畢皓天 萬嘉譽(yù) 蔡武德

摘? 要：選取2019年版人教版和魯科版普通高中物理教科書，從教科書的編寫順序、欄目設(shè)置與內(nèi)容選取、例題與習(xí)題設(shè)置等多個(gè)角度對物理必修第三冊“庫侖定律”一節(jié)進(jìn)行對比分析。在對比的基礎(chǔ)上，博采眾長，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)了“庫侖定律”一節(jié)的教學(xué)案例，以期為參考多版本教科書的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)提供有益啟示。

關(guān)鍵詞：教科書;對比;教學(xué)設(shè)計(jì);庫侖定律

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）12-0021-4

1? ? 引? 言

教科書為教師提供了教學(xué)設(shè)計(jì)的藍(lán)本，但教師在備課時(shí)若只局限于使用某一版本的教科書，難以做到對課程標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確把握[1]。相反，可能產(chǎn)生教學(xué)順序顛倒、教學(xué)內(nèi)容跨度過大、忽視物理學(xué)史的作用等問題，使實(shí)際教學(xué)效果與預(yù)期背道而馳[2]。因此，有必要對不同版本的教科書進(jìn)行對比分析，以便博采眾長，使教學(xué)設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理。教科書對比可以從章節(jié)體系、插圖使用、課后習(xí)題、欄目設(shè)置等角度進(jìn)行[3]，本文從教科書的編寫順序、欄目設(shè)置與內(nèi)容選取、例題與習(xí)題設(shè)置等角度展開對比分析。

2? ? “庫侖定律”一節(jié)對比分析

庫侖定律是電磁學(xué)理論的基本定律，定量闡明了電荷間的相互作用力。在物理學(xué)史上，庫侖定律標(biāo)志著電學(xué)研究從定性階段轉(zhuǎn)入定量階段，在高中物理電磁學(xué)知識(shí)中亦具有舉足輕重的地位[4]?！皫靵龆伞狈謩e位于人民教育出版社出版的普通高中教科書物理必修第三冊的第九章第二節(jié)（以下簡稱人教版）[5]和山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的普通高中教科書物理必修第三冊的第一章第二節(jié)（以下簡稱魯科版）[6]，本文選取這兩版教科書進(jìn)行對比分析。

2.1? ? 編寫順序比較

兩版教科書“庫侖定律”的編寫順序如圖1所示。由圖1可知，二者在這一節(jié)的編寫順序大體一致，但對靜電力、點(diǎn)電荷、庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)的介紹順序存在差異。魯科版先介紹靜電力、點(diǎn)電荷，之后再引入探究實(shí)驗(yàn)、庫侖定律的內(nèi)容，人教版則與之相反。此外，人教版先介紹庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)，再引入庫侖定律的表達(dá)式，此處安排則與魯科版相反。

2.2? ? 欄目設(shè)置與內(nèi)容選取比較

兩版教科書的欄目設(shè)置如表1所示。魯科版在導(dǎo)入部分利用學(xué)生熟悉的氣球和易拉罐設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)電荷間相互作用的情境，讓學(xué)生初步體會(huì)帶電體間的相互作用力，為引出靜電力、點(diǎn)電荷的概念作鋪墊，而人教版在此位置則直接用探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行導(dǎo)入。

在“探究影響電荷間相互作用力的因素（電荷間作用力的大小與距離、電荷量的關(guān)系）”這一實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上，人教版采用一個(gè)置于桌面上的球形導(dǎo)體和一個(gè)懸掛在鐵架臺(tái)上的金屬小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[5]，而魯科版采用的是兩個(gè)懸掛在鐵架臺(tái)上的金屬小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[6]。實(shí)驗(yàn)中，二者的探究方法基本一致，都改變了金屬小球的懸點(diǎn)及帶電量。

