摘 要：分析教材，并在分析的基礎(chǔ)上對教材進(jìn)行二次開發(fā)是實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的重要抓手，通過教材分析我們可以厘清教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，形成清晰的教學(xué)脈絡(luò)，有助于優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生對知識、方法、能力的深層次挖掘。

關(guān)鍵詞：教材分析；設(shè)計(jì)；探究；任務(wù)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）5-0024-4

“教材分析”對于我們教師而言聽起來很耳熟，但是卻很難做好。教材是核心課程資源，承載著課程標(biāo)準(zhǔn)，是我們實(shí)施課堂教學(xué)的重要依據(jù)。除了分析本節(jié)課的教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，教材資源與時(shí)代、生活的聯(lián)系外，還要關(guān)注本節(jié)課之前教材中與本節(jié)知識學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容。本文以人教版選修3-1《運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力》一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)為例談教材分析與設(shè)計(jì)。

1 分析本節(jié)課教材的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

課堂教學(xué)的知識、方法均外顯或內(nèi)隱于本節(jié)課的教材之中，分析本節(jié)課教材的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容才能厘清教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

例如，人教版選修3-1第三章第5節(jié)《運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力》本節(jié)正文內(nèi)容有：2個(gè)黑體字標(biāo)題，分別為“洛倫茲力的方向和大小”“電視顯像管的工作原理”；3個(gè)思考與討論；7幅圖（洛倫茲人物像未標(biāo)號）；1個(gè)“小貼士”（提示電荷產(chǎn)生電場與磁場及在場中受力的差異，旨在從“場”中力的性質(zhì)角度指引學(xué)生更深刻地認(rèn)識B）。問題與練習(xí)部分由5個(gè)習(xí)題構(gòu)成，其中3、4、5都與技術(shù)相聯(lián)系，分別為速度選擇器、磁流體發(fā)電、電視機(jī)顯像管。

通過對本節(jié)課教材內(nèi)容的分析，教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)自然呈現(xiàn)。

教學(xué)重點(diǎn)：學(xué)生自主探究“洛倫茲力的方向和大小”，運(yùn)用“洛倫茲力”解釋實(shí)際問題。

教學(xué)難點(diǎn)：如何直觀地感受到洛倫茲力。

2 聯(lián)系生活和教材前文二次開發(fā)教材

人教版新教材是2004年通過初審并投入使用的，時(shí)代在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，教材的教學(xué)資源出現(xiàn)一些與生活、時(shí)代脫節(jié)的現(xiàn)象也很正常。分析本節(jié)教材內(nèi)容與生活的聯(lián)系、與前面教材的聯(lián)系，其實(shí)質(zhì)就是分析學(xué)情的過程，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行教材的二次開發(fā)有利于凸顯課堂主旨。

例如，當(dāng)前生活中的電視機(jī)已經(jīng)“改薄”，有些學(xué)生回家也許難尋“顯像管”，而教材中對電視機(jī)顯像管的工作原理“濃墨重彩”，不僅正文中首尾呼應(yīng)，在問題與練習(xí)中還“要求學(xué)生分析故障”，這顯然與生產(chǎn)、生活脫節(jié)。筆者認(rèn)為在教學(xué)中應(yīng)該淡化，作為知識和方法應(yīng)用的情境，可以將“問題與練習(xí)”中的第3題“速度選擇器”或第4題“磁流體發(fā)電”前移。

在教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)“洛倫茲力的方向和大小”的突破上，教材中用兩句話：“運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力?！薄巴妼?dǎo)線在磁場中受到的安培力，實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)?！鼻耙痪湓捊柚谘菔緦?shí)驗(yàn)“觀察陰極射線（電子束）在磁場中的偏轉(zhuǎn)”讓學(xué)生直觀地感受到運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受力偏轉(zhuǎn)，不過后一句話教材中卻沒有做實(shí)驗(yàn)，它的出現(xiàn)應(yīng)作為一個(gè)假設(shè)，而不能作為結(jié)論，因?yàn)橹挥写_定了“安培力與洛倫茲力同質(zhì)”，才也可以用左手定則來判斷其方向。教材中在這個(gè)問題上沒有直觀呈現(xiàn)，而僅僅在第95頁最下面用另一句話“實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明以上推斷是正確的”。這個(gè)難點(diǎn)有沒有辦法突破呢？如果教學(xué)一直關(guān)注教材，不難發(fā)現(xiàn)就在前面一節(jié)93頁有一個(gè)“做一做”如圖1所示（旋轉(zhuǎn)的液體），這恰好可以作為直觀呈現(xiàn)洛倫茲力的實(shí)驗(yàn)資源。

