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        兩種方式強化知識網(wǎng)絡(luò)因勢利導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)科思維

        2017-04-26 23:48:13吳小華
        廣西教育·D版 2017年4期
        關(guān)鍵詞:圓心磁場高三

        吳小華

        2016年12月,筆者代表南寧市第三中學(xué)物理組,以同課異構(gòu)和課后交流的方式,與田陽高級中學(xué)(以下簡稱田高)高三師生共同探尋2017年高考物理學(xué)科復(fù)習(xí)備考策略。后應(yīng)《廣西教育》邀約,就本次交流課作回顧析解,同時就高三物理系統(tǒng)備考特別是后期備考提出建議。

        一、在教學(xué)中“把脈”學(xué)情,因勢利導(dǎo)展開備考復(fù)習(xí)課教學(xué)及解題建模指導(dǎo)

        我們雙方執(zhí)教的課題是高三第一輪復(fù)習(xí)第十章第三節(jié)“磁場對運動電荷的作用”。筆者以“創(chuàng)設(shè)情景,問題導(dǎo)學(xué)”為指導(dǎo)思想設(shè)計本課教學(xué),旨在用情境問題不斷觸發(fā)學(xué)生逐層深入的思考,在帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固基本知識和基本公式,系統(tǒng)建構(gòu)相關(guān)知識網(wǎng)絡(luò)的過程中,通過生生參與問題解決過程的討論,不斷提升學(xué)生的思維力,幫助學(xué)生自發(fā)形成創(chuàng)建解題模型的能力。

        (一)創(chuàng)設(shè)情境復(fù)習(xí)舊知,在發(fā)展學(xué)科思維能力、建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)的同時實現(xiàn)知能同步

        開課伊始,筆者先帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)舊知,內(nèi)容包括磁場對通電導(dǎo)線的作用公式(F=BIL)、磁場對運動電荷的作用公式(f=qvB)以及安培力F和洛倫茲力f之間的關(guān)系(安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),洛倫茲力是安培力的微觀表現(xiàn))等。筆者發(fā)現(xiàn),學(xué)生對知識和公式的記憶非常清晰。為了檢測學(xué)生對這些公式和知識的理解程度,筆者決定創(chuàng)設(shè)一個物理情境,通過讓學(xué)生推導(dǎo)安培力和洛倫茲力之間的關(guān)系,來全面鞏固以上知識和公式,發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維能力。

        師:我們可以創(chuàng)設(shè)一個怎樣的物理情境來理解安培力和洛倫茲力之間的關(guān)系呢?

        學(xué)生通過交流達成以下共識:將一段通電導(dǎo)線垂直放在勻強磁場中,分析一個電子的受力情況。

        于是筆者先讓學(xué)生動筆推導(dǎo),然后請學(xué)生在黑板上寫出自己的推導(dǎo)過程。

        生1上講臺板寫F=BIL=BLQ/T=BVQ。

        生2補充“電荷量不只一個”,于是板寫推導(dǎo)過程:F=BIL=BLQ/T=BLNe/T=NBVe=Nf,故f=eVB。

        顯然,生2補充得很好。接下來,筆者啟發(fā)學(xué)生思考:“還有沒有別的思考方式?是否還記得電流的微觀表達式?”此時,全體學(xué)生靜默下來。物理人都知道,知識記憶和公式推導(dǎo)是兩個完全不同的境界,新課程倡導(dǎo)教師要關(guān)注教學(xué)的過程與方法,而不僅僅是關(guān)注知識與技能本身。為此,筆者決定創(chuàng)設(shè)一個新的問題情境,用問題導(dǎo)學(xué),帶著學(xué)生在問題解決的過程中全面復(fù)習(xí)有關(guān)知識,順勢建構(gòu)知識體系。問題如下:

        一段粗細均勻的導(dǎo)體長為L,橫截面積為S,如圖1所示,導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,電子電荷量為e,通電后,電子定向運動的速度大小為v.

        (1)請用n、e、S、v表示流過導(dǎo)體的電流大小I.

        (2)若再在垂直導(dǎo)體的方向上加一個空間足夠大的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,試根據(jù)導(dǎo)體所受安培力推導(dǎo)出導(dǎo)體中某一自由電子所受的洛倫茲力大小的表達式.