2.3? ? 例題與習(xí)題設(shè)置比較

人教版在本節(jié)設(shè)置了兩道例題，通過例題1來明確微觀帶電粒子間的靜電力遠(yuǎn)大于萬有引力;通過例題2來明確當(dāng)存在多個(gè)點(diǎn)電荷時(shí)，每兩個(gè)點(diǎn)電荷間的靜電力依然滿足庫侖定律。兩道例題都對應(yīng)用庫侖定律數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算點(diǎn)電荷間的靜電力進(jìn)行了考查。魯科版在本節(jié)只設(shè)置了一道關(guān)于多個(gè)點(diǎn)電荷相互作用的例題。

兩版教科書的習(xí)題設(shè)置如表2所示，二者在設(shè)計(jì)意圖上較為相似，但對知識(shí)點(diǎn)考查的側(cè)重有所不同。此外，人教版的例題2、習(xí)題4和魯科版的例題、習(xí)題5，都為下一節(jié)內(nèi)容“電場強(qiáng)度的疊加”進(jìn)行了鋪墊。

3? ? 教學(xué)案例

3.1? ? 教學(xué)流程

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對“庫侖定律”的要求為：知道點(diǎn)電荷模型;知道兩個(gè)點(diǎn)電荷間相互作用的規(guī)律;體會(huì)探究庫侖定律過程中的科學(xué)思想和方法[7]。結(jié)合課標(biāo)要求及兩版教科書，設(shè)計(jì)了如圖2所示的教學(xué)流程。

3.2? ? 教學(xué)設(shè)計(jì)

綜合前述比較，魯科版在導(dǎo)入部分安排小實(shí)驗(yàn)，能有效幫助學(xué)生建立新、舊知識(shí)間的聯(lián)系，減小教學(xué)內(nèi)容的跨度，在教學(xué)設(shè)計(jì)中可以采用魯科版的導(dǎo)入方式。靜電力、點(diǎn)電荷作為學(xué)習(xí)庫侖定律所需的基礎(chǔ)概念，應(yīng)安排在定律內(nèi)容教學(xué)之前，故采用魯科版在此處的編寫順序設(shè)計(jì)教學(xué)。庫侖定律的建立離不開庫侖等科學(xué)家的卓越貢獻(xiàn)，離不開庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)的精妙設(shè)計(jì)，所以應(yīng)將庫侖定律的物理學(xué)史和庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)安排在定律內(nèi)容教學(xué)之前，人教版的這一編寫順序更合理。

在人教版設(shè)計(jì)的探究實(shí)驗(yàn)中，球形導(dǎo)體的帶電量更大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，在教學(xué)設(shè)計(jì)中可以選擇人教版的探究實(shí)驗(yàn)。兩版教科書都通過改變金屬小球的懸點(diǎn)來改變帶電體間的距離，但這一操作易使懸掛著的金屬小球在移動(dòng)過程中劇烈晃動(dòng)，給實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察帶來不便，在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)予以改進(jìn)。

3.2.1? ? 新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)

教師活動(dòng)：邀請學(xué)生上臺(tái)體驗(yàn)與頭發(fā)摩擦后的氣球能使金屬筒滾動(dòng)的小實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。

提問：二者沒有接觸，金屬筒為何滾動(dòng)起來？

學(xué)生活動(dòng)：展開猜想。結(jié)合動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析可知，金屬筒滾動(dòng)起來說明其受力平衡被打破。

教師活動(dòng)：是什么力使金屬筒滾動(dòng)起來？

設(shè)計(jì)意圖：利用學(xué)生熟悉的物件設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。分兩次將氣球與頭發(fā)摩擦，一次摩擦2～3下，一次摩擦10下。學(xué)生觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的差異，為后續(xù)提出猜想埋下伏筆。

3.2.2? ? 新課講授環(huán)節(jié)

教師活動(dòng)：結(jié)合摩擦起電和靜電感應(yīng)知識(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)原理，引出靜電力概念。

提問：如何描述氣球所受靜電力的作用點(diǎn)？

學(xué)生活動(dòng)：展開討論。分析影響作用點(diǎn)的因素，如帶電體的形狀、大小、電荷量、電荷分布等。

教師活動(dòng)：總結(jié)學(xué)生討論的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用建構(gòu)理想模型的方法簡化問題。類比質(zhì)點(diǎn)概念，引出點(diǎn)電荷概念。

