匡莉+吳廣國+鄒斌

摘 要 習(xí)題教學(xué)是為了讓學(xué)生將課堂所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于解答問題，可以用來檢驗(yàn)物理教學(xué)的效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力。分組討論式教學(xué)法通過互動的方式，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，對促進(jìn)學(xué)生發(fā)展、提高學(xué)生素質(zhì)有著重要作用。本文以磁流體發(fā)電機(jī)類題型為例，將分組討論式教學(xué)法運(yùn)用于物理習(xí)題教學(xué)中，并通過實(shí)例分析詳細(xì)論述了其對習(xí)題教學(xué)的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞 分組討論 物理習(xí)題 案例分析

習(xí)題教學(xué)中應(yīng)該結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注知識熱點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)每一道題，強(qiáng)化學(xué)生的主動性，促進(jìn)學(xué)生尋覓解題思路，完成自主探究的過程[1]。盧惠林提出習(xí)題教學(xué)中重視習(xí)題的拓展研究以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，以學(xué)生為習(xí)題課堂的主體，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生共同發(fā)展[2]。傳統(tǒng)的物理習(xí)題課堂，往往都是教師一個(gè)人主講，即便是成績好的學(xué)生，面對如此單調(diào)的課堂，也難以集中精神，思維難以活躍[3]。采用分組討論式教學(xué)法會使得整個(gè)教學(xué)過程最大限度地實(shí)現(xiàn)老師和學(xué)生之間的互動，讓學(xué)生成為課堂的主體，既幫助了學(xué)生對物理知識的把握，又重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生合作精神[4]。分組討論式教學(xué)法比較適合現(xiàn)行素質(zhì)教育環(huán)境下高中生在習(xí)題教學(xué)中對解題規(guī)律的切身體驗(yàn)以及對知識點(diǎn)的高度提煉。

一、分組式教學(xué)法的作用與意義

分組討論式教學(xué)法旨在通過學(xué)生之間的相互交流，對同一問題形成一致的理解，輔以教師在旁的指導(dǎo)與提示，幫助學(xué)生解決問題[5]。這種教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力、語言表達(dá)能力和相互合作的科學(xué)精神，對構(gòu)建學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式具有較好的幫助作用。

物理是將科學(xué)知識、科學(xué)過程和科學(xué)文化三者匯聚交融的一門學(xué)科。最有效的學(xué)習(xí)方法應(yīng)是讓學(xué)生在體驗(yàn)和創(chuàng)造的過程中學(xué)習(xí)，讓接受式與活動式形成互補(bǔ)[6]。分組討論式教學(xué)過程就是讓學(xué)生在接受理論知識的同時(shí)充分展現(xiàn)思維活動，不斷引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)和創(chuàng)造[7，8]。

二、分組討論式教學(xué)法在習(xí)題教學(xué)中的運(yùn)用

將分組討論運(yùn)用到物理習(xí)題教學(xué)中，教師提出問題，學(xué)生以分組討論的方式共同完成對題目的分析和解答過程，教師提供必要的引導(dǎo)和輔助。需要注意的是，為了保證討論的有效性與啟發(fā)性，每一個(gè)討論組中的成員必須既含有層次較高的學(xué)生也含有層次相對較低的學(xué)生。通過這樣的方式，利用學(xué)生之間的思維相似性與彼此之間的了解程度，輔以教師的引導(dǎo)，通過討論完成對題目的分析與解答。層次較高的學(xué)生在分析問題和向其他同學(xué)表達(dá)自己想法的過程中，對問題的理解潛移默化中加深，層次較低的同學(xué)則可以從高層次學(xué)生的發(fā)言并與之進(jìn)行討論的過程中被有效帶動，在小組內(nèi)所有學(xué)生的共同努力下最終完成對題目的解答，不僅使習(xí)題教學(xué)更有效果，也能增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

