羅仕維

(清遠(yuǎn)市第一中學(xué) 廣東 清遠(yuǎn) 511500)

在學(xué)校物理科組的教研活動(dòng)中,筆者上了一節(jié)“如何構(gòu)建高效物理課堂，有效培育學(xué)生物理核心素養(yǎng)”的示范課，這是一節(jié)高三一輪復(fù)習(xí)課，課題是“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題”．在這節(jié)課中，筆者依據(jù)培育學(xué)生核心素養(yǎng)的理念認(rèn)真地去分析教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程和組織物理教學(xué)過(guò)程，精心構(gòu)建符合學(xué)生認(rèn)知水平和認(rèn)知規(guī)律的高效物理課堂，取得了事半功倍的教學(xué)效果．對(duì)如何構(gòu)建富有實(shí)效的物理課堂、培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)有了更深的體會(huì)．

“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題”本節(jié)內(nèi)容其中涉及兩個(gè)重要的考點(diǎn)：一個(gè)是洛倫茲力的公式，另一個(gè)是帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，在新高考考綱中，這兩個(gè)考點(diǎn)都是(Ⅱ)要求．在2014-2017這4年的高考試卷中，每年以選擇題形式，或以計(jì)算題的形式考查了這些考點(diǎn)，說(shuō)明這是高考的一個(gè)高頻考點(diǎn)，也就是高考的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容．要理解和掌握好“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性”，求解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題時(shí)能快速、全面和準(zhǔn)確地考慮到不同情況的解，對(duì)學(xué)生思維能力的要求確實(shí)不低，而對(duì)邏輯思維還不夠成熟的高中學(xué)生來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)．學(xué)生既要熟練掌握好影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性的各種情況，還要有比較良好的物理素養(yǎng)才能從容應(yīng)對(duì)．如何幫助學(xué)生突破“帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題”這一教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，成了教師必須認(rèn)真思考的重要課題．

在課堂教學(xué)中，筆者通過(guò)認(rèn)真分析研究，從以下幾方面精心組織教學(xué)，取得了良好的預(yù)期教學(xué)效果，愿與廣大同行交流．

1 通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神

高中學(xué)生是一個(gè)比較喜歡思考且善于思考問(wèn)題的學(xué)習(xí)群體，有趣的、適合學(xué)生認(rèn)知水平的問(wèn)題都會(huì)引起他們極大的學(xué)習(xí)興趣，點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)探究的熱情．為了更好地集中同學(xué)們的注意力，激活學(xué)生探究的欲望，讓他們能積極參與到探究“帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題”課堂中來(lái)．

上課一開(kāi)始，筆者沒(méi)有把影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性的6種情況的結(jié)論直接呈現(xiàn)給學(xué)生，而是將影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性的各種情況設(shè)計(jì)成如下幾個(gè)圖文并茂的探究問(wèn)題．在課堂教學(xué)中，依次向?qū)W生拋出各個(gè)探究的問(wèn)題，讓學(xué)生認(rèn)真審題、思考和畫(huà)軌跡圖，并鼓勵(lì)學(xué)生在一定的時(shí)間里進(jìn)行搶答．

問(wèn)題1：一個(gè)(不計(jì)重力)帶電粒子以如圖1所示的速度v射入磁場(chǎng)中，你能畫(huà)出其運(yùn)動(dòng)的軌跡嗎？

圖1 問(wèn)題1題圖

問(wèn)題2：如圖2所示,在直線上方有垂直紙面的磁場(chǎng)，一個(gè)電子以速度大小為v，且與直線成θ角垂直射入磁場(chǎng)中，你能畫(huà)出它的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？

圖2 問(wèn)題2題圖

問(wèn)題3：如圖3所示，一個(gè)電子在P點(diǎn)從靜止釋放，你能畫(huà)出其運(yùn)動(dòng)的軌跡嗎？

圖3 問(wèn)題3題圖

問(wèn)題4：如圖4所示，有一電子以速度v垂直射入磁場(chǎng)中，你能畫(huà)出恰好能飛出磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？

圖4 問(wèn)題4題圖

問(wèn)題5：如圖5所示，a粒子的速度v1

圖5 問(wèn)題5題圖

問(wèn)題6：如圖6所示，有一電子源以速度大小為v，沿不同方向垂直射入磁場(chǎng)中，你能畫(huà)出它們運(yùn)動(dòng)的軌跡嗎？

圖6 問(wèn)題6題圖

逐一拋出的6個(gè)探究問(wèn)題極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，有效地把學(xué)生的注意力都集中到課堂中的問(wèn)題探究中來(lái)，每一位同學(xué)都能積極開(kāi)動(dòng)腦筋認(rèn)真思考，并立即動(dòng)手開(kāi)展畫(huà)圖探究．因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)熟悉掌握了利用左手定則判斷運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的受到洛倫茲力方向的方法，學(xué)生通過(guò)認(rèn)真思考很快找到問(wèn)題的答案．在一次次找到正確答案的問(wèn)題探究中，學(xué)生也不斷獲得成功的體驗(yàn)，并產(chǎn)生愉悅的學(xué)習(xí)心情，有效地激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行深入探究的學(xué)習(xí)熱情，不斷地培育了學(xué)生的科學(xué)探究精神．

