基于“問題解決”模式的課堂教學實踐

左祥勝

(江蘇省宿遷中學，江蘇　宿遷　223800)

基于“問題解決”模式的課堂教學實踐

左祥勝

(江蘇省宿遷中學，江蘇宿遷223800)

摘要：課堂教學的目標就是讓學生學會問題解決，提升學生的科學素養(yǎng)。教師通過設置學生感興趣的、有一定思考價值的問題情境，讓學生通過問題解決，提高分析與解決物理問題的能力以及學習的熱情。本文以“運動電荷在磁場中受到的力”為例，淺談“問題解決”模式運用于課堂教學的設計方法。

關鍵詞：問題解決；運動電荷在磁場中的受力；教學設計

1問題解決

1.1　什么是問題解決

所謂“問題解決”，一般是指形成一個新的答案，超越過去所學規(guī)則的簡單應用而產(chǎn)生一個解決方案.當常規(guī)或自動化的反應不適應當前的情境時，問題解決就發(fā)生了.通俗地說，“問題解決”就是由一定情景引起的，按照一定的目標，應用已習得的概念、命題和規(guī)則等，經(jīng)過一系列思維操作，使問題得以解決的過程.“問題解決”能力是物理思維能力的核心，對學生的學習有著重要的作用.加涅認為“教育課程的重要的最終目標就是教學生解決問題”.

1.2　如何創(chuàng)設有效的“問題解決”模式

奧蘇貝爾在談到問題解決時強調：“要把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學習者解決真實的問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能，并促進自主學習能力的發(fā)展.”因此，在教學中，教師應將學生感興趣的、有一定思考價值的問題設置為問題情境，以激發(fā)學生學習的熱情.同時，所設置的問題情境應使學生產(chǎn)生某種程度的不確定感，以喚起學生探究未知問題的熱情.學生在分析解決問題時，可以嘗試各種假設，用以拓寬自己的思維.在整個問題解決過程中，教師要讓學生成為發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的主動學習者，引導學生運用已習得的知識、技能去處理在學習和實際中遇到的新異問題.

銜接.

模擬創(chuàng)業(yè)課堂形式多樣，一方面要承擔知識傳遞的功能，另一方面擔負著學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實踐過程中，筆者發(fā)現(xiàn)中學生大多喜歡這種教學形式，但熱熱鬧鬧的課堂卻弱化了對知識的掌握.筆者認為可在課堂準備階段讓學生完成相對應的創(chuàng)業(yè)企劃書，這一創(chuàng)業(yè)企劃書必須要融入相對應的知識，在電路產(chǎn)品研發(fā)中則為原理圖的設計.在實際教學中要注意呵護學生的參與熱情，激發(fā)其改良產(chǎn)品的動機，逐漸培養(yǎng)其創(chuàng)新能力.

參考文獻：

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[2] 孫雅靜,趙雷洪.基于PTA量表的物理化學綜合實踐活動的實施與評價[J].高師理科學刊,2013，(6).

[3] 劉炳昇，李容.義務教育教科書物理九年級上冊[M].南京：江蘇科學技術出版社，2014.

[4] 劉炳昇.在物理課程中設置“綜合實踐活動”的意義和教學建議——以“蘇科版”物理教材中的綜合實踐活動為例[J] .物理之友，2015，31(1).

圖1

那么，在中學物理課堂教學中問題解決的過程是如何展開的呢？筆者按圖1所示的“問題解決”模式進行教學，收到良好的教學效果.

2基于“問題解決”的課堂教學設計

現(xiàn)以人教版高中物理選修3-1“運動電荷在磁場中受到的力”為例，做基于問題解決模式的教學設計.

2.1　教材分析

本節(jié)起承上(安培力)啟下(帶電粒子在勻強磁場中的運動)的作用.洛倫茲力的方向和大小是本節(jié)教材內容的重點，實驗結合理論探究洛倫茲力的方向，再由安培力表達式推導出洛倫茲力表達式的過程是培養(yǎng)學生邏輯思維能力的好機會，一定要讓全體學生都參與這一過程.在教學過程中重視“過程與方法”的目標實現(xiàn)；同時，要讓學生體會到科學探究的一般方法：“推理—猜想—實驗驗證”.

2.2　教學目標

2.2.1　知識與技能

(1) 知道什么是洛倫茲力，并會用左手定則判斷洛倫茲力的方向.

(2) 理解洛倫茲力與安培力的關系，掌握計算洛倫茲力大小的公式推導過程.

(3) 知道電視顯像管的基本構造以及它工作的基本原理.