近年來，生活實(shí)際以及物理前沿問題越來越多地與高考大綱知識點(diǎn)相結(jié)合。磁流體發(fā)電就是其中熱度較高的一個(gè)出題點(diǎn)，側(cè)重電磁感應(yīng)現(xiàn)象的綜合應(yīng)用。題目情景通常較為復(fù)雜，覆蓋的知識點(diǎn)也較多，從題目理解到概念公式的靈活運(yùn)用都存在一定難度。在解題時(shí)通常需要將大量時(shí)間用在將題中情境抽象為簡單模型的過程中?；诖祟悊栴}的特點(diǎn)，習(xí)題課上習(xí)題的編排可采用由淺入深的模式，首先為學(xué)生安排一個(gè)情境稍簡單的題目，通過討論引導(dǎo)學(xué)生對這類題目的實(shí)質(zhì)形成認(rèn)識。

【例1】圖1為磁流體發(fā)電機(jī)的工作原理：高溫下等離子體中含有大量帶正負(fù)電荷的粒子，這些帶電粒子整體仍呈電中性，金屬板A、B處于磁極分布如圖所示的磁場中?，F(xiàn)將等離子體噴入金屬板中間，下述說法正確的是（ ）。

A、A板帶正電

B、有電流從b經(jīng)過電阻流向a

C、金屬板A、B間的電場方向向下

D、等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受電場力大于所受洛倫茲力

這道題目情境較為簡單，適合用來進(jìn)行引入，幫助學(xué)生進(jìn)入狀態(tài)，為后續(xù)的題目做鋪墊。進(jìn)行分組討論時(shí)，首先留出一些時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行讀題和思考，然后引導(dǎo)學(xué)生開始討論。這道題目難度并不高，重點(diǎn)在于左手定則的正確使用。有學(xué)生提出：這道題涉及到磁場中帶電粒子的運(yùn)動，必須要明確兩個(gè)“方向”才能正確使用左手定則判斷洛倫茲力的指向，即粒子的運(yùn)動方向和磁場方向，而這些必須通過對題圖的觀察得到；有的學(xué)生補(bǔ)充：使用這種方法判斷的是帶正電的粒子受力的方向，而對于帶負(fù)電荷的粒子，其運(yùn)動方向正好相反，如此就會形成一塊極板帶正電另一塊極板帶負(fù)電的狀態(tài)，從而在兩塊極板之間產(chǎn)生電場。在討論和自我闡述的過程中，學(xué)生對題目的理解逐漸加深，最終在討論中得到題目的答案。

而隨著學(xué)生對題目認(rèn)識的深入，這時(shí)候可能會出現(xiàn)不一樣的想法，有學(xué)生提出：對于選項(xiàng)C既然兩塊極板都在聚集電荷，為什么不可能出現(xiàn)在某一時(shí)刻粒子所受電場力超過洛倫茲力的情況？如果其他學(xué)生不能馬上做出解釋，導(dǎo)致討論將陷入僵局，此時(shí)教師必須給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，幫助學(xué)生思考，可以提示學(xué)生：不妨退一步想想，已知電場力是逐漸增大的，那么當(dāng)電場力與洛倫茲力相等時(shí)，會發(fā)生什么情況？以此來讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行討論，粒子受力平衡時(shí)，根據(jù)力與運(yùn)動的關(guān)系，粒子將保持原方向一直運(yùn)動下去。也就是說粒子不會再繼續(xù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極板上的電荷量將保持動態(tài)平衡，整個(gè)系統(tǒng)就進(jìn)入到了穩(wěn)定狀態(tài)，即上下極板之間的電壓保持穩(wěn)定。隨著討論接近尾聲，學(xué)生不僅完成了對題目的解答，對題目的理解也進(jìn)一步加深。

通過對引入題的討論與解答，學(xué)生逐漸進(jìn)入狀態(tài)，這時(shí)可以進(jìn)入下一階段，安排難度加大的第二題。

【例2】海水中含有大量的帶正負(fù)電荷的粒子（但整體仍呈電中性），在地球信風(fēng)帶等因素的影響下，海水可以做定向流動形成風(fēng)海流。這些正負(fù)電荷的粒子也會隨著風(fēng)海流的運(yùn)動做定向運(yùn)動。如圖2所示，現(xiàn)有橫截面為矩形的絕緣管道，在其上下兩個(gè)內(nèi)表面裝上兩塊金屬板M、N（長為a，寬為b），兩金屬板的間距記為d。將上述矩形管道沿風(fēng)海流方向固定在海中，并在金屬板之間加上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的水平勻強(qiáng)磁場，磁場方向?yàn)橛赡戏街赶虮狈?。假設(shè)海水從東向西流過管道內(nèi)，在磁場作用下，兩金屬板上會聚集電荷，從而在金屬板M和N之間形成電勢差，該電勢差可以點(diǎn)亮一個(gè)電阻為R的航標(biāo)燈（圖中未畫出）。設(shè)管道內(nèi)各處的海水流速大小近似相同，記為v，海水的電阻率為ρ。

