(江蘇省武進(jìn)高級中學(xué)，江蘇 常州 213161)

物理練習(xí)課是高中物理教學(xué)的重要課型之一，練習(xí)作為鞏固和活化知識、發(fā)展科學(xué)思維能力、進(jìn)行教學(xué)評價的重要教學(xué)形式，是物理教學(xué)不可或缺的環(huán)節(jié)。

1 物理練習(xí)課的特點

第一，物理練習(xí)教學(xué)的形式豐富多樣，常見的有以鞏固新課為目的的問題解決型練習(xí)教學(xué)，即當(dāng)堂留有一定時間辨析概念、運(yùn)用概念和規(guī)律解決一些實際問題，可以是口頭解答、書面解答、設(shè)計操作、評價交流等形式，以加深學(xué)生對新知識的理解和鞏固，檢驗學(xué)生對新知識的掌握程度。

第二，在重要物理規(guī)律學(xué)習(xí)完成后，設(shè)置一整節(jié)或更多課時，以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理練習(xí)為主的習(xí)題課。它不是簡單地再現(xiàn)、鞏固所學(xué)物理知識，而是要揭示學(xué)生先前未注意到的概念、規(guī)律之間的新聯(lián)系，發(fā)展學(xué)生自主建構(gòu)知識體系、運(yùn)用所學(xué)思想方法、聯(lián)系實際解決問題等多方面綜合能力。

第三，寓規(guī)律于練習(xí)的新課教學(xué)，即物理規(guī)律的習(xí)得不是讓學(xué)生去死記硬背結(jié)論，而是在學(xué)生對有關(guān)問題進(jìn)行分析、探究，并對它的本質(zhì)有相當(dāng)認(rèn)識的基礎(chǔ)上進(jìn)行。練習(xí)新課教學(xué)立足于學(xué)生的主體行為，以學(xué)生的思考和操作為根本，依靠學(xué)生的親身體驗獲得對知識的新理解、對方法和技能的新感悟，不是教師直接告知，當(dāng)然也不是學(xué)生疲于機(jī)械的解題操作而荒于反思。有效地促使學(xué)生進(jìn)行有價值的思考，才是練習(xí)教學(xué)的關(guān)鍵所在。

2 基于學(xué)生思維發(fā)展解讀教材

“科學(xué)思維”作為物理核心素養(yǎng)的4要素之一，在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中58次出現(xiàn)“思維”這個關(guān)鍵詞，可見，在物理教學(xué)中遵循學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生思維能力，提升學(xué)生思維品質(zhì)具有重要意義。

人教版選修3-1第一章第9節(jié)“帶電粒子在電場中的運(yùn)動”，由“帶電粒子加速”“帶電粒子偏轉(zhuǎn)”“示波管的原理”三部分組成，教學(xué)內(nèi)容的梯度十分明顯，符合學(xué)生科學(xué)思維不斷發(fā)展的認(rèn)知規(guī)律。高中學(xué)生思維的培養(yǎng)要由直觀形象向邏輯抽象轉(zhuǎn)變，還常常需要與具體的感性經(jīng)驗相聯(lián)系，筆者通過演示實驗情景，提煉物理模型，巧設(shè)問題情境等方式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作與交流，將未知的微觀帶電粒子受力運(yùn)動與已知的宏觀物體受力運(yùn)動知識建立關(guān)聯(lián)，逐步完成基于學(xué)生思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計。其中，示波管原理部分不僅對力學(xué)、電學(xué)知識的綜合能力要求較高，而且要有一定的空間想象能力，教學(xué)中要注意思維方式的循序漸進(jìn)，幫助學(xué)生鋪設(shè)合理臺階，逐步提高他們的綜合分析能力。為此，教師要充分利用好教材“思考與討論”欄目中為學(xué)生設(shè)置的4個問題，讓學(xué)生在科學(xué)探究、交流協(xié)作中理解示波器原理。結(jié)合學(xué)生思維發(fā)展的特點，學(xué)生可能存在以下思維障礙。

(1) 處理帶電粒子在電場中運(yùn)動的問題時，重力是否可以忽略？

(2) 關(guān)于帶電粒子做勻加速運(yùn)動，用勻加速運(yùn)動的公式來處理，還是用動能定理來處理？哪一種處理方式更優(yōu)越？

(3) 帶電粒子垂直電場線方向射入勻強(qiáng)電場，用什么樣的方法分析處理此類曲線運(yùn)動？

(4) 示波管中為什么要有兩組偏轉(zhuǎn)電極？怎樣定出不同時刻光斑的位置？

筆者根據(jù)學(xué)生的思維特點，設(shè)計了3個創(chuàng)新實驗，逐步突破學(xué)生存在的思維障礙。

3 物理練習(xí)課教學(xué)案例分析

本節(jié)課通過例題形式研究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)問題，主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)知識和電學(xué)知識的能力。筆者通過演示創(chuàng)新實驗、構(gòu)建物理模型、鋪設(shè)問題情境、放飛思維想象等方法，逐步提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