2.2.2　過程與方法

(1) 經(jīng)歷實驗探究洛倫茲力方向的過程.

(2) 經(jīng)歷由安培力公式推導洛倫茲力公式的過程.

2.2.3　情感態(tài)度與價值觀

體會物理學的邏輯美、規(guī)律的統(tǒng)一美；體會物理學與社會生活、自然現(xiàn)象的關系.

2.3　新課教學

2.3.1　設置問題情境：引入新課

(1) 觀看視頻：北極上空的極光.

師：同學們，我們現(xiàn)在來欣賞一種美麗的自然現(xiàn)象、多姿多彩的極光.

問題：極光現(xiàn)象一般在什么地區(qū)最容易發(fā)生？為什么會產(chǎn)生極光現(xiàn)象？

(2) 觀察電視圖像變形

師：接下來，我們來做一個有趣的實驗.通過攝像頭，把一位同學的圖像信號送到電視機里.現(xiàn)在，把一根“魔棒”(包有白紙的磁鐵)靠近電視機的熒光屏，我們看到，本來模樣挺端莊同學，現(xiàn)在卻走樣了.

師：為什么圖像變形了，是這根魔棒真的有魔力嗎？

生：磁鐵.

師：為什么磁鐵靠近熒光屏會發(fā)生這種現(xiàn)象呢？同學們想知道其中奧秘嗎？要解釋這些現(xiàn)象，等學習完本節(jié)課的內容就清楚了.

2.3.2　提出問題，猜想和假設

(1) 運動電荷在磁場中受力

師：什么叫安培力？怎樣計算安培力的大??？如何判斷安培力的方向？電流是如何形成的？電流強度是怎樣定義的？

師：既然通電的導線在磁場中會受到力的作用，而電流是由電荷定向移動形成的.那么磁場對運動電荷是否也有力的作用力呢？請同學們提出猜想.

生：運動電荷在磁場中可能受到力的作用.

師：我們能否這樣認為，磁場對通電導線的安培力是作用在大量運動電荷上力的矢量和呢？

生：可以這樣認為.

2.3.3　設計解決方案

師：實驗是檢驗假說的唯一標準，任何的猜想都必須要經(jīng)過實踐的檢驗.(展示陰極射線管實物，介紹其工作原理.)

師：陰極射線管內是真空.當左右兩個電極連接到高壓電源時，陰極會發(fā)射電子.電子在電場的加速下飛向陽極.擋板上有一個扁平的狹縫，電子飛過擋板后形成一個扁平的電子束.長條形的熒光板在陽極端稍稍傾向軸線，電子束掠射到熒光板上，顯示出電子束的徑跡.

師(演示)：沒有加磁場時，觀察陰極射線管中電子流的運動軌跡.

生：是一條直線(如圖2).

師(演示)：用一個馬蹄形磁鐵在電子束的路徑上加磁場，嘗試不同方向的磁場對電子束徑跡的是否有影響，此時電子束的徑跡還是一條直線嗎？

生：不是一條直線，電子束的徑跡彎曲了(如圖3).

師：請同學們想一想，通過實驗可以得出什么結論？

生：運動電荷在磁場中受到力的作用.

師：實驗表明，陰極射線管中的電子束在磁場中發(fā)生偏轉，磁場對運動電荷確實存在作用力.我們把運動電荷在磁場中受到力的作用叫做洛倫茲力.

2.3.4進行問題解決：理論分析與實驗探究相結合

師：力是矢量，既有大小也有方向.那么，洛倫茲力方向如何確定呢？

生：既然通電導線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，磁場對電流的作用力的實質是磁場對運動電荷的作用力，洛倫茲力的方向可用左手定則來判定.

師：觀察陰極射線管實驗，看電子束偏轉方向與左手定則判定是否一致？

生：完全一致.

師：這說明，安培力和洛倫茲力本質上屬同一種力；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本質.

(師生歸納洛倫茲力的方向、左手定則，略.)

師：如果v與B不垂直，如何研究？

生：將v沿著B方向和垂直B的方向分解，洛倫茲力的方向垂直于v和B所決定的平面.

師：同學們用左手定則判定了洛倫茲力的方向，那么怎樣才能求出洛倫茲力的大?。课覀冎离姾啥ㄏ蜻\動時所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現(xiàn)為導線所受的安培力，我們能不能按照這個思路，由安培力的表達式來導出洛倫茲力的表達式？

生：可以.