（1）計(jì)算該磁流體發(fā)電機(jī)所提供電動勢，并判斷M、N中哪個(gè)板的電勢更高；

（2）磁場B對矩形管道內(nèi)定向流動的海水有力的作用，求解此力。

這道題目與上一道相比復(fù)雜程度升級，綜合性大大增強(qiáng)，不僅需要從實(shí)際問題中提煉出磁流體發(fā)電機(jī)的物理模型，還需要結(jié)合電學(xué)和功方面的知識。但是由于有第一題作為基礎(chǔ)，學(xué)生們在此時(shí)進(jìn)行討論會變得相對容易一些。面對復(fù)雜的物理情景，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生將這道題目進(jìn)行物理抽象，可以提問：這道題中各個(gè)元素與例1有哪些相似之處？有學(xué)生指出：這里的海水就相當(dāng)于上一題中的離子流，海流方向就是離子流的流動方向；有學(xué)生補(bǔ)充道：這道題中直接給出了磁場方向，這樣一來就可以使用左手定則判斷帶電粒子運(yùn)動方向了。通過判斷不難得出，正離子向N板偏轉(zhuǎn)而負(fù)離子向M板偏轉(zhuǎn)，因此N板的電勢高。這樣以第一題為跳板，學(xué)生思維自然而然地形成了過渡，例1討論所得到的認(rèn)識在這里得到應(yīng)用。

問題（1）還要求計(jì)算電動勢大小，這里有的學(xué)生有可能找不到方向，需要教師進(jìn)行引導(dǎo)?？商崾緦W(xué)生回想例1中思考過的問題：例1中整個(gè)系統(tǒng)最終會達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，那么這種穩(wěn)定狀態(tài)的本質(zhì)是什么呢？通過提示學(xué)生能意識到，兩極板間形成一個(gè)穩(wěn)定電壓。教師要引導(dǎo)學(xué)生從電動勢的定義出發(fā)來求解問題，幫助學(xué)生找出此模型中的靜電力做功。有的學(xué)生馬上提出此題中只有兩個(gè)力存在，即電場力和洛倫茲力，所以非靜電力應(yīng)該是洛倫茲力，但有學(xué)生提出：洛倫茲力不做功，只改變離子的運(yùn)動方向而已。這個(gè)時(shí)候?qū)W生的討論遇到了瓶頸，教師要及時(shí)做出對策，可以提問：整體看來總的洛倫茲力確實(shí)不做功，倘若將該力分解到沿電場力的反方向上呢？經(jīng)過思考學(xué)生馬上得出是洛倫茲力的一個(gè)分力充當(dāng)了非靜電力，并且與電場力反向的分力做正功，另一分力做了負(fù)功，所以總的洛倫茲力是不做功的。而題中要求的電動勢可從非靜電力對單位電荷所做的功的定義來求解：由此就可得到發(fā)電機(jī)的電動勢？著=Bvd。在分組討論的過程中，學(xué)生之間會不斷地相互激發(fā)、彼此補(bǔ)充，達(dá)到一種良性循環(huán)。