        新的問題情境包含了多個問題,需要學(xué)生調(diào)用全部相關(guān)的知識積累,并靈活運用相關(guān)知識去解決以上問題。顯然,用問題導(dǎo)學(xué)來啟發(fā)學(xué)生深入思考,并積極參與問題解決的過程,比讓學(xué)生單純死記硬背公式的效果要好得多。學(xué)生自己動筆從各種維度推導(dǎo)出宏觀的安培力與微觀的洛倫茲力的關(guān)系,加入了理解的元素,既復(fù)習(xí)了電流的宏觀定義與微觀定義的知識,又注意到了安培力與洛倫茲力的聯(lián)系,順利實現(xiàn)了知能同步。該題推導(dǎo)過程如下。

        (二)增加問題難度,深入把脈學(xué)情,提高學(xué)生的“過程分析”能力

        物理難就難在過程分析,而分析過程之難又難在對物理情境的深度理解。如果單純記憶一級結(jié)論、二級結(jié)論,然后生搬硬套某一種結(jié)論去解題,很容易落入出題者所設(shè)置的各種“陷阱”之中,而且這樣的記憶方法也不符合物理學(xué)科的規(guī)律,更不利于提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。為了檢測該班學(xué)生的過程分析能力,筆者設(shè)計了下面的例題。

        一勻強磁場,磁場方向垂直于xy平面,在xy平面上,磁場分布在以O(shè)為中心的一個圓形區(qū)域內(nèi)。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子,由原點O開始運動,初速為v,方向沿x正方向。后來,粒子經(jīng)過y軸上的P點,此時速度方向與y軸的夾角為30°,P到O的距離為L,如圖2所示。不計重力的影響,求磁場的磁感強度B的大小和xy平面上磁場區(qū)域的半徑R。

        解決以上問題的最大難點在于找圓心,只要找到了圓心,其他問題就可以迎刃而解了。課堂上,在給學(xué)生引入了帶電粒子在磁場中運動的解題思路“找圓心,定半徑,畫軌跡”之后,為了節(jié)約課堂時間,筆者決定把教學(xué)重點放在讓學(xué)生直擊問題的關(guān)鍵——給帶電粒子找運動軌跡的圓心上,同時以此試探學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng),結(jié)果卻頗感意外。

        師:請同學(xué)們找出此題中粒子運動軌跡的圓心。

        生1上講臺,在黑板上繪圖(如圖3)并講述自己找圓心的過程:過P點作速度方向的垂線,使之與X軸相交于O1,交點O1即為圓心。講完又自言自語“好像不太對”,但因為再也想不出更好的辦法,只好走下了講臺。

        師:生1只做了一條速度方向的垂線,問題就可以解決了,對嗎?

        生2認為“不對”,然后走上講臺講述“過O點做速度方向的垂線,與粒子經(jīng)過Y軸時速度的交點P,即為圓心”。但是,在繪圖環(huán)節(jié),生2卻遭遇了困難,所繪“垂線”只能是OP,這讓他感到訝異,只能怏怏地走下講臺。

        師:生2其實和生1的思路差不多,只是做了另一條速度垂線,可以解決問題嗎?

        生3發(fā)言,認為“圓心不可能在速度方向所在的直線上”,只能是OP的中點O2(如圖4)。

        師:生3利用了“圓心落在中垂線上”這個特點,他找對了嗎?

        生4發(fā)言,認為圓心應(yīng)該是OP中垂線與過P點速度方向垂線的交點O3(如圖5)。

        顯然,生4也套用了課本上總結(jié)過的找圓心的方法。筆者啟發(fā)學(xué)生思考:“請問課本上的那個結(jié)論在這里一定適用嗎?”

        再沒人舉手發(fā)言。

        生5直接走上講臺,開始繪圖(如圖6)并說明:圓心應(yīng)該是粒子過P點速度反向的反向延長線與X軸交點的角平分線與Y軸的交點O4。畫完圖,解釋清楚后,生5信心滿滿地走下了講臺。

        師:很好!請問這位同學(xué)成功的關(guān)鍵在哪里?為什么其他同學(xué)都錯了呢?

