基于分組討論式教學(xué)法的高中物理習(xí)題教學(xué)

匡莉+吳廣國(guó)+鄒斌

摘 要 習(xí)題教學(xué)是為了讓學(xué)生將課堂所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于解答問(wèn)題，可以用來(lái)檢驗(yàn)物理教學(xué)的效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力。分組討論式教學(xué)法通過(guò)互動(dòng)的方式，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，對(duì)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展、提高學(xué)生素質(zhì)有著重要作用。本文以磁流體發(fā)電機(jī)類(lèi)題型為例，將分組討論式教學(xué)法運(yùn)用于物理習(xí)題教學(xué)中，并通過(guò)實(shí)例分析詳細(xì)論述了其對(duì)習(xí)題教學(xué)的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞 分組討論 物理習(xí)題 案例分析

習(xí)題教學(xué)中應(yīng)該結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注知識(shí)熱點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)每一道題，強(qiáng)化學(xué)生的主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生尋覓解題思路，完成自主探究的過(guò)程[1]。盧惠林提出習(xí)題教學(xué)中重視習(xí)題的拓展研究以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，以學(xué)生為習(xí)題課堂的主體，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生共同發(fā)展[2]。傳統(tǒng)的物理習(xí)題課堂，往往都是教師一個(gè)人主講，即便是成績(jī)好的學(xué)生，面對(duì)如此單調(diào)的課堂，也難以集中精神，思維難以活躍[3]。采用分組討論式教學(xué)法會(huì)使得整個(gè)教學(xué)過(guò)程最大限度地實(shí)現(xiàn)老師和學(xué)生之間的互動(dòng)，讓學(xué)生成為課堂的主體，既幫助了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的把握，又重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生合作精神[4]。分組討論式教學(xué)法比較適合現(xiàn)行素質(zhì)教育環(huán)境下高中生在習(xí)題教學(xué)中對(duì)解題規(guī)律的切身體驗(yàn)以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的高度提煉。

一、分組式教學(xué)法的作用與意義

分組討論式教學(xué)法旨在通過(guò)學(xué)生之間的相互交流，對(duì)同一問(wèn)題形成一致的理解，輔以教師在旁的指導(dǎo)與提示，幫助學(xué)生解決問(wèn)題[5]。這種教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和相互合作的科學(xué)精神，對(duì)構(gòu)建學(xué)生自主探索、合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式具有較好的幫助作用。

物理是將科學(xué)知識(shí)、科學(xué)過(guò)程和科學(xué)文化三者匯聚交融的一門(mén)學(xué)科。最有效的學(xué)習(xí)方法應(yīng)是讓學(xué)生在體驗(yàn)和創(chuàng)造的過(guò)程中學(xué)習(xí)，讓接受式與活動(dòng)式形成互補(bǔ)[6]。分組討論式教學(xué)過(guò)程就是讓學(xué)生在接受理論知識(shí)的同時(shí)充分展現(xiàn)思維活動(dòng)，不斷引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)和創(chuàng)造[7，8]。

二、分組討論式教學(xué)法在習(xí)題教學(xué)中的運(yùn)用

將分組討論運(yùn)用到物理習(xí)題教學(xué)中，教師提出問(wèn)題，學(xué)生以分組討論的方式共同完成對(duì)題目的分析和解答過(guò)程，教師提供必要的引導(dǎo)和輔助。需要注意的是，為了保證討論的有效性與啟發(fā)性，每一個(gè)討論組中的成員必須既含有層次較高的學(xué)生也含有層次相對(duì)較低的學(xué)生。通過(guò)這樣的方式，利用學(xué)生之間的思維相似性與彼此之間的了解程度，輔以教師的引導(dǎo)，通過(guò)討論完成對(duì)題目的分析與解答。層次較高的學(xué)生在分析問(wèn)題和向其他同學(xué)表達(dá)自己想法的過(guò)程中，對(duì)問(wèn)題的理解潛移默化中加深，層次較低的同學(xué)則可以從高層次學(xué)生的發(fā)言并與之進(jìn)行討論的過(guò)程中被有效帶動(dòng)，在小組內(nèi)所有學(xué)生的共同努力下最終完成對(duì)題目的解答，不僅使習(xí)題教學(xué)更有效果，也能增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

