與豎直細線重合．附近另有一個直徑約為10 cm的輕質金屬球B,金屬球B的豎直支架上固定一根水平橫梁,橫梁上放置一個可以移動的豎直指針,用于標記鋁箔A的位置．

步驟1:讓鋁箔A與金屬球B帶電,保持兩者距離不變,用不帶電金屬球C(與金屬球B完全相同)多次輕輕地接觸B球,觀察細線的擺角變化(角度小于5°),進而定量計算出鋁箔A與金屬球B作用力的大?。纱丝梢酝茢喑鲎饔昧εc兩者電量之間的關系．

步驟2:讓鋁箔A與金屬球B帶電,保持兩者電量不變,多次移動金屬球B,通過指針讀出水平橫梁上的刻度讀出鋁箔A與金屬球B之間的距離．由此可以推斷出作用力與兩者距離之間的關系．

……

由此得出庫侖力的表達式．

……

點評:中學階段的靜電實驗很難通過定量的方法進行探究,通常情況下學生只能通過觀看視頻或動畫來了解實驗的裝置和實驗過程,而本節課老師通過改進教材的演示實驗,直觀、精確地展示實驗過程．學生驚奇地發現物理規律的探究也不是那樣的神秘!可謂是“瓶瓶罐罐當器材,拼拼湊湊做實驗”．這種自制的實驗帶給學生情感和思想的沖擊力有時是非常大的,甚至是震撼的．它可以極大激發學生學習物理的興趣,激起對未知問題探究的欲望,產生親手實驗的沖動．

反思:毫無疑問,本節課的立意將培養學生學習物理的興趣放在首位,將培養學生的實驗能力、創新能力放在突出位置,將培養學生的科學思維放在課堂教學中的重要位置,而不是急功近利地訓練學生應試解題．教師旨在讓學生在課堂學習中形成學習物理、研究物理必備的品格和關鍵能力,這樣的課堂無疑是高品質的．

如果將課堂的立意看成是教師教育思想或教學主張的反映,是教師對一種教學期望、教學目的．那么教師對教學活動具體的、明確的任務指向就是教學目標．相對于教學目標來看,課堂立意較為宏大、深遠,如黨的十九大提出的“立德樹人”,教育部提出“發展學生的核心素養”等等．本文選擇了4個教學案例,如果單純地從教學目標的達成角度來看,4個案例都完成相應的教學任務．但四個案例的教學方式迥然不同,其根本原因還是四位教師的教育的理念或教育主張有所不同,故課堂的立意也就不同．案例一教師教學目標明確,教學任務達成意識強,但整堂課反映了教師的立意格局較小,局限于庫侖定律知識的傳授和訓練方面,對于培養學生的學習興趣等方面有明顯不足．案例二教師有意識地滲入實驗思想,雖然該實驗現象與學生的預期幾乎相同,不一定能很好激發學生的好奇心．但從中反映出教師的立意不僅僅是滿足于知識的傳播,教師通過實驗的客觀現象來加強學生遵從事實,實事求是的思想．案例三教師不僅僅是運用類比等物理思維的方法來組織教學,還側重于通過物理學史的講述從情感和價值觀的角度來感染學生．也許從庫侖定律的知識掌握角度來看,訓練是不足的,但教師的立意還是值得肯定的．案例四教師把中學常規的庫侖定律定性研究變成定量研究,首先值得肯定的是教師的實驗探究精神,這種言傳身教的教育意義遠遠要比語言的教育更遠更深．其次,教師把培養學生對物理學習的興趣、物理研究的態度和科學觀放在突出位置,在傳播庫侖定律知識的同時,傳播著科學思想和科學真理,并把塑造學生的品格、品行和品味作為教學重要目標,其較高的課堂立意決定了其優秀的課堂品質．