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圖1 旋轉(zhuǎn)的液體

3 形成課堂脈絡(luò)

通過對教材細(xì)致的分析，課堂脈絡(luò)（即大的教學(xué)框架）就形成了，即整堂課大致分為幾個(gè)部分，各個(gè)部分教師和學(xué)生的行為如何，其實(shí)質(zhì)就是分析各部分內(nèi)容教法的過程。

例如，通過上述分析，筆者得到《運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力》這節(jié)課的脈絡(luò)如表1所示。

表1 教學(xué)框架

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4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)優(yōu)化教學(xué)細(xì)節(jié)

通過教材分析和二次開發(fā)理順了課堂脈絡(luò)后，接下來應(yīng)該思考每一個(gè)教學(xué)任務(wù)如何呈現(xiàn)給學(xué)生，預(yù)計(jì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會遇到怎樣的困難，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)細(xì)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保學(xué)生在探究和討論過程中學(xué)到知識、提升能力、升華情感。下面提供表1中的1、2、3這3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

4.1 發(fā)現(xiàn)“洛倫茲力”環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

問題1：不計(jì)重力的電子束在真空中做什么運(yùn)動(dòng)？（勻速直線運(yùn)動(dòng)）

問題2：那么，要想讓電子束偏離原來的運(yùn)動(dòng)軌跡，做曲線運(yùn)動(dòng)，你有哪些方法？

學(xué)生在學(xué)習(xí)洛倫茲力前學(xué)習(xí)了“電場力”“安培力”，也熟悉偏轉(zhuǎn)電場能夠使運(yùn)動(dòng)電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這個(gè)問題的提出學(xué)生很容易從“加電場可以……”猜想“加磁場行不行？”此時(shí)，如果猜想加磁場可以使電子束偏轉(zhuǎn)，勢必帶來驗(yàn)證猜想的需要，生成演示實(shí)驗(yàn)的需要。

接著，提供如圖2所示的陰極射線管，并介紹電子束的運(yùn)動(dòng)方向，然后用條形磁鐵進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

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圖2 陰極射線管

實(shí)驗(yàn)1：用條形磁鐵的N極（或S極）前后方向靠近陰極射線，發(fā)現(xiàn)陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。（磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用）

實(shí)驗(yàn)2：換一個(gè)磁極從實(shí)驗(yàn)1的同一方向靠近陰極射線，發(fā)現(xiàn)陰極射線偏轉(zhuǎn)方向相反。（磁場的方向?qū)\(yùn)動(dòng)電荷受力的方向有影響）

實(shí)驗(yàn)3：任意改變磁極的方向，引導(dǎo)學(xué)生觀察陰極射線偏轉(zhuǎn)情況的變化。（進(jìn)一步感受磁場的方向?qū)\(yùn)動(dòng)電荷受力的影響）

由上述3個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，很自然地發(fā)現(xiàn)磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用，拋出“洛倫茲力”的概念。值得注意的是，該環(huán)節(jié)的主要目的在于通過提供感性素材證明“洛倫茲力”的存在，對于“磁極正對陰極射線與電子束幾乎在同一直線上時(shí)，發(fā)現(xiàn)電子束幾乎不改變方向”這個(gè)不利于概念導(dǎo)入的演示實(shí)驗(yàn)先不要做，如果要演示可以在“左手定則”和洛倫茲力大小公式得到后，作為特殊值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4.2 小組合作探究“影響洛倫茲力的方向的因素”的設(shè)計(jì)

探究“影響洛倫茲力的方向的因素”是本節(jié)的重點(diǎn)。從教材中第93頁圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置出發(fā)，筆者自制分組探究學(xué)具，學(xué)生自主嘗試并用三色棒記錄磁場的方向、電荷運(yùn)動(dòng)的方向、運(yùn)動(dòng)電荷的受力方向。