近年來(lái)，生活實(shí)際以及物理前沿問(wèn)題越來(lái)越多地與高考大綱知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合。磁流體發(fā)電就是其中熱度較高的一個(gè)出題點(diǎn)，側(cè)重電磁感應(yīng)現(xiàn)象的綜合應(yīng)用。題目情景通常較為復(fù)雜，覆蓋的知識(shí)點(diǎn)也較多，從題目理解到概念公式的靈活運(yùn)用都存在一定難度。在解題時(shí)通常需要將大量時(shí)間用在將題中情境抽象為簡(jiǎn)單模型的過(guò)程中?；诖祟?lèi)問(wèn)題的特點(diǎn)，習(xí)題課上習(xí)題的編排可采用由淺入深的模式，首先為學(xué)生安排一個(gè)情境稍簡(jiǎn)單的題目，通過(guò)討論引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這類(lèi)題目的實(shí)質(zhì)形成認(rèn)識(shí)。

【例1】圖1為磁流體發(fā)電機(jī)的工作原理：高溫下等離子體中含有大量帶正負(fù)電荷的粒子，這些帶電粒子整體仍呈電中性，金屬板A、B處于磁極分布如圖所示的磁場(chǎng)中。現(xiàn)將等離子體噴入金屬板中間，下述說(shuō)法正確的是（ ）。

A、A板帶正電

B、有電流從b經(jīng)過(guò)電阻流向a

C、金屬板A、B間的電場(chǎng)方向向下

D、等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受電場(chǎng)力大于所受洛倫茲力

這道題目情境較為簡(jiǎn)單，適合用來(lái)進(jìn)行引入，幫助學(xué)生進(jìn)入狀態(tài)，為后續(xù)的題目做鋪墊。進(jìn)行分組討論時(shí)，首先留出一些時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行讀題和思考，然后引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)始討論。這道題目難度并不高，重點(diǎn)在于左手定則的正確使用。有學(xué)生提出：這道題涉及到磁場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，必須要明確兩個(gè)“方向”才能正確使用左手定則判斷洛倫茲力的指向，即粒子的運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向，而這些必須通過(guò)對(duì)題圖的觀(guān)察得到；有的學(xué)生補(bǔ)充：使用這種方法判斷的是帶正電的粒子受力的方向，而對(duì)于帶負(fù)電荷的粒子，其運(yùn)動(dòng)方向正好相反，如此就會(huì)形成一塊極板帶正電另一塊極板帶負(fù)電的狀態(tài)，從而在兩塊極板之間產(chǎn)生電場(chǎng)。在討論和自我闡述的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)題目的理解逐漸加深，最終在討論中得到題目的答案。

而隨著學(xué)生對(duì)題目認(rèn)識(shí)的深入，這時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)不一樣的想法，有學(xué)生提出：對(duì)于選項(xiàng)C既然兩塊極板都在聚集電荷，為什么不可能出現(xiàn)在某一時(shí)刻粒子所受電場(chǎng)力超過(guò)洛倫茲力的情況？如果其他學(xué)生不能馬上做出解釋?zhuān)瑢?dǎo)致討論將陷入僵局，此時(shí)教師必須給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，幫助學(xué)生思考，可以提示學(xué)生：不妨退一步想想，已知電場(chǎng)力是逐漸增大的，那么當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力相等時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況？以此來(lái)讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行討論，粒子受力平衡時(shí)，根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，粒子將保持原方向一直運(yùn)動(dòng)下去。也就是說(shuō)粒子不會(huì)再繼續(xù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極板上的電荷量將保持動(dòng)態(tài)平衡，整個(gè)系統(tǒng)就進(jìn)入到了穩(wěn)定狀態(tài)，即上下極板之間的電壓保持穩(wěn)定。隨著討論接近尾聲，學(xué)生不僅完成了對(duì)題目的解答，對(duì)題目的理解也進(jìn)一步加深。

