復(fù)習(xí)教學(xué)中促使學(xué)生思維整合的思考和實(shí)踐
——以“帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)”為例

黃 晶

（嵊州市第一中學(xué) 浙江 紹興 312400）

在高三，一輪復(fù)習(xí)是以知識(shí)立意為主，按照原有的章節(jié)順序從基本概念和基本規(guī)律出發(fā)進(jìn)行復(fù)習(xí).這樣學(xué)生形成了一定的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)，即基本掌握了高中學(xué)科知識(shí)，初步形成了知識(shí)體系，積累了比較豐富的解題經(jīng)驗(yàn).二輪復(fù)習(xí)則應(yīng)以能力立意為主，以提高能力為主要任務(wù)，使知識(shí)相對(duì)系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化.最終使學(xué)生站得更高，看得更遠(yuǎn).

“帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)”這一考點(diǎn)在最近兩年浙江省理綜考試中都做為壓卷題加以考查.因此筆者選擇這一熱門考點(diǎn)進(jìn)行了重視學(xué)生思維整合的實(shí)踐探索.

1 解構(gòu)

原題：（2010年全國高考新課程卷壓卷題）如圖1（a）所示，在0≤x≤a、0≤y≤范圍內(nèi)有垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一個(gè)粒子源，在某時(shí)刻發(fā)射大量質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在xOy平面內(nèi)，與y軸正方向的夾角分布在0～90°范圍內(nèi).己知粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑介于到a之間，從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時(shí)間恰好為粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期的.求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時(shí)的速度的大小以及速度方向與y軸正方向夾角的正弦.

圖1

對(duì)比：如圖1（b）所示，一足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)從矩形區(qū)域ad的中點(diǎn)O處，垂直磁場射入一速度方向跟ad邊夾角為30°，大小為v0的帶電粒子.已知粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，ad邊長為L，ab邊足夠長，重力忽略不計(jì).求粒子能從ab邊射出v0的大小范圍及粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間.

展示以上兩道作業(yè)習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比剖析兩物理情景的異同.學(xué)生討論后匯總意見可能有如下幾點(diǎn).

（1）兩題中物理情景的磁場邊界都是矩形邊界.

（2）求速度大小等同于求圓半徑，求時(shí)間等同于求圓心角.

（3）兩題中粒子的初速度各有特點(diǎn)：一是速度大小不變而方向變；二是速度方向不變而大小變.

（4）兩題中磁場方向相反……

教師總結(jié)：主要的異同集中在“兩粒子源發(fā)射方式”以及“磁場邊界”上.

2 轉(zhuǎn)化

引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建兩粒子源物理模型，如圖2所示.從中提煉出粒子源相應(yīng)的數(shù)學(xué)特征以及求解的一般思路.

圖2

3 重組

在復(fù)習(xí)教學(xué)中適時(shí)加以變式是十分有效的.所謂“變式”，就是指教師有目的、有計(jì)劃地對(duì)命題進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化，即教師可不斷更換命題中的非本質(zhì)特征；變換問題中的條件或結(jié)論；轉(zhuǎn)換問題的內(nèi)容和形式；配置實(shí)際應(yīng)用的各種環(huán)境，但應(yīng)保留好物理模型中的本質(zhì)因素.

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)兩例題加以變式，具體實(shí)踐中視學(xué)生能力而考慮是否出示啟發(fā)題，如2010年高考全國卷Ⅱ壓卷題.

學(xué)生在磁場邊界種類上展開熱烈討論，提出矩形、半無界、三角形、平行邊界、圓形、環(huán)形 … 等想法.

教師介紹二元坐標(biāo)聯(lián)想法應(yīng)循序發(fā)散.二元坐標(biāo)聯(lián)想法就是借用平面直角坐標(biāo)系在兩條數(shù)軸上標(biāo)點(diǎn)（元素），按序輪番地進(jìn)行兩兩組合，然后選出有意義的組合物的創(chuàng)新方法.如圖3所示，將各種組合作為坐標(biāo)元素填入坐標(biāo)，圖中標(biāo)明序號(hào)的就是聯(lián)想的區(qū)域，請(qǐng)同學(xué)列表格按次序合作學(xué)習(xí)加以探究.