        生6發(fā)言,肯定了生5的做法,并進一步指出,該圓心O4其實就是OP的三等分點。說完上講臺作圖加以說明,并強調(diào):并不是所有區(qū)域都有磁場,在無磁場的區(qū)域不能亂套結(jié)論,需要具體問題具體分析。

        學(xué)生自發(fā)地為生6的發(fā)言熱烈鼓掌。看來此時此刻,大家是真的明白了。在與學(xué)生交流的過程中筆者發(fā)現(xiàn),該班學(xué)生在高二上這節(jié)新課時,老師便已經(jīng)幫大家總結(jié)過一些找圓心的套路,前面幾位做錯的學(xué)生其實都是錯在亂用套路上,雖然在“套”完之后自己也發(fā)現(xiàn)了一些自相矛盾之處,但因為沒有養(yǎng)成在解決物理問題時的“過程分析”習(xí)慣,對該題中的物理過程一知半解,這才產(chǎn)生了諸多的問題。盡管學(xué)生的思維品質(zhì)有待提高,但在多種思維的碰撞下,學(xué)生思考的興趣出現(xiàn)了,思維的火花被點燃了,在觀摩同學(xué)作圖、解題的過程中,“靈光一現(xiàn)”的生5終于走上了解題的正確軌道,而且?guī)痛蠹铱偨Y(jié)出了解決此類問題的一個新的結(jié)論;生6的發(fā)言更是啟發(fā)了學(xué)生的思考,“具體問題具體分析”,這才是解決物理問題的王道!

        從一個找圓心的小問題引出以上熱烈的討論,學(xué)生一個一個上講臺繪圖、講述,或者在臺下舉手發(fā)言指出同學(xué)的錯誤,這種積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)令人感動,同時也打翻了筆者心中的“五味瓶”,令筆者“悲喜交加”?!氨钡氖?,課前筆者完全沒有預(yù)想到學(xué)生會在“找圓心”這個教學(xué)環(huán)節(jié)遭遇如此多的意外、麻煩;“喜”的是,所有學(xué)生,不管是潛力生還是學(xué)優(yōu)生,在課堂中都表現(xiàn)出了強烈的求知欲和積極主動表達自己想法的勇氣。尤其令人感慨的是,生5的解題思路真的是出乎筆者意料,生6的補充又是那么完美!但是,悲也罷,喜也好,無論如何,教師在課堂中都應(yīng)多傾聽學(xué)生的想法,多給學(xué)生機會去嘗試自主解決問題,以此暴露自己的知識缺陷和思路誤區(qū),便于教師更為精準地把握學(xué)情,因勢利導(dǎo)地展開相關(guān)教學(xué)活動。學(xué)生越是薄弱,教師越要給學(xué)生機會試錯,把課堂的主動權(quán)讓給學(xué)生,隨機創(chuàng)設(shè)開放、生動的學(xué)習(xí)情境,與學(xué)生建立起平等、融洽的師生關(guān)系,與學(xué)生一起去感受、認識、探索、分析、歸納、總結(jié),將課堂的“一人云”變成“多人說”,讓學(xué)生充分表達自己對某知識點的理解和想法,再因勢利導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科能力,讓學(xué)生在輕松的氛圍中愉悅地獲取知識、提升能力。

        為了讓學(xué)生進一步明晰該題的解題思路,筆者決定給學(xué)生“欣賞”一下下面的“國標”答案。

        “國標”答案的“過程分析”思路清晰,學(xué)生看罷不由得發(fā)出了“原來如此”的感慨。由此筆者總結(jié)解法,隆重表揚生5“解法很精彩!可以作為一個結(jié)論來推廣,以后碰到此類問題,要善于利用角平分線來處理,能起到意想不到的效果”,并帶著學(xué)生“回頭看,一起尋找前面幾名同學(xué)致錯的原因”,教給學(xué)生解題的方法:審題是第一步,也是關(guān)鍵的一步,要知道,題中并不是說所有的空間都存在磁場,粒子只在有磁場的地方才會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這時我們才能使用平時總結(jié)出來的許多相關(guān)的解題方法;在不存在磁場的位置套用之前總結(jié)出來的那些解題方法,會“導(dǎo)致同學(xué)們出現(xiàn)以上諸多錯誤”。(生點頭表示理解)