3.1 演示創(chuàng)新實驗，構(gòu)建物理模型

圖1

實驗引入：如圖1所示，正對放置的平行板電容器兩極板相距約10cm，分別與手搖式感應(yīng)起電機(jī)的兩個電極連接，用一根絕緣細(xì)線將包著鋁箔的乒乓球懸掛在兩極板間。邀請一位學(xué)生配合演示實驗，慢慢手搖感應(yīng)起電機(jī)，學(xué)生觀察到乒乓球在兩極板間往復(fù)運(yùn)動；隨著手搖速度加快，乒乓球與極板間的撞擊聲和撞擊頻率均變大；緊接著教師剪斷細(xì)線，乒乓球掉落于桌面。

教師設(shè)計問題情境，學(xué)生探尋原因并作匯報交流。

設(shè)計意圖：一是明確帶電粒子的運(yùn)動情況仍然要從受力分析出發(fā)，為培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用力學(xué)知識和電學(xué)知識的能力作好鋪墊；二是由此構(gòu)建理想化物理模型。剪斷細(xì)線后，乒乓球在電場力和重力的共同作用下做復(fù)雜的曲線運(yùn)動，但學(xué)生處理帶電粒子在電場中運(yùn)動的問題時，常常因“重力是否可以忽略”感到迷茫。

3.2 簡化物理模型，突出理論推導(dǎo)的作用

實驗演示：陰極射線管接在高壓靜電發(fā)生器上，逐漸增大電壓，高速運(yùn)動的電子流打在熒光屏上，很容易觀察到電子沿直線運(yùn)動的軌跡。先從最簡單的運(yùn)動情況入手，分析在勻強(qiáng)電場中只受電場力作用、忽略重力的電子的加速運(yùn)動情況。

圖2

如圖2所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間電勢差為U0，間距為x，質(zhì)量為m電荷量大小為e的電子(重力不計)，在靜電力作用下由靜止開始從負(fù)極板向正極板運(yùn)動。求電子到達(dá)正極板時的速度。

教師引導(dǎo)學(xué)生分組，分別用勻加速運(yùn)動的公式和動能定理兩種方法來處理。請學(xué)生分析對比兩種方法的優(yōu)劣：利用動能定理解決問題時，不需要考慮運(yùn)動中間過程，解題簡潔、計算量小，而且能夠解決帶電粒子在非勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動問題，而利用運(yùn)動學(xué)公式只能分析電子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動情況。

直接取教材P34提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，若m=0.9×10-30kg，e=1.6×10-19C，U0=2500V，求v0的大小。

設(shè)計意圖：一是培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)真實情境,構(gòu)建物理模型的意識和能力。二是引導(dǎo)學(xué)生比較兩種解題方法的優(yōu)劣，強(qiáng)調(diào)動能定理的優(yōu)越性，但并不忽視運(yùn)動學(xué)知識的作用。動能定理只能求速度的大小，不能求速度的方向，這也為下一環(huán)節(jié)解決曲線運(yùn)動的速度方向問題埋下伏筆。三是具體的數(shù)據(jù)運(yùn)算源于教材，緊扣教材，能讓學(xué)生直觀感受高速電子流獲得的可能性。

3.3 類比原有知識，提升模型建構(gòu)和科學(xué)思維能力

實驗演示：若將接在高壓靜電發(fā)生器上的平行板電容器的兩個極板，分別水平正對放置在陰極射線管的上下兩側(cè)(如圖3)，高速電子流的運(yùn)動軌跡會怎樣變化呢？

圖3

圖4

學(xué)生回答：發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

構(gòu)建模型：基于以上分析，我們將實驗現(xiàn)象簡化為物理模型，如圖4所示，質(zhì)量為m、電荷量大小為e的電子以平行于極板的初速度v0，射入長L、板間距離為d的平行板電容器間，兩板間電壓為U，分析電子的偏轉(zhuǎn)情況。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)基于學(xué)生思維發(fā)展的特點，通過類比構(gòu)建物理模型，設(shè)計高度關(guān)聯(lián)但又層層遞進(jìn)的問題，很自然地激發(fā)了學(xué)生探究的欲望。

3.4 拓展應(yīng)用，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

師生共同探討：當(dāng)U=0時，電子打在熒光屏的中心；當(dāng)U增大，則y變大，是不是U可以無限增大呢？結(jié)論：不是，U過大則會打在極板上。當(dāng)U反向，則y也反向……可以通過y的大小判斷U的大小，我們把這個電壓叫信號電壓。