2 通過(guò)畫(huà)圖法幫助學(xué)生形成物理觀念

直觀、形象的圖形是學(xué)生比較容易接受的東西，將抽象復(fù)雜的物理概念、物理規(guī)律轉(zhuǎn)換成直觀、形象的圖形信息是符合學(xué)生的認(rèn)知心理和認(rèn)知規(guī)律的．采用直觀、形象的圖像探究更能吸引學(xué)生的注意力，有效激活學(xué)生的思維，讓學(xué)生深入理解所學(xué)的物理知識(shí)，幫助學(xué)生形成物理觀念．為了讓學(xué)生能深入理解和掌握“帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題”．筆者將影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性的各種情況設(shè)計(jì)成幾個(gè)圖文并茂的探究問(wèn)題．在課堂上，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手畫(huà)出帶點(diǎn)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的各種情況下的運(yùn)動(dòng)軌跡．由于已經(jīng)學(xué)習(xí)和掌握了用左手定則判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)受到洛倫茲力方向的方法，學(xué)生很快畫(huà)出了各個(gè)問(wèn)題的軌跡圖.

在問(wèn)題1中正電荷、負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的兩種不同的軌跡，如圖7所示.

圖7 正負(fù)電荷不同的運(yùn)動(dòng)軌跡

在問(wèn)題2中因?yàn)橹缼щ娏Ｗ邮请娮?，同學(xué)們也能考慮到磁場(chǎng)方向的情況分別畫(huà)出了兩個(gè)圖(圖8)：一個(gè)是磁場(chǎng)方向垂直紙面向里情況的電子的軌跡圖，另一個(gè)是磁場(chǎng)方向垂直紙面向外情況的電子的軌跡圖.

圖8 兩帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡

在問(wèn)題3中通過(guò)分析帶電粒子的受力情況判斷出粒子的運(yùn)動(dòng)情況，并畫(huà)出做往復(fù)性運(yùn)動(dòng)的周期性運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖9所示.

圖9 帶電粒子做往復(fù)性運(yùn)動(dòng)軌跡

在問(wèn)題4中畫(huà)出恰好能從左邊界、右邊界飛出磁場(chǎng)的兩種臨界情況的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖10所示.

圖10 從兩世界飛出磁場(chǎng)的兩種臨界情況的運(yùn)動(dòng)軌跡

在問(wèn)題5中根據(jù)帶電粒子受到的洛倫茲力提供向心力，再根據(jù)牛頓第二定律推出粒子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)半徑的公式，從而判斷出速度越大軌道半徑越大，并通過(guò)縮放法畫(huà)出不同速度大小的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖11所示.

圖11 不同運(yùn)動(dòng)速度的粒子的軌跡

在問(wèn)題6中通過(guò)定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法畫(huà)出運(yùn)動(dòng)半徑相同而運(yùn)動(dòng)方向不同的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖12所示．

圖12 運(yùn)動(dòng)半徑相同而運(yùn)動(dòng)方向不同的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡

學(xué)生通過(guò)畫(huà)直觀、形象的軌跡圖形，加深了對(duì)影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的各種情況的理解．從以上所畫(huà)的各種具體、直觀的軌跡圖中，學(xué)生能快速、全面地歸納出影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性的6種情況，即：粒子電性的不確定、磁場(chǎng)方向的不確定、運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性、臨界狀態(tài)不唯一、速度大小的不確定和速度方向的不確定等6種情況．學(xué)生通過(guò)動(dòng)腦、動(dòng)手參與畫(huà)帶電粒子的各種軌跡圖，有效地增強(qiáng)了學(xué)生探究知識(shí)形成的親身體驗(yàn)，讓學(xué)生從本質(zhì)上理解到影響影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性的各種因素，并在頭腦中留下深刻的痕跡．幫助學(xué)生在頭腦中牢固形成“影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題的6種情況”的物理觀念．

3 通過(guò)變式探究培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

采用變式探究就是指構(gòu)建不斷提升的、利于學(xué)生思維發(fā)展和能力提升的學(xué)習(xí)方式．設(shè)計(jì)遞進(jìn)式變式探究就是要構(gòu)建符合學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)水平和認(rèn)知規(guī)律的不斷提升的學(xué)習(xí)臺(tái)階，搭建有利于學(xué)生通過(guò)努力就能不斷取得成功體驗(yàn)的階梯式平臺(tái)．在組織“帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題”的課堂教學(xué)中，為了讓學(xué)生能深入理解和掌握影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)多解性的6種情況，筆者采用了化繁為簡(jiǎn)、化整為零的思想，精心設(shè)計(jì)了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由易到難的多個(gè)階梯式提升的探究問(wèn)題，并逐一引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展問(wèn)題探究，給學(xué)生搭建了一個(gè)個(gè)不斷提升的階梯式的學(xué)習(xí)平臺(tái)．同學(xué)們?cè)谝延兄R(shí)和能力水平的基礎(chǔ)上，通過(guò)認(rèn)真思考順利地畫(huà)好每一個(gè)問(wèn)題的軌跡圖．在畫(huà)各種不同軌跡圖的探索中，讓學(xué)生能夠全面掌握影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)多解性的各種情況，有效地突破了影響帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題這一教學(xué)難點(diǎn)．在一次次找到正確答案的問(wèn)題探究中，學(xué)生不斷感受到進(jìn)行科學(xué)探究的喜悅，探究的學(xué)習(xí)熱情更進(jìn)一步地被激發(fā)出來(lái)，既有效地拓寬了學(xué)生的視野，又更好地培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，同時(shí)還培養(yǎng)他們獨(dú)立思考、敢于創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)．所以，在物理教學(xué)中采用階梯式變式探究更有利于培養(yǎng)學(xué)生的不斷深入探究的科學(xué)思維．

