核心素養(yǎng)下基于問題鏈的教學(xué)設(shè)計 論文

核心素養(yǎng)下基于問題鏈的教學(xué)設(shè)計

——以“電場電場強度”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)計實驗-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?；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)建物理知識的基礎(chǔ)上，發(fā)展自身的小組合作學(xué)習(xí)能力、設(shè)計實驗?zāi)芰Α⒔鉀Q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現(xiàn)的，電場是物質(zhì)存在的基本形式；理解電場強度的定義；知道點電荷的電場，會進(jìn)行場強疊加的運算；會用電場線描繪電場；知道勻強電場。

（2）科學(xué)思維

通過類比的方法建立電場；運用探究式自主學(xué)習(xí)和情境化問題探究，學(xué)會運用比值法定義電場強度，體會比值法定義新物理量的方法；體會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)、理論和實驗驗證等，基于比值法定義電場強度。通過設(shè)計各類實驗，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。（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

學(xué)生能夠基于事實證據(jù)和邏輯形成自己的觀點，正確認(rèn)識科學(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)實的科學(xué)態(tài)度。

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

目標(biāo)的基礎(chǔ)．?難點：如何探究和尋找“電場強度”這個物理量。因為“場”這個物理量對于學(xué)生來說

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

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，運用實驗演示法、閱讀法、討論法等多種教學(xué)方法開展教學(xué)活動。

學(xué)法指導(dǎo)：類比思維方法、比值定義法、實驗探究法、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

演示實驗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。通過起電機使金屬球帶電，金屬球上

紙條會排斥飛起。提出問題1：

兩個帶電體之間沒有相互接觸，為什么會有力的作用呢？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：兩個帶電體之間發(fā)生相互作用，歷史上有兩種觀點，一種是“超

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

影響兩者的相互作用，這時用金屬網(wǎng)罩住金屬球時，紙條受力減小。這樣就簡單地論證了“超距作用”觀點的不足，并結(jié)合物理學(xué)史，讓學(xué)生體會科學(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）定性實驗探究：電場力和電場強度的關(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)绾闻袛嚯妶龅膹娙跄兀?/p>

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，這個物理量就是電荷在電場中受到的電場力。

演示實驗3：鋁箔靠近金屬球時，繩子的偏角增大，表示所受到的電場力變大，說明該點的電場強度較強。

設(shè)計意圖：利用科學(xué)思維引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)會用看得見、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電場的強弱嗎？演示實驗4：減少鋁箔所帶電荷量，即使靠近金屬球時，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)演示實驗可知，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越大。但是如果

在靠近金屬球的地方放一個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弱。

（三）理論探究電場強度的比值定義式

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

學(xué)生小組討論：類比速度的定義方法，用位移與時間的比值表示物體運動的快慢，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定值，這個定值與試探電荷的帶電

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

E

F。q【課后評價1】半定量實驗進(jìn)一步構(gòu)建電場強度的概念

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

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

實驗—半定量實驗，使學(xué)生能夠更加清晰地構(gòu)建出電場強度的概念，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？怎樣定義電場強度的方向呢？

學(xué)生討論，并閱讀教材，明確電場強度方向的規(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)點電荷場強的決定式

提出問題6：學(xué)習(xí)了電場強度的概念，你可以得出點電荷的場強公式嗎？以點電荷為球心、以r為半徑的球面上，各點的電場強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)庫侖定律這就是點電荷周圍的場強公式，

，并且點電荷的場2r強公式不同于電場強度的比值定義式，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。以點電荷為球心、以r為半徑的球面上，場強大小相同，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：畫出場源電荷，并表示出球面上各點的電場強度的方向。

設(shè)計意圖：為后面電場線的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。【課后評價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。仿照電場強度的定義，你認(rèn)為應(yīng)該怎樣

定義重力場強度的大小和方向啊？??設(shè)計意圖：加強學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力和遷移能力，并通過這個練習(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)到的知識進(jìn)行升華。

（五）從特殊到一般，明確場強疊加原理，并加以運用。

問題情境7：在幾個點電荷共同形成的電場中，如何求某點的電場強度呢？3學(xué)生討論，明確場強具有獨立性，電場強度的疊加實質(zhì)上是求各個電場強度單獨存在時的矢

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

以把它分做成若干小塊處理，然后再用電場強度的疊加計算整個帶電體的電場。一個半徑為

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

EkQ的、電荷量相等的點電荷產(chǎn)生的電場相同：

。r問題情境8：（學(xué)生分組活動）

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

1）中點O處；2）延長線上，距離+Q為a的N點；

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

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

設(shè)計意圖：強化場強疊加原理，并且為后面的電場線的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。（六）實驗?zāi)M，建構(gòu)電場線，體會場強分布的對稱美

問題情境9：如何形象地描繪電場強度的大小和方向？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、分組實驗：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。

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

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

學(xué)生歸納總結(jié)以上電場線的特點。演示實驗，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驗基本。進(jìn)一步觀察實驗，引入勻強電場。

問題情境11：什么是勻強電場？其電場線具有什么特點？哪些電場可視為