進(jìn)入問題（2）后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)這里電磁學(xué)的知識與力學(xué)知識進(jìn)行了綜合。這時(shí)題目的情境變得相當(dāng)復(fù)雜，教師要引導(dǎo)學(xué)生抽絲剝繭一步一步找到頭緒。這里所求的是海水中的電流大小，與平時(shí)求導(dǎo)線中的電流有差別。通電導(dǎo)線中做定向移動的只有電子，而在海水中做定向移動的有正負(fù)兩種離子，此處學(xué)生對電流的定義及海水中電流的形成可能會存在疑惑。在解此問之前有必要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考：電流形成的本質(zhì)是電荷的定向運(yùn)動，這里的電荷并非是指單一的正電荷或負(fù)電荷，兩種電荷同時(shí)存在，但運(yùn)動方向相反時(shí)，依然能形成電流。幫助學(xué)生將海水中帶電離子的定向移動類比成通電導(dǎo)線對后續(xù)的解題是至關(guān)重要的，教師可做如下引導(dǎo)：此模型中水流通過矩形管道時(shí)，管道兩板之間有電勢差，正負(fù)離子在兩板之間運(yùn)動，相當(dāng)于導(dǎo)線中電子移動形成電流，電荷在兩板間運(yùn)動類似于在一根長度為d的“矩形截面導(dǎo)線”中形成的電流。如此便可順勢給出提示：電學(xué)中怎樣求電流大?。繉W(xué)生知道電流要通過電路的電動勢和電阻求出。有學(xué)生提出：電動勢已經(jīng)得到，電路的外阻也已給出，因此電流I=，通過這個(gè)公式就可以得到電流了；馬上有學(xué)生指出：不能忘記海水的電阻，海水的電阻應(yīng)該算作電源內(nèi)阻；又有學(xué)生提出：題中給出了海水的電阻率，因此只需要知道這根“電阻絲”的“長度”和“截面積”。討論帶動著整個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的思考，通過這種相互之間的引導(dǎo)，學(xué)生一步一步接近正確答案。首先得到兩板之間海水的電阻r=，接下來就得出回路中的電流I=，自然而然就想到通電導(dǎo)線在磁場中的受力大小公式F=Bld，題目得解。

回看整個(gè)討論過程，在教師適時(shí)的引導(dǎo)之下，以一個(gè)簡單的題為跳板由淺入深，隨著討論的進(jìn)行，學(xué)生對問題的認(rèn)識清晰且深刻，最終對復(fù)雜的題目做出了正確的解答。由此可見，分組討論在習(xí)題教學(xué)的過程中如果使用得當(dāng)，會使習(xí)題課的效果大大增強(qiáng)，還可以鍛煉學(xué)生分析問題和自我表達(dá)的能力。學(xué)生之間有著相似的知識體系及生活經(jīng)驗(yàn)，這為分組討論的具體實(shí)施鋪設(shè)了基礎(chǔ)橋梁。而不同學(xué)生個(gè)體之間的差異擴(kuò)大了習(xí)題課堂的認(rèn)知范圍，促進(jìn)不同學(xué)生認(rèn)知水平的提高。通過同學(xué)之間的相互提問和相互講解，學(xué)生能更專注在物理解題情境中，最終達(dá)到認(rèn)知投入、情感投入和行為投入，從而提高習(xí)題教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 王亮偉.高中物理習(xí)題課教學(xué)研究[J].讀與寫旬刊，2012（8）.

[2] 盧惠林.新課程理念下高中物理習(xí)題教學(xué)的有效策略[J].物理教師，2010（10）.

[3] 彭建華.淺談小組合作學(xué)習(xí)在高中物理課堂教學(xué)的作用[J].大觀周刊，2013（14）.

[4] 李家前.新課程背景下高中物理課堂合作式教學(xué)對策[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010（12）.

[5] 張嫵雯，郭懷中.高中物理教學(xué)中的小組討論行為策略及應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討：中學(xué)教學(xué)教研專輯，2005（10）.

[6] 劉成武.利用學(xué)習(xí)小組討論提高物理課堂認(rèn)知[J].生活教育，2014（S1）.

[7] 張蓉，左曉園.試論小組討論式教學(xué)方法的實(shí)踐與改革[J].黑龍江高教研究，2011（1）.

[8] 高成員.用物理習(xí)題教學(xué)提升學(xué)生思維能力[J].物理教師，2015（10）.

[作者：匡莉（1991-），女，四川西昌人，中央民族大學(xué)理學(xué)院在讀碩士研究生；吳廣國（1980-），男，山東平邑人，北京景山學(xué)校中學(xué)高級教師，博士，碩士生導(dǎo)師；鄒斌（1980-），男，山東威海人，中央民族大學(xué)理學(xué)院副教授，博士，碩士生導(dǎo)師。]

【責(zé)任編輯 郭振玲】