提問：哪些因素會(huì)影響帶電體間的靜電力大??？

啟發(fā)學(xué)生結(jié)合新課導(dǎo)入部分的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象初步猜想。

學(xué)生活動(dòng)：提出猜想。帶電體間距離、帶電體電荷量等因素可能影響靜電力的大小。

設(shè)計(jì)意圖：在科學(xué)研究中進(jìn)行猜想是必不可少的，但猜想不等同于瞎想，初步猜想雖然不夠嚴(yán)謹(jǐn)，但深入挖掘小實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原理，能激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維。

教師活動(dòng)：借鑒庫侖定律建立的過程，類比行星繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)和核外電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)兩種情形，引導(dǎo)學(xué)生展開猜想，給猜想賦予科學(xué)依據(jù)。

學(xué)生活動(dòng)：猜想電荷間作用力的大小可能與萬有引力的大小具有相似的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，即

教師活動(dòng)：帶領(lǐng)學(xué)生完成探究實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考，分組討論“影響電荷間相互作用力的因素”實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生定性感知帶電體距離、帶電體電荷量對靜電力大小的影響。

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)過程中，將金屬小球的懸點(diǎn)固定，改變球形導(dǎo)體的位置與帶電量，避免金屬小球劇烈晃動(dòng)，實(shí)驗(yàn)效果如圖4所示。

教師活動(dòng)：介紹庫侖定律建立的歷史背景和庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)裝置的精妙設(shè)計(jì)（圖5），引導(dǎo)學(xué)生的思維和科學(xué)家的思維產(chǎn)生共鳴。

學(xué)生活動(dòng)：體會(huì)類比法、控制變量法、放大法、轉(zhuǎn)換法、電荷量均分法的成功。感受物理學(xué)家的智慧和勇氣，以及對科學(xué)真理的不懈追求。

設(shè)計(jì)意圖：物理學(xué)史蘊(yùn)含了豐富的智慧，深度挖掘物理學(xué)史不僅能為物理知識(shí)的學(xué)習(xí)提供參考，也能為科學(xué)研究提供啟示，是寶貴的財(cái)富。

教師活動(dòng)：介紹庫侖定律的內(nèi)涵及其適用條件，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步理解庫侖定律。

4? ? 結(jié)? 語

加涅認(rèn)為：“教學(xué)是以促進(jìn)學(xué)習(xí)的方式影響學(xué)習(xí)者的一系列事件，而教學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)化規(guī)劃教學(xué)系統(tǒng)的過程”。要想在課堂上高效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，教師就必須不斷優(yōu)化、完善教學(xué)設(shè)計(jì)。

通過對比人教版與魯科版教科書可以發(fā)現(xiàn)，不同版本的教科書在內(nèi)容編排上各有特色。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，有必要參考多個(gè)版本的教科書，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的邏輯，篩選更適合在課堂上呈現(xiàn)的內(nèi)容，以使教學(xué)過程更加順暢自然，使教學(xué)內(nèi)容更易于學(xué)生接受。

參考文獻(xiàn)：

[1]柴宏良，季超群.把握標(biāo)準(zhǔn)? 對比教材? 合理設(shè)計(jì)——從“拋體運(yùn)動(dòng)”教材內(nèi)容對比看新課程教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2009，38（04）：2-3.

[2]王慧，邢紅軍，陳清梅.庫侖定律教學(xué)的高端備課[J].物理通報(bào)，2014（05）：49-52.

[3]陳偉，胡炳元.人教版和粵版物理新教材比較[J].物理教學(xué)探討，2010，28（01）：12-14.

[4]杜婭婷，汪志榮.高中物理教學(xué)融入HPS內(nèi)容促進(jìn)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)——以《庫侖定律》一節(jié)的教學(xué)為例[J].物理教學(xué)探討，2019，37（12）：11-17.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第三冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[6]廖伯琴.普通高中教科書物理必修第三冊[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2019.

[7]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）