師(在學生“最近發(fā)展區(qū)”搭建腳手架)：如圖4所示，設有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為v.這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中(自由電荷帶正電)，求：

圖4

(1) 通電導線中的電流；

(2) 通電導線所受的安培力；

(3) 這段導線內的自由電荷數(shù)；

(4) 每個電荷所受的洛倫茲力.

此環(huán)節(jié)為學生的自主探究過程.教師巡查，發(fā)現(xiàn)學生推導過程中存在問題，在推導結束后的階段，選擇有代表性的問題投影，然后組織學生分析、討論、評價，最后解決問題，得到正確的推導過程.

生：導線中的電流為I=nqSv,所受到的安培力為F=BIL=BnqSvL,運動電荷的總數(shù)為N=nSL，單個運動電荷所受到的作用力為f=F/N,即洛倫茲力大小為f=qvB.

師：f=qvB的適用條件是什么？

生：電荷的運動方向與磁場方向垂直.

2.3.5　評價與提升

師：討論下列幾種情況：

(1) 當v平行于B時，運動電荷所受洛倫茲力大小是多少？

(2) 當v垂直于B時，運動電荷所受洛倫茲力大小是多少？

(3) 洛倫茲力的大小與哪些因素有關系？

生：(1)F=0；(2)F=qvB，最大；(3) 與以下四個因素有關：電荷運動的方向和磁場方向的夾角、電荷量q、電荷的運動速率v、磁感應強度B的大小.

師：根據(jù)洛倫茲力的方向與帶電粒子的運動方向的關系，請你推測：洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什么影響？洛倫茲力對帶電粒子做的功是多少？

生：由于洛倫茲力與速度方向始終垂直，只改變速度方向，不能改變速度的大小.即洛倫茲力對運動的電荷不做功.

師：洛倫茲力是一種非常重要的力，它的應用也非常廣泛.電視機中的顯像管應用了電子束磁偏轉的道理.電子束通過一個通電的線圈，線圈形成磁場，電子在洛倫茲力的作用下進行偏轉，這才有了我們看到的電視畫面.

師：電視機熒光屏要顯示出圖像，一定要有電子打到熒光屏各處.那么，電子從哪里來呢？

師(演示)：(拆開電視機后蓋，如圖5)顯像管中有一個陰極、工作時它能發(fā)射電子，熒光屏被電子束撞就能發(fā)光.可是，很小的一束電子打在熒光屏上只能使一個點發(fā)光，而實際上要使整個熒光屏發(fā)光.這就要靠磁場來使電子束偏轉了.沒有磁場時電子束打在熒光屏正中的點.為使電子束偏轉，由安裝在管頸的偏轉線圈產(chǎn)生偏轉磁場，圖6為顯像管中電子束工作示意圖.

(1) 要是電子打在a點，偏轉磁場應該沿什么方向？

(2) 要是電子打在b點，偏轉磁場應該沿什么方向？

(3) 要是電子打從a點向b點逐漸移動，偏轉磁場應該怎樣變化？

圖7

生：(1) 垂直于紙面向外；

(2) 垂直于紙面向內；

(3) 先垂直于紙面向內漸減小，垂直于紙面向外漸增大.

師：實際上，在偏轉區(qū)的水平方向和豎直方向都有磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點不斷移動，這在電視技術中叫做掃描(如圖7).電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫做一場，電視機中每秒進行50場掃描，所以我們感到整個熒光屏都在發(fā)光.

3教學反思

在實際教學中我們發(fā)現(xiàn)：將“問題解決”引入物理課堂教學，調動了學生學習的積極性和主動性，激發(fā)了學生的問題意識與探究的熱情.由于平時的課堂教學大多數(shù)以教師講授為主，現(xiàn)在改變課堂教學形式，雖然課堂氣氛活躍，但是有少數(shù)學生在課堂上無所事事，“問題解決”的目的性和有效性欠缺，僅僅是做做樣子而已.學生動手操作實驗器材的能力、實驗現(xiàn)象分析的能力也有待于進一步加強.

運用“問題解決”模式教學，“問題”設計是關鍵，教師要處理好預設與生成的關系，不能讓預設問題牽著學生的鼻子走.這對教師來說也是一種挑戰(zhàn)，教師只有不斷加強學習，提高自己業(yè)務的能力，才能有駕馭課堂的能力.

[1] 陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2014.

[2] 廖伯琴.物理教育學[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3] 鄭少華.“磁場對運動電荷的作用力”教學設計[J].中學物理教學參考，2008，37(9).

[4] 陳建華.中學物理“問題解決”教學探究[J].上海教育科研，2009，(8).