        在這堂復(fù)習(xí)課中,筆者用問題導(dǎo)學(xué)的方式,引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)、思考,讓學(xué)生想學(xué)、樂學(xué),敢做、敢說,不僅引導(dǎo)學(xué)生順利建構(gòu)了有關(guān)的知識體系和解題模型,而且對培養(yǎng)學(xué)生的過程分析能力、提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)大有裨益,受到了聽課教師和全體學(xué)生的一致稱贊。

        二、高三后期備考建議

        筆者在南寧三中工作13年,循環(huán)帶了三屆重點班和三屆物理競賽班,經(jīng)歷了2007屆、2008屆、2011屆、2014屆總共4屆畢業(yè)班的高考備考,幸運的是,這4屆高考中,南寧三中都出現(xiàn)了高考理科綜合廣西第一名。十多年的教學(xué)和多年的備考經(jīng)歷讓筆者深刻地體會到了深入課堂把脈學(xué)情的重要,更深刻地體會到了“行百里者半九十”的道理。下面,筆者針對高三后期物理學(xué)科的復(fù)習(xí)重點,結(jié)合個人的高三教學(xué)經(jīng)驗,談幾點膚淺看法。

        (一)關(guān)注考綱變化,加強新增模塊知識與必修模塊相關(guān)章節(jié)知識的融合、整合

        去年10月教育部公布的2017年新考綱,將物理選修3-5模塊變?yōu)楸乜寄K,選修3-3模塊和3-4模塊為二選一。建議高三后期復(fù)習(xí)要特別重視選修3-5模塊和相關(guān)的必修模塊章節(jié)知識的交叉整合。比如近三年的選修3-5模塊考題,都是動量與能量的結(jié)合題(見表1),但修綱后的動量知識應(yīng)自覺融入與電場、磁場、電磁感應(yīng)背景中。

        (二)兩種方式架構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò),精選習(xí)題關(guān)聯(lián)知識網(wǎng)點,精講解法提高學(xué)科素養(yǎng)和解題能力

        物理高考內(nèi)容包括力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、動量四個板塊,重點考點包括解決力學(xué)問題的三大觀點,帶電粒子在電場、磁場和復(fù)合場中的運動,電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用,等等。針對以上重點考點,教師需依據(jù)本校學(xué)生的學(xué)情,通過精選習(xí)題、精講精練引導(dǎo)學(xué)生精準備考,突破重、難考點。突破重、難考點要講究策略方法,復(fù)習(xí)課教學(xué)不能簡單地等同于新授課。比如在高二新授課中推導(dǎo)交流電公式時,往往是先構(gòu)建一個閉合矩形線圈在磁場中繞垂直于場強方向的軸勻速轉(zhuǎn)動的物理模型(如圖8),然后導(dǎo)出矩形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間而變的函數(shù)是正弦函數(shù)e=Emsinωt;到了高三復(fù)習(xí)課上,學(xué)生的數(shù)學(xué)知識已經(jīng)更為豐富,此時便可以通過求導(dǎo)的辦法快速導(dǎo)出以上正弦函數(shù)式。如此復(fù)習(xí),學(xué)生對該公式必定會有更深刻的領(lǐng)悟。

        雖然學(xué)生經(jīng)過第一輪復(fù)習(xí)后,對高中物理知識已經(jīng)有了一個比較全面的認識,但是畢竟第一輪復(fù)習(xí)時側(cè)重的是對單個知識點的理解和應(yīng)用,因此,到了高三復(fù)習(xí)后期,教師務(wù)必要高度重視學(xué)生學(xué)科知識的系統(tǒng)性。通常情況下,我們會采用以下兩種方式幫助學(xué)生分段架構(gòu)系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò):在第一階段第一輪知識點復(fù)習(xí)時,教師有意識地放手讓學(xué)生自己去整理知識點,并按照自己的理解去總結(jié)各個知識點之間的關(guān)系,建構(gòu)知識體系,此時教師只需及時跟蹤、同步監(jiān)控即可,做到強化學(xué)生的正確認知、糾正學(xué)生的錯誤建構(gòu)。到了第二階段即高三后期開始以習(xí)題訓(xùn)練為主展開復(fù)習(xí)時,教師必須精選習(xí)題,以自己的精確講解帶動學(xué)生的精準練習(xí)。精選的習(xí)題須注重知識的綜合性和銜接性,綜合型習(xí)題一般出現(xiàn)在多選題和計算題中,教師在具體講解題目時,除了要講清解題的思路和方法,還要順帶復(fù)習(xí)與該題相關(guān)的知識網(wǎng)點,實現(xiàn)知能同步。比如復(fù)習(xí)到力學(xué)重點模型——兩體疊放模型時,教師可以用力學(xué)觀點、能量觀點、動量觀點,多角度多思路提高學(xué)生的綜合分析能力??傊?,在整個高三階段,通過學(xué)生自己整理和老師在講題過程中潛移默化的滲透,學(xué)生對高中物理的知識點會有越來越清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。教師如能在精選精講習(xí)題的過程中注意融會貫通相關(guān)的知識方法,對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)必定大有裨益。筆者在執(zhí)教2014屆高三時,曾經(jīng)給學(xué)生出過下面這樣一道月考題。