圖3

4 整合

學(xué)生分組合作，從以往作業(yè)中循序找出各種組合對(duì)應(yīng)的具體物理情景（表1），并重新求解.引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)、鑒賞、對(duì)比、總結(jié)中構(gòu)建粒子源物理模型相應(yīng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò).

表1 帶電粒子在不同邊界磁場中運(yùn)動(dòng)

續(xù)表

5 評(píng)價(jià)

在交流評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中，教師需要學(xué)會(huì)傾聽不同的聲音，引導(dǎo)對(duì)話交鋒，從而提升教學(xué)層次.因?yàn)閷W(xué)生的觀點(diǎn)更為原生態(tài)、更有個(gè)性、更有創(chuàng)意，所以教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)聯(lián)想?yún)^(qū)域加以點(diǎn)評(píng).例如有學(xué)生提出還可以在二元聯(lián)想表中增設(shè)更一般的粒子源模型，即混雜“異向輻射粒子源、同向輻射粒子源”的一般粒子源，從而豐富了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示.例如有學(xué)生提出平行邊界區(qū)域?qū)?yīng)的兩道高考題有聯(lián)系，都是組合的平行邊界，但浙江的考題更加注重考查了對(duì)稱性思想.又例如有學(xué)生提出三角形邊界區(qū)域的2010年高考全國卷Ⅱ壓卷題的同向輻射粒子源出現(xiàn)了一些變異，即v不變但m在變，然而模型本質(zhì)不變……

6 聚焦

學(xué)生對(duì)聯(lián)想?yún)^(qū)域逐點(diǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，還提出圓形邊界十分具有代表性，值得進(jìn)一步加以研究.教師布置課后任務(wù)，學(xué)生合作學(xué)習(xí)尋找出圓形邊界典型情景.但在具體習(xí)題教學(xué)中，教師還要根據(jù)教育心理學(xué)原理和現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論，分析學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與水平，并對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加工、重組，形成一條符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律的“認(rèn)知序”，進(jìn)而體會(huì)物理的價(jià)值，感悟物理的美.例如處理圓形邊界的“磁聚焦和磁擴(kuò)散”問題時(shí)，為突出思維過程可以構(gòu)建以下習(xí)題鏈，如圖4所示.

圖4

7 反思

實(shí)踐表明，復(fù)習(xí)教學(xué)中也可以通過課內(nèi)討論和課外探究互補(bǔ)結(jié)合的學(xué)習(xí)形式，讓思維整合過程建立在學(xué)生自主活動(dòng)及經(jīng)歷情感體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，真正發(fā)揮學(xué)生的主體作用.本次實(shí)踐通過一開始對(duì)去年的典型高考題加以對(duì)比剖析，從中解構(gòu)出“粒子源”和“磁場邊界”兩大變量，構(gòu)建起相應(yīng)的物理模型以及求解方法，接著引入創(chuàng)造學(xué)的二元聯(lián)想法引導(dǎo)學(xué)生加以逐點(diǎn)變式遷移、完善結(jié)構(gòu)，同時(shí)針對(duì)高考熱點(diǎn)進(jìn)行縱橫深化，充分體現(xiàn)了“堅(jiān)持延遲判斷”、“注重過程分析”等教學(xué)原則，有效促進(jìn)了物理教學(xué)過程的優(yōu)化，將教學(xué)過程轉(zhuǎn)變成為學(xué)生的“亞研究”、“類創(chuàng)造”過程.其思維整合過程可以總結(jié)為如圖5所示.

圖5

1 吳加澍.對(duì)物理教學(xué)的哲學(xué)思考.課程·教材·教法，2005（7）

2 舒幼生.奧林匹克物理2.湖南教育出版社，1998（8）

3 王百慶，黃晶.磁聚焦與磁擴(kuò)散.物理教師，2010（1）

4 梁旭.關(guān)于課題研究的思考與探索.物理通報(bào)，2001（11）：20～23

5 黃晶.寓研究性學(xué)習(xí)于物理教學(xué)之中的嘗試.物理教師，2009（8）