師：如果信號電壓的大小周期性變化，在熒光屏上呈現(xiàn)什么現(xiàn)象？

生：出現(xiàn)一條豎直的亮線。

教師演示，用記號筆在白紙上周期性上下往復(fù)移動，留下的軌跡表示光斑的徑跡，得到一條不斷重合的直線，如圖5中的直線。

圖5

師：我們無法判斷各個時刻亮斑的位置，即無法表現(xiàn)信號電壓在每個時刻的大小，有什么辦法？你是否也能模擬光斑的徑跡？

學(xué)生分組討論、交流：記號筆上下往復(fù)移動表示偏轉(zhuǎn)位移y隨信號電壓U的變化而變化，如果同時水平勻速抽動白紙，則光斑的徑跡便不再重疊在一起。師生共同協(xié)作，完成模擬實驗，得到如圖5中的曲線。

至此，師生共同進(jìn)行理論探究，交流并完成模擬實驗，定性了解了示波器的原理。本環(huán)節(jié)是整節(jié)課所學(xué)知識的整合與應(yīng)用，不僅培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的能力，還使學(xué)生逐漸形成對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

4 物理練習(xí)課的實踐與思考

傳統(tǒng)的高中物理練習(xí)教學(xué)往往存在脫離實際、過于模型化等傾向，缺少物理情境的真實性以及物理學(xué)與社會、文化、技術(shù)、相關(guān)學(xué)科之間的聯(lián)系。物理練習(xí)課是高中物理教學(xué)重要的課型之一，它不僅能促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用，還能促進(jìn)學(xué)生掌握方法、發(fā)展能力，也能為教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及思維方式，為改進(jìn)教學(xué)提供重要信息。

4.1 物理練習(xí)教學(xué)的作用

物理練習(xí)教學(xué)的首要作用是幫助學(xué)生鞏固和活化基礎(chǔ)知識，加深和拓展學(xué)科知識。首先，在概念、規(guī)律的教學(xué)中，學(xué)生要能理解概念建立、規(guī)律探究的事實依據(jù)和理論基礎(chǔ)，因教學(xué)內(nèi)容受到系統(tǒng)性、篇幅、課時以及學(xué)生的知識遷移能力不同的限制，如果不讓學(xué)生將新的知識反復(fù)應(yīng)用于不同情境，他們就不能牢固掌握和靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識。其次，物理練習(xí)教學(xué)能促進(jìn)學(xué)生技能提高和能力發(fā)展。物理練習(xí)教學(xué)的核心是解決問題，同時，它又是實踐性很強(qiáng)的學(xué)習(xí)活動。面對新的問題情境時，學(xué)生必須進(jìn)行分析與綜合、判斷與推理、設(shè)計與操作，從而促進(jìn)心智技能、動作技能等的發(fā)展。最后，物理練習(xí)教學(xué)是進(jìn)行教學(xué)評價的重要手段。對于學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和心理狀況等，教師可以通過課堂觀察、提問、完成物理練習(xí)的過程和結(jié)果進(jìn)行深入考查。

4.2 重視物理情境的創(chuàng)設(shè)

知識的學(xué)習(xí)是依賴于情境的，物理練習(xí)教學(xué)就是將概念、規(guī)律的學(xué)習(xí)與豐富的情境聯(lián)系起來的過程。首先，學(xué)生在練習(xí)過程中，不斷面對新問題，并應(yīng)用已有的知識和思維方法處理新問題，從而發(fā)現(xiàn)并糾正自己在知識理解上的謬誤和不足。其次，許多練習(xí)題源于現(xiàn)實的生產(chǎn)、生活實際和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，學(xué)生在強(qiáng)化知識、方法學(xué)習(xí)的同時，還能理解物理科學(xué)與社會、技術(shù)的聯(lián)系。在“帶電粒子在電場中的運(yùn)動”教學(xué)中，通過相互關(guān)聯(lián)并逐步深入的3個實驗創(chuàng)設(shè)物理情境，把知識的學(xué)習(xí)融于根據(jù)物理情境構(gòu)建物理模型的研究過程之中。最后通過創(chuàng)設(shè)模擬情境，師生協(xié)作描繪光斑徑跡，以了解示波管的工作原理，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

4.3 以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為目標(biāo)

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，高中物理教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)。在課堂教學(xué)引入環(huán)節(jié)，基于實驗概括“是否要考慮重力”的條件，教師的講授與實驗緊密結(jié)合，學(xué)生從中真正理解“理想化模型”的意義，形成物理觀念。在教學(xué)中，看似解了兩道例題，實際上教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞真實而復(fù)雜的物理情景，經(jīng)歷物理問題的提出、物理模型的建構(gòu)、問題解決、實踐操作等過程，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。