基于发展学生科学思维能力的教学设计

基于发展学生科学思维能力的教学设计

作者：顾永晋

来源：《新教育时代·学生版》2018年第12期

摘 要：在高中物理教学中，发展学生的科学思维能力是重要的教学目标之一，是提高学生学科核心素养的重要途径。电场强度是高中物理中的一个重要物理量，但又非常抽象难以理解，对学生的思维能力要求高。本文以电场强度的教学设计思想为例，探讨在课堂中如何培养学生的科学思维能力。

关键词：发展 科学思维 教学设计

《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。通过高中阶段的学习，要求学生达到的科学思维目标是具有构建模型的意识和能力；运用科学思维方法，从定性和定量两个方面对相关问题进行推理、找出规律、形成结论；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测；具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新。科学思维是核心素养的重要组成部分，如何在教学中培养学生的科学思维，是教师需要思考的教学策略。笔者以电场强度的概念教学过程为例，列举培养学生科学思维的几种途经。 一、设计思路

电场强度是一个用比值定义的物理量，它是用来描述电场的性质，而电场是看不见、摸不着的一种物质，学生很难理解。笔者通过类比、概括、抽象、逻辑推理等多角度设计活动过程，让学生体会物理概念的形成过程，发展学生的科学思维能力。从学生已有知识的磁场知识的基础上，类比推理得出电场的概念，并体会科学家提出这一概念的思想方法；从电场具有对位于其中的电荷有力的作用这一性质出发，提出研究电场的基本方法是在其中放入检验电荷；检验电荷所受到的静电力能否用来描述电场，是锻炼学生思维、质疑和推理能力的重要环节，教学中不能一代而过，需让学生理解这一研究过程。 二、活动设计

（一）课前准备，布置预习作业

在初中我们学习过磁场的有关知识，磁体能使放在它周围的小磁针发生偏转，磁体和小磁针没有接触，他们之间为什么会有相互作用，教描述了磁场的概念。那是如何研究磁场的呢？类比思考：在上一节中我们学习了库仑定律，实验中，带电体是如何使用细线悬挂的带电小球产生力的作用的？

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（二）新课教学——电场

学生活动1——小组汇报所预习的初中知识及思考，提出相关猜想。

【设计意图】让学生体会根据已有的知识进行类比，寻找事物的普遍联系规律，激励学生大胆猜想假设。

学生活动2——阅读教材，科学家是如何提出电场这一概念的过程。

【设计意图】让学生了解法拉第，提高学习兴趣，并体会科学家提出一种观点所经历的艰辛历程。

问题1：法拉第首先提出电荷周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。请描述他的解释？

【设计意图】让学生通过描述法拉第对电荷间相互作用的解释，让学生初步理解电场是如何对电荷进行作用的，即A电荷给B电荷的作用力是通过A电荷的电场产生的；而B电荷给A电荷的力是通过B电荷的电场产生的。

问题2：电场是一种看不见、摸不着的特殊物质，我们如何在去研究它呢？

【设计意图】引导学生理解电场既然有对放入其中的电荷有力的作用，要研究电场，就可以在电场中放入电荷，考虑能否用电场力来描述电场，同时引出检验电荷这一理想模型。为电场强度概念的出现做好铺垫，能很好地培养学生的推理能力。 （三）新课教学——电场强度

教师引导：回忆1.2-1实验，带电小球是用来检验电场是否存在及其分布情况的，叫试探电荷（检验电荷）。被检验的电场是金属球Q所激发的，所以Q所带的电荷成为场源电荷（源电荷）。对于试探电荷，是有要求的，它的电荷量和尺寸必须充分小，保证对金属球Q上的电荷（电场）分布不产生影响。

思考：实验表明，同一试探电荷在电场中不同位置受力不一样，表明电场是有强弱的，怎么研究电场强弱呢？

【设计意图】（1）让学生理解检验电荷这一理想模型的抽象过程；（2）引导学生通过实验观察，分析得出电场有强弱这一事实。

学生活动3——小组讨论：通过以上的学习，我们知道电场的明显特征是他对电场中的电荷有静电力的作用，能否用电场力来描述电场的强弱呢？

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【设计意图】引导学生分析：试探电荷所受的静电力不能描述电场的强弱，或者说不能描述电场的性质。原因是，根据库仑定律，不同的试探电荷在电场中同一点所受的静电力不同。换句话说，静电力的大小不仅与电场有关，还与试探电荷的电量有关。从而得出电场的性质应只与试探电荷与场源点荷的距离有关这一结论。

分析假设：如果试探电荷q1在电场中某点受到的静电力为F1，另一个同样的试探电荷在这一点受到的静电力一定也是F1；两个这样的电荷在这一点的静电力可能是2F1……也就是说，试探电荷在电场中某点受到的电场力F可能与试探电荷的电荷量q成正比。即F=Eq，E为比例常数，q为电荷量。

推理检验：在电荷量为Q的带电体产生的电场中，设想在离带电体Q距离r处放置试探电荷q1，它受到的静电力为F=kQq1/r2，在该处放置试探电荷q1，则受到的静电力为F=2kQq1/r2……实验表明我们的假设是正确的。

观察关系式发现，式中kQ/r2是常数，把关系式F=Eq变形为E=F/q，比值F/q是一个与试探电荷无关的量，它的大小完全由电场确定。再回到带电金属球产生的电场中去看看这一比值，则F/q=kQ/r2，它确实是与试探电荷无关，仅与该点到带电金属球的距离有关。至此，描述电场性质的物理量就找到了。也就是，引入电场强度概念的时机已经成熟：试探电荷在电场中某点所受静电力与它的电荷量的比值叫做该点的电场强度，定义式是E=F/q。 三、总结提升

构建物理模型是一种重要的思维方式，教师在教学中应让学生体会思想方法；根据已掌握的知识类比推测假设，并利用数学工具进行推理验证；创设物理情境让学生体会概念的形成过程等方式对发展学生科学思维能力的重要途经。 参考文献

[1]教育部.普通高中物理课程标准（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2017.