4 通過(guò)同伴互教培育學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度

在課堂教學(xué)中，筆者堅(jiān)持以生為本的教學(xué)理念，采用了“同伴互教”的方法，搭建了讓學(xué)生充分展現(xiàn)的自我的舞臺(tái)．在知識(shí)探究和知識(shí)的訓(xùn)練中，筆者都安排了一定的時(shí)間讓學(xué)生去審題、思考和討論，同時(shí)還請(qǐng)了一些同學(xué)來(lái)到講臺(tái)在黑板上畫(huà)圖板演，并讓上來(lái)畫(huà)圖的同學(xué)給大家分析所畫(huà)軌跡圖的特點(diǎn)和他為何如此畫(huà)軌跡圖的思路，這樣既讓大家明確了畫(huà)各種軌跡圖的理論依據(jù)，有時(shí)也能暴露出同學(xué)的一些問(wèn)題．例如，在問(wèn)題1的探究中，到講臺(tái)上在黑板板演的同學(xué)就將問(wèn)題1中的正電荷、負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的兩種不同的軌跡畫(huà)成與運(yùn)動(dòng)方向不相切的情況，或畫(huà)出的兩種軌跡幾乎是弦長(zhǎng)一樣長(zhǎng)的圓?。诮鉀Q帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題中，規(guī)范、準(zhǔn)確畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡圖是十分關(guān)鍵和重要的一個(gè)步驟．準(zhǔn)確畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡圖形既有利于幫助學(xué)生快速、正確地找到粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心、半徑和圓心角等關(guān)鍵的信息，又能促使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真畫(huà)圖和學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣．

在課堂上，筆者及時(shí)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題1中學(xué)生畫(huà)出的軌跡的問(wèn)題，立即引導(dǎo)學(xué)生再認(rèn)真觀察同學(xué)在黑板上畫(huà)出的軌跡圖，并提出“該同學(xué)畫(huà)的軌跡圖規(guī)范嗎？”這個(gè)問(wèn)題再次引起了全班同學(xué)的注意，同學(xué)們通過(guò)認(rèn)真觀察很快發(fā)現(xiàn)了其中的問(wèn)題，一位同學(xué)還主動(dòng)上臺(tái)指出了軌跡圖的錯(cuò)誤，并認(rèn)真畫(huà)出了規(guī)范的軌跡圖．又如，在問(wèn)題4的探究中，上臺(tái)板演的同學(xué)只畫(huà)出粒子從磁場(chǎng)右邊射出的運(yùn)動(dòng)軌跡，此時(shí)，坐在下面的一位同學(xué)立即舉手提出了不同的結(jié)果，并上臺(tái)補(bǔ)充畫(huà)了粒子從磁場(chǎng)左邊界射出的臨界情況的運(yùn)動(dòng)軌跡圖．在課堂上，學(xué)生的表述、畫(huà)圖和板演出現(xiàn)的問(wèn)題往往是最真實(shí)、最急需解決的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)動(dòng)同學(xué)之間相互糾錯(cuò)，會(huì)促使學(xué)生自我反思，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正同伴的錯(cuò)誤，能收到意想不到的效果．在物理課堂教學(xué)中，采用“同伴互教法”既能有效地調(diào)動(dòng)全體同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手和動(dòng)嘴參與到課堂的知識(shí)探究中來(lái)，讓學(xué)生真正成為課堂中學(xué)習(xí)的主人，也能更好地幫助學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真審題、畫(huà)圖和規(guī)范答題的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，還能讓幫助學(xué)生樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度的教學(xué)理念真正落實(shí)到實(shí)處．也只有這樣，才能讓我們的物理課堂更加高效．

物理核心素養(yǎng)包括“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”、“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”．教師在構(gòu)建物理課堂教學(xué)中，應(yīng)該依據(jù)核心素養(yǎng)的理念去分析教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程和組織物理教學(xué)過(guò)程，做到有的放矢，才能到達(dá)事半功倍的教學(xué)效果．也只有構(gòu)建符合學(xué)生認(rèn)知水平和認(rèn)知規(guī)律的高效的物理課堂，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，才能真正實(shí)現(xiàn)更好地培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的美好愿望．