董雯雯 付彪

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）32-0140-02

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)展和社會發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責任”四個方面。學(xué)習(xí)不是由教師向?qū)W生傳遞知識的過程，而是學(xué)生建構(gòu)自己知識的過程。由此可見，學(xué)生才是課堂的主體，教師只是組織、引導(dǎo)和幫助學(xué)生進行知識結(jié)構(gòu)的建構(gòu)。學(xué)生終身受益的不是物理知識，而是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。因此，要求我們物理教師必須要更新教育理念，轉(zhuǎn)型課堂教育，從物理教學(xué)走向物理教育。

物理概念是人們頭腦中對客觀事物的物理共性和本質(zhì)特性的反映，是物理事物和物理過程的思維加工和抽象概括。所以，物理概念是很抽象的，既不容易教，又不容易學(xué)。[1]在教學(xué)實踐中，教師都非常重視物理概念的教學(xué)，通常會從物理概念的內(nèi)涵、外延以及與有關(guān)概念的聯(lián)系及相近概念的區(qū)別這三個方面發(fā)力。這樣的教學(xué)嚴謹扎實，有利于學(xué)生在短時間內(nèi)強化對概念的認識，形成應(yīng)考的知識結(jié)構(gòu)和解題技能。但是，這種教學(xué)“重結(jié)果”而“輕過程”，強調(diào)物理概念知識本位，將概念的學(xué)習(xí)理解完全等同于對概念符號或定義的陳述，忽視了對概念形成過程的教學(xué)，致使一部分學(xué)生只是死記硬背，沒有真正理解其實質(zhì)，囫圇吞棗、食而不化，應(yīng)用時瞎套公式，在茫茫題海中逐漸失去了對物理學(xué)習(xí)的興趣。因此本節(jié)課，以《帶電粒子在勻強磁場中的運動》的教學(xué)為例，談?wù)勅绾卧趯嵺`教學(xué)中注重物理概念形成過程。[2]

結(jié)合物理核心素養(yǎng)的四個方面，在“帶電粒子在磁場中的運動”課堂教學(xué)中，學(xué)生要達成的核心素養(yǎng)目標為：

（1）通過魔術(shù)實驗和已有知識，力與運動的關(guān)系與運動電荷在磁場中受的力，推斷帶電粒子在磁場中的運動情況，進一步形成運動觀念。（2）通過優(yōu)化的物理實驗，驗證推理結(jié)論，獲取證據(jù)并做出解釋，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度。（3）通過對帶電粒子垂直射入勻強磁場做勻速圓周運動的軌道半徑和周期公式的推導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生嚴密的科學(xué)態(tài)度。（4）了解質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，理解質(zhì)譜儀的原理，理解科學(xué)與社會、技術(shù)之間的關(guān)系，從而形成一定的社會責任感。

下面結(jié)合教學(xué)設(shè)計，談?wù)勎以诮虒W(xué)過程中如何實現(xiàn)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

一、魔術(shù)實驗引入，激發(fā)學(xué)習(xí)動機

課堂開始，設(shè)計以下魔術(shù)，教師事先將強磁貼藏在右手中，用左手在示波器屏幕前晃動，示波器圖像沒有絲毫變化，用右手在示波器前晃動，示波器內(nèi)的圖像明顯變形，引起學(xué)生的興趣。

通過上述實驗，一方面，好奇是指學(xué)生對新奇的事物的觀察、擺弄、詢問、思考，從而對事物產(chǎn)生一種原始的內(nèi)在運動。通過這樣的實驗吸引學(xué)生的眼球，從而啟發(fā)思考，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，這是形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。另一方面，符合學(xué)生的思維發(fā)展特點。學(xué)生已經(jīng)在之前帶電粒子在電場中的運動中，知道了示波器的原理，其中有高速運動的電荷，運動電荷在強磁鐵的磁場作用下運動軌跡發(fā)生變化，由于學(xué)生上節(jié)課知道運動電荷在磁場中受到的力是洛倫茲力，引出學(xué)生思考帶電粒子在勻強磁場中如何運動。這是形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一個關(guān)鍵步驟。[3]