4.2.1 學(xué)具準(zhǔn)備

筆者在實(shí)驗(yàn)裝置的制備上，先后做了兩次嘗試，制作裝置如圖3中的裝置1、2，配置硫酸銅飽和溶液，用銅絲做電極，電源用學(xué)生電源24 V檔。相比而言，裝置1有缺陷：改變連接電極的正、負(fù)接線柱后，溶液反向旋轉(zhuǎn)非常微弱，為什么呢？其實(shí)，這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中除了氯化鈉的電解反應(yīng)外，外殼的鋁也參加了反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)換了極性后，反應(yīng)形式被改變，離子數(shù)減少，所以旋轉(zhuǎn)就不明顯了。而裝置2用的器皿是塑料的，銅做電極，溶液是硫酸銅溶液，就沒有這個(gè)問題。

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裝置1 裝置2

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置

除了裝置2以外，每組還配有演示用的蹄形磁鐵，3根不同顏色細(xì)棒。

4.2.2 學(xué)生猜想

在實(shí)驗(yàn)前，就“影響洛倫茲力的方向的因素有哪些？”讓學(xué)生進(jìn)行猜想，前面的3個(gè)演示實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供了猜想依據(jù)，能夠猜到以下幾種因素：磁場的方向；電荷的正負(fù)電性；電荷的定向移動(dòng)方向。

4.2.3 提供表格，自主實(shí)驗(yàn)記錄

根據(jù)學(xué)生的猜想給學(xué)生提供如表2所示的實(shí)驗(yàn)記錄表格，引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探究，完成表格，為討論和交流提供依據(jù)。

4.2.4 結(jié)論交流

結(jié)論1：洛倫茲力f的方向與v、B的方向有關(guān)；

結(jié)論2：洛倫茲力的方向——仍用左手定則判斷。

有了上面兩個(gè)結(jié)論，“洛倫茲力與安培力同質(zhì)”的總結(jié)呼之欲出。為了深化認(rèn)識，可以提供圖4的情境（這是第三章第一節(jié)教材的插圖），要求學(xué)生嘗試著用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力來解釋通電導(dǎo)線擺動(dòng)的原因。

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圖4 教材插圖

自主探究后得到結(jié)論3：洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)；安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。

同時(shí)生成問題：洛倫茲力的大小多少？如何計(jì)算呢？自然過渡到課堂的下一個(gè)環(huán)節(jié)。

4.3 問題化理論推導(dǎo)“洛倫茲力的大小”

既然，上面的探究得到了“安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)”，筆者將理論探究隱藏在一個(gè)具體的問題中。

例1 設(shè)有一段長為L，橫截面積為S的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v。（已知電流大小I與上述的幾個(gè)物理量之間滿足關(guān)系： I=nqvS ），現(xiàn)將這段通電導(dǎo)線垂直磁場方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，試推導(dǎo)一個(gè)自由電荷受到的洛倫茲力為多大？

安培力：F=BIL（1）

自由電荷總數(shù)：N=nLS（2）

I=nqvS（3）

洛倫茲力：f=■（4）

聯(lián)立解得f=qvB。

再設(shè)置具體的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考更一般的情況。

例2 已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，運(yùn)動(dòng)電荷帶電量為q，速度大小為v。①正電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向同向（如圖5所示），②正電荷運(yùn)動(dòng)與磁場方向有一夾角θ（如圖6），求這兩種情況下運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力。

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圖5 例2題圖

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圖6 例2題圖

通過例2，讓學(xué)生通過對圖6中運(yùn)動(dòng)電荷的速度的分解，自主推導(dǎo)到洛倫茲力的一般計(jì)算式f=qvBsinθ。同時(shí)與例1聯(lián)系到一塊，可以看到帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場同一直線或垂直是兩個(gè)特例，洛倫茲力大小有一個(gè)范圍：0≤f≤qvB。

對于教學(xué)任務(wù)4和教學(xué)任務(wù)5是學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識交流和討論的過程，教師要積極巡視和傾聽，借助這個(gè)環(huán)節(jié)反饋學(xué)生的學(xué)情，通過客觀的評價(jià)激發(fā)學(xué)生的成就動(dòng)機(jī)，提升物理學(xué)習(xí)情感。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉桂枝.基于“5E”模式的高中物理探究型教學(xué)內(nèi)涵及實(shí)踐[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2013，（10）：2.

[2]趙硯田，王振忱.洛倫茲力是怎樣表現(xiàn)為安培力的[J].物理教學(xué)探討，2008，（10）：20.

（欄目編輯 劉 榮）