通過(guò)對(duì)引入題的討論與解答，學(xué)生逐漸進(jìn)入狀態(tài)，這時(shí)可以進(jìn)入下一階段，安排難度加大的第二題。

【例2】海水中含有大量的帶正負(fù)電荷的粒子（但整體仍呈電中性），在地球信風(fēng)帶等因素的影響下，海水可以做定向流動(dòng)形成風(fēng)海流。這些正負(fù)電荷的粒子也會(huì)隨著風(fēng)海流的運(yùn)動(dòng)做定向運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，現(xiàn)有橫截面為矩形的絕緣管道，在其上下兩個(gè)內(nèi)表面裝上兩塊金屬板M、N（長(zhǎng)為a，寬為b），兩金屬板的間距記為d。將上述矩形管道沿風(fēng)海流方向固定在海中，并在金屬板之間加上磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向?yàn)橛赡戏街赶虮狈健＜僭O(shè)海水從東向西流過(guò)管道內(nèi)，在磁場(chǎng)作用下，兩金屬板上會(huì)聚集電荷，從而在金屬板M和N之間形成電勢(shì)差，該電勢(shì)差可以點(diǎn)亮一個(gè)電阻為R的航標(biāo)燈（圖中未畫(huà)出）。設(shè)管道內(nèi)各處的海水流速大小近似相同，記為v，海水的電阻率為ρ。

（1）計(jì)算該磁流體發(fā)電機(jī)所提供電動(dòng)勢(shì)，并判斷M、N中哪個(gè)板的電勢(shì)更高；

（2）磁場(chǎng)B對(duì)矩形管道內(nèi)定向流動(dòng)的海水有力的作用，求解此力。

這道題目與上一道相比復(fù)雜程度升級(jí)，綜合性大大增強(qiáng)，不僅需要從實(shí)際問(wèn)題中提煉出磁流體發(fā)電機(jī)的物理模型，還需要結(jié)合電學(xué)和功方面的知識(shí)。但是由于有第一題作為基礎(chǔ)，學(xué)生們?cè)诖藭r(shí)進(jìn)行討論會(huì)變得相對(duì)容易一些。面對(duì)復(fù)雜的物理情景，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生將這道題目進(jìn)行物理抽象，可以提問(wèn)：這道題中各個(gè)元素與例1有哪些相似之處？有學(xué)生指出：這里的海水就相當(dāng)于上一題中的離子流，海流方向就是離子流的流動(dòng)方向；有學(xué)生補(bǔ)充道：這道題中直接給出了磁場(chǎng)方向，這樣一來(lái)就可以使用左手定則判斷帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向了。通過(guò)判斷不難得出，正離子向N板偏轉(zhuǎn)而負(fù)離子向M板偏轉(zhuǎn)，因此N板的電勢(shì)高。這樣以第一題為跳板，學(xué)生思維自然而然地形成了過(guò)渡，例1討論所得到的認(rèn)識(shí)在這里得到應(yīng)用。

問(wèn)題（1）還要求計(jì)算電動(dòng)勢(shì)大小，這里有的學(xué)生有可能找不到方向，需要教師進(jìn)行引導(dǎo)。可提示學(xué)生回想例1中思考過(guò)的問(wèn)題：例1中整個(gè)系統(tǒng)最終會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，那么這種穩(wěn)定狀態(tài)的本質(zhì)是什么呢？通過(guò)提示學(xué)生能意識(shí)到，兩極板間形成一個(gè)穩(wěn)定電壓。教師要引導(dǎo)學(xué)生從電動(dòng)勢(shì)的定義出發(fā)來(lái)求解問(wèn)題，幫助學(xué)生找出此模型中的靜電力做功。有的學(xué)生馬上提出此題中只有兩個(gè)力存在，即電場(chǎng)力和洛倫茲力，所以非靜電力應(yīng)該是洛倫茲力，但有學(xué)生提出：洛倫茲力不做功，只改變離子的運(yùn)動(dòng)方向而已。這個(gè)時(shí)候?qū)W生的討論遇到了瓶頸，教師要及時(shí)做出對(duì)策，可以提問(wèn)：整體看來(lái)總的洛倫茲力確實(shí)不做功，倘若將該力分解到沿電場(chǎng)力的反方向上呢？經(jīng)過(guò)思考學(xué)生馬上得出是洛倫茲力的一個(gè)分力充當(dāng)了非靜電力，并且與電場(chǎng)力反向的分力做正功，另一分力做了負(fù)功，所以總的洛倫茲力是不做功的。而題中要求的電動(dòng)勢(shì)可從非靜電力對(duì)單位電荷所做的功的定義來(lái)求解：由此就可得到發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)？著=Bvd。在分組討論的過(guò)程中，學(xué)生之間會(huì)不斷地相互激發(fā)、彼此補(bǔ)充，達(dá)到一種良性循環(huán)。