二、改進演示實驗，突破教學(xué)重難點

本節(jié)課的重點是學(xué)生能夠理解帶電粒子垂直射入勻強磁場做勻速圓周運動的成因，同時也是這節(jié)課的教學(xué)難點。對于已有的教學(xué)方式，一般教師會利用洛侖茲力演示儀進行演示實驗，同樣，該實驗也是一個演示實驗，但由于實驗儀器的大小有限，觀察角度有限，很多同學(xué)不能清晰地觀察出實驗結(jié)果。因此，教學(xué)效果大打折扣。

因此，我對解決實驗儀器的觀察角度問題做了以下改進。首先，實驗的第一步，我仍然采取教師演示。但是，在觀察實驗現(xiàn)象之前我們必須對實驗一起進行介紹。為了讓更多的學(xué)生能夠清晰地觀察到實驗儀器，我在洛侖茲力演示儀前放了一個攝像頭，并將攝像頭的圖像投射在電腦屏幕上。這樣在介紹實驗儀器時，即使最后一排的學(xué)生也能清晰地觀察到實驗儀器。這個方法同樣可以解決觀察實驗現(xiàn)象的問題，在觀察帶電粒子在磁場種運動軌跡時，我們可以借助攝像頭的影像進行觀察。

但是，運動帶電粒子在垂直進入磁場時軌跡應(yīng)該是個平面的圓形，可是我們從正面很難分辨帶電粒子的軌跡到底是平面的圓形還是螺旋線。所以，我對實驗進行了第二點改進。我在實驗儀器的側(cè)面也安裝了一個攝像頭，同樣將畫面連接到電腦屏幕上，通過和面切換，同學(xué)們便可以看到帶電粒子軌跡側(cè)面的圖像。

最后，雖然本實驗是一個教師演示實驗，但是為了讓學(xué)生自己探究帶電粒子在勻強磁場中運動的其他情況，我在班級的四個角分別放了實驗儀器，學(xué)生分組進行實驗探究。

這樣符合了學(xué)生得認知規(guī)律，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)得積極性，千言萬語道不清，一看實驗就分明，實驗是物理這門學(xué)科的靈魂。通過改進演示實驗，能夠讓學(xué)生觀察到更清晰的實驗結(jié)果，使實驗結(jié)果更加有說服力，得出最真實的結(jié)論。這樣才能保證物理規(guī)律的真實性、客觀性和真理性，也逐漸培養(yǎng)了學(xué)生事實求是的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生分組實驗時實現(xiàn)了學(xué)習(xí)共同體的共同合作，發(fā)表自己的意見，學(xué)會溝通交流等科學(xué)態(tài)度與責任感。

三、創(chuàng)新實驗，引導(dǎo)學(xué)生深入思考

本節(jié)課既涉及磁場的知識，也涉及動力學(xué)知識，由于動力學(xué)知識是學(xué)生高一學(xué)習(xí)的內(nèi)容，時間太長學(xué)生有遺忘的現(xiàn)象。但是學(xué)生在動力學(xué)知識學(xué)習(xí)時，有一個非常典型的模型——“繩—球”模型。即在光滑水平面上的輕繩一端與小球相連，另一端固定與水平面上某一點，當給小球一垂直于繩方向的初速度，小球?qū)⒃诶K拉力的作用下做勻速圓周運動。這與運動電荷垂直進入磁場時，受力情況和運動情況相同。所以，運用類比的方法也可以得出運動電荷垂直進入磁場時做勻速圓周運動的事實。

由于“繩—球”模型只是一個理想模型，很多同學(xué)并沒有親自做過這個實驗，因此，我利用比較光滑的木板，做了接近“繩—球”的模型，在誤差允許的范圍內(nèi)，為同學(xué)演示了上述實驗，根據(jù)實驗現(xiàn)象，讓學(xué)生思考如果沒有摩擦，小球做的是勻速圓周運動，進而得出運動電荷垂直進入磁場時的運動狀態(tài)。