        如圖9,平板車質(zhì)量為m,長為L,車右端(A點)有一個質(zhì)量為M=2m的小滑塊(可視為質(zhì)點)。平板車靜止于光滑水平面上,小車右方足夠遠處固定著一豎直擋板,小滑塊與車面間有摩擦,并且在AC段、CB段動摩擦系數(shù)不同,分別為μ1、μ2,C為AB的中點?,F(xiàn)給車施加一個水平向右的恒力,使車向右運動,同時小滑塊相對于小車滑動,當小滑塊滑至C點時,立即撤去這個力。已知撤去這個力的瞬間小滑塊的速度為v0,車的速度為2v0;之后小滑塊恰好停在車的左端(B點),與車共同向前運動,并與擋板發(fā)生無機械能損失的碰撞。試求μ1和μ2的比值。

        對于以上問題,筆者帶領(lǐng)學(xué)生從三個不同角度來分析,提供了三種不同的解法。

        解法一:運用動量和能量知識求解。

        (三)從學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)入手,有意識地培養(yǎng)和提高學(xué)生的審題能力及抽取物理模型的能力

        隨著新課程教育教學(xué)理念的更新,高考試題的難度整體有所下降,但新增了探究類創(chuàng)新實驗題,其題型及設(shè)問方式更加靈活多樣,對學(xué)生的創(chuàng)新能力和從信息題中抽取物理模型的能力要求更高。通常在第一輪復(fù)習(xí)時,教師的復(fù)習(xí)理念是夯實基礎(chǔ),講求知識復(fù)習(xí)的全而淺,所舉例子一般都比較經(jīng)典,且練習(xí)偏少,學(xué)生在創(chuàng)新能力和抽取物理模型能力方面的訓(xùn)練相對薄弱。到了高三后期,教師則應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的審題能力以及從題目中抽取物理模型的能力,而這兩種能力又恰恰是如今的學(xué)生最為缺乏的。為什么很多題目老師一點就通,而讓學(xué)生自己去分析時卻百思不得其解呢?審題能力欠缺是最重要的原因。

        俗話說:讀書百遍,其義自現(xiàn)。其實像以上所說的那些信息題或創(chuàng)新題真正考查的知識點一般都不是很難,只是由于題目中出現(xiàn)了一些新名詞,而且題干中的文字內(nèi)容通常比較長,有時還帶有表格、圖像,很多學(xué)生在讀題時一見到這陣勢便心中惶亂或產(chǎn)生了畏難心理,于是在還沒弄清楚題意時便開始胡亂解題,致使差錯率大增。其實對于物理學(xué)科來說,仔細審題便是努力在題干、表格和圖像中找齊已知量而已,教師務(wù)必要幫助學(xué)生突破這個找齊已知量的審題難關(guān)。

        中國有句古話,叫“行百里者半九十”,意思是說,如果把走一百里路看成一件事的話,前面走過的九十里路僅僅完成了實際的一半,最后剩下的十幾里路,承擔的任務(wù)卻是整個事情的一半。這充分說明,越是到最后,越是不能放松。這也給高三物理的后期復(fù)習(xí)敲響了警鐘。高三后期的復(fù)習(xí)是一項系統(tǒng)工程,教師千萬不能有書到臨尾漸漸松的想法,都說好的開始是成功的一半,其實完美的收尾對學(xué)生的升學(xué)來說其實更為重要和關(guān)鍵。

        (責編 白聰敏)

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