進(jìn)入問(wèn)題（2）后，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這里電磁學(xué)的知識(shí)與力學(xué)知識(shí)進(jìn)行了綜合。這時(shí)題目的情境變得相當(dāng)復(fù)雜，教師要引導(dǎo)學(xué)生抽絲剝繭一步一步找到頭緒。這里所求的是海水中的電流大小，與平時(shí)求導(dǎo)線(xiàn)中的電流有差別。通電導(dǎo)線(xiàn)中做定向移動(dòng)的只有電子，而在海水中做定向移動(dòng)的有正負(fù)兩種離子，此處學(xué)生對(duì)電流的定義及海水中電流的形成可能會(huì)存在疑惑。在解此問(wèn)之前有必要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考：電流形成的本質(zhì)是電荷的定向運(yùn)動(dòng)，這里的電荷并非是指單一的正電荷或負(fù)電荷，兩種電荷同時(shí)存在，但運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，依然能形成電流。幫助學(xué)生將海水中帶電離子的定向移動(dòng)類(lèi)比成通電導(dǎo)線(xiàn)對(duì)后續(xù)的解題是至關(guān)重要的，教師可做如下引導(dǎo)：此模型中水流通過(guò)矩形管道時(shí)，管道兩板之間有電勢(shì)差，正負(fù)離子在兩板之間運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于導(dǎo)線(xiàn)中電子移動(dòng)形成電流，電荷在兩板間運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于在一根長(zhǎng)度為d的“矩形截面導(dǎo)線(xiàn)”中形成的電流。如此便可順勢(shì)給出提示：電學(xué)中怎樣求電流大??？學(xué)生知道電流要通過(guò)電路的電動(dòng)勢(shì)和電阻求出。有學(xué)生提出：電動(dòng)勢(shì)已經(jīng)得到，電路的外阻也已給出，因此電流I=，通過(guò)這個(gè)公式就可以得到電流了；馬上有學(xué)生指出：不能忘記海水的電阻，海水的電阻應(yīng)該算作電源內(nèi)阻；又有學(xué)生提出：題中給出了海水的電阻率，因此只需要知道這根“電阻絲”的“長(zhǎng)度”和“截面積”。討論帶動(dòng)著整個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的思考，通過(guò)這種相互之間的引導(dǎo)，學(xué)生一步一步接近正確答案。首先得到兩板之間海水的電阻r=，接下來(lái)就得出回路中的電流I=，自然而然就想到通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中的受力大小公式F=Bld，題目得解。

回看整個(gè)討論過(guò)程，在教師適時(shí)的引導(dǎo)之下，以一個(gè)簡(jiǎn)單的題為跳板由淺入深，隨著討論的進(jìn)行，學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)清晰且深刻，最終對(duì)復(fù)雜的題目做出了正確的解答。由此可見(jiàn)，分組討論在習(xí)題教學(xué)的過(guò)程中如果使用得當(dāng)，會(huì)使習(xí)題課的效果大大增強(qiáng)，還可以鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和自我表達(dá)的能力。學(xué)生之間有著相似的知識(shí)體系及生活經(jīng)驗(yàn)，這為分組討論的具體實(shí)施鋪設(shè)了基礎(chǔ)橋梁。而不同學(xué)生個(gè)體之間的差異擴(kuò)大了習(xí)題課堂的認(rèn)知范圍，促進(jìn)不同學(xué)生認(rèn)知水平的提高。通過(guò)同學(xué)之間的相互提問(wèn)和相互講解，學(xué)生能更專(zhuān)注在物理解題情境中，最終達(dá)到認(rèn)知投入、情感投入和行為投入，從而提高習(xí)題教學(xué)的質(zhì)量。

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[作者：匡莉（1991-），女，四川西昌人，中央民族大學(xué)理學(xué)院在讀碩士研究生；吳廣國(guó)（1980-），男，山東平邑人，北京景山學(xué)校中學(xué)高級(jí)教師，博士，碩士生導(dǎo)師；鄒斌（1980-），男，山東威海人，中央民族大學(xué)理學(xué)院副教授，博士，碩士生導(dǎo)師。]

【責(zé)任編輯 郭振玲】