這個實驗，我們采取類比實驗，效果更加生動、形象、深刻。并且很好地將力學(xué)與磁學(xué)的知識結(jié)合，讓學(xué)生將已有知識與現(xiàn)學(xué)知識建立聯(lián)系，形成知識結(jié)構(gòu)。并且揭示了電磁場的動力學(xué)本質(zhì)，使磁場的建構(gòu)更加完整，也為接下來的學(xué)習(xí)磁場打下了一定的基礎(chǔ)。學(xué)生通常是能夠分析出受力和運動，也知道運動和力的關(guān)系下由動力學(xué)關(guān)系可以推出運動狀態(tài)，但是缺少感性認識。當然，“繩—球”模型實驗是純動力學(xué)的實驗，如果在高一講解動力學(xué)知識時就借助這個實驗，效果會更加明顯。

四、基于問題設(shè)置，加強物理學(xué)科思維

當然，實驗只是課堂的載體，學(xué)生科學(xué)思維的提升才是關(guān)鍵。在實驗的利用上，教師必須注重問題的引導(dǎo)，這樣才能實現(xiàn)物理實驗效果的最大化，形成學(xué)生的物理學(xué)科思維。如在演示實驗時，我設(shè)計了以下幾個問題：

1.洛倫茲力與速度方向的關(guān)系？

2.洛倫茲力會改變速度的大小和方向嗎？

3.在勻強磁場中做什么運動？

這樣的“問題鏈”，都是針對理解帶電粒子垂直射入勻強磁場做勻速圓周運動的成因這一問題設(shè)計的。幫助學(xué)生有方向地進行實驗觀察，并且進行思考來尋找解決問題的答案，再進行試驗的效果將事半功倍。

五、基于評價，促進學(xué)生思考

本節(jié)課通過以下幾個層次來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果：

物理概念教學(xué)要研究學(xué)生的已有學(xué)習(xí)體驗和生活經(jīng)驗，重視概念形成過程的教學(xué)。本節(jié)課，從學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象出發(fā)，我們利用六個主要教學(xué)環(huán)節(jié)（觀察現(xiàn)象、提出猜想、實驗探究活動、理論分析活動、知識鞏固、知識拓展）來進行帶電粒子在電場中運動的探究學(xué)習(xí)。在實驗資源有限的情況下，教師通過創(chuàng)新演示實驗向?qū)W生展示豐富多彩的物理現(xiàn)象，在實驗過程中“師引導(dǎo)，生思考，師操作，生細看”成為一道屬于物理的靚麗的風(fēng)景，幫助學(xué)生直觀、形象地理解物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，形成物理概念。不僅如此，在學(xué)校條件允許的情況下，盡量地多開展學(xué)生分組實驗，不僅可以加強學(xué)生的動手能力，體驗物理規(guī)律形成的艱辛，還能樹立科學(xué)創(chuàng)新精神。在課外，教師還可以選擇合適的題目作為研究課題，鼓勵學(xué)生大膽進行物理實驗，并倡導(dǎo)充分利用身邊的物品做小實驗，讓學(xué)生從中獲得知識更直觀的科學(xué)認識，完成實現(xiàn)學(xué)生從被動接受知識向主動獲取知識的轉(zhuǎn)變。通過這些方式，營造一種輕松活潑的氛圍，化抽象為直觀，化空中樓閣為觸手可及，利用學(xué)生的多種感官和已有經(jīng)驗，通過親身體驗和例證分析，明確為什么要引入這個概念，這個概念是在什么基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的，引入它的物理意義何在？ 讓學(xué)生經(jīng)歷概念的形成過程，體驗抽象、概括的科學(xué)思維方法，這樣的概念就不再是鏡中花、水中月，而是栩栩如生地站在了學(xué)生的面前。

參考文獻：

[1]吳軍.中學(xué)物理概念教學(xué)的現(xiàn)狀分析及對策[J].物理通報，2009（2）：20-22.

[2]王小明.學(xué)習(xí)心理學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2013.

[3]于培翠. 高二學(xué)生電磁學(xué)前概念調(diào)查與干預(yù)教學(xué)研究[D].廣州大學(xué)，2019.