如何構(gòu)建高效物理課堂 培育學生物理核心素養(yǎng)*
——以“帶電粒子在勻強磁場中運動的多解性問題”一節(jié)為例

羅仕維

(清遠市第一中學 廣東 清遠 511500)

在學校物理科組的教研活動中,筆者上了一節(jié)“如何構(gòu)建高效物理課堂，有效培育學生物理核心素養(yǎng)”的示范課，這是一節(jié)高三一輪復(fù)習課，課題是“帶電粒子在勻強磁場中的運動的多解性問題”．在這節(jié)課中，筆者依據(jù)培育學生核心素養(yǎng)的理念認真地去分析教學內(nèi)容、設(shè)計教學過程和組織物理教學過程，精心構(gòu)建符合學生認知水平和認知規(guī)律的高效物理課堂，取得了事半功倍的教學效果．對如何構(gòu)建富有實效的物理課堂、培育學生的物理學科核心素養(yǎng)有了更深的體會．

“帶電粒子在勻強磁場中運動的多解性問題”本節(jié)內(nèi)容其中涉及兩個重要的考點：一個是洛倫茲力的公式，另一個是帶電粒子在磁場中的運動，在新高考考綱中，這兩個考點都是(Ⅱ)要求．在2014-2017這4年的高考試卷中，每年以選擇題形式，或以計算題的形式考查了這些考點，說明這是高考的一個高頻考點，也就是高考的一個熱點內(nèi)容．要理解和掌握好“帶電粒子在勻強磁場中運動的多解性”，求解帶電粒子在勻強磁場中運動的問題時能快速、全面和準確地考慮到不同情況的解，對學生思維能力的要求確實不低，而對邏輯思維還不夠成熟的高中學生來說無疑是一個不小的挑戰(zhàn)．學生既要熟練掌握好影響帶電粒子在磁場中運動的多解性的各種情況，還要有比較良好的物理素養(yǎng)才能從容應(yīng)對．如何幫助學生突破“帶電粒子在磁場中的運動的多解性問題”這一教學重點和難點，成了教師必須認真思考的重要課題．

在課堂教學中，筆者通過認真分析研究，從以下幾方面精心組織教學，取得了良好的預(yù)期教學效果，愿與廣大同行交流．

1 通過創(chuàng)設(shè)問題情境培養(yǎng)學生的科學探究精神

高中學生是一個比較喜歡思考且善于思考問題的學習群體，有趣的、適合學生認知水平的問題都會引起他們極大的學習興趣，點燃學生學習探究的熱情．為了更好地集中同學們的注意力，激活學生探究的欲望，讓他們能積極參與到探究“帶電粒子在磁場中運動的多解性問題”課堂中來．

上課一開始，筆者沒有把影響帶電粒子在磁場中運動的多解性的6種情況的結(jié)論直接呈現(xiàn)給學生，而是將影響帶電粒子在磁場中運動的多解性的各種情況設(shè)計成如下幾個圖文并茂的探究問題．在課堂教學中，依次向?qū)W生拋出各個探究的問題，讓學生認真審題、思考和畫軌跡圖，并鼓勵學生在一定的時間里進行搶答．

問題1：一個(不計重力)帶電粒子以如圖1所示的速度v射入磁場中，你能畫出其運動的軌跡嗎？

圖1 問題1題圖

問題2：如圖2所示,在直線上方有垂直紙面的磁場，一個電子以速度大小為v，且與直線成θ角垂直射入磁場中，你能畫出它的運動軌跡嗎？

圖2 問題2題圖

問題3：如圖3所示，一個電子在P點從靜止釋放，你能畫出其運動的軌跡嗎？

圖3 問題3題圖

問題4：如圖4所示，有一電子以速度v垂直射入磁場中，你能畫出恰好能飛出磁場的運動軌跡嗎？

圖4 問題4題圖

問題5：如圖5所示，a粒子的速度v1

圖5 問題5題圖

問題6：如圖6所示，有一電子源以速度大小為v，沿不同方向垂直射入磁場中，你能畫出它們運動的軌跡嗎？

圖6 問題6題圖

逐一拋出的6個探究問題極大地調(diào)動了學生學習積極性，有效地把學生的注意力都集中到課堂中的問題探究中來，每一位同學都能積極開動腦筋認真思考，并立即動手開展畫圖探究．因為學生已經(jīng)熟悉掌握了利用左手定則判斷運動電荷在磁場中的受到洛倫茲力方向的方法，學生通過認真思考很快找到問題的答案．在一次次找到正確答案的問題探究中，學生也不斷獲得成功的體驗，并產(chǎn)生愉悅的學習心情，有效地激發(fā)了學生進行深入探究的學習熱情，不斷地培育了學生的科學探究精神．

2 通過畫圖法幫助學生形成物理觀念

直觀、形象的圖形是學生比較容易接受的東西，將抽象復(fù)雜的物理概念、物理規(guī)律轉(zhuǎn)換成直觀、形象的圖形信息是符合學生的認知心理和認知規(guī)律的．采用直觀、形象的圖像探究更能吸引學生的注意力，有效激活學生的思維，讓學生深入理解所學的物理知識，幫助學生形成物理觀念．為了讓學生能深入理解和掌握“帶電粒子在磁場中運動的多解性問題”．筆者將影響帶電粒子在磁場中運動的多解性的各種情況設(shè)計成幾個圖文并茂的探究問題．在課堂上，引導(dǎo)學生動手畫出帶點粒子在磁場中運動的各種情況下的運動軌跡．由于已經(jīng)學習和掌握了用左手定則判斷帶電粒子在磁場中的運動受到洛倫茲力方向的方法，學生很快畫出了各個問題的軌跡圖.

在問題1中正電荷、負電荷運動的兩種不同的軌跡，如圖7所示.

圖7 正負電荷不同的運動軌跡

在問題2中因為知道帶電粒子是電子，同學們也能考慮到磁場方向的情況分別畫出了兩個圖(圖8)：一個是磁場方向垂直紙面向里情況的電子的軌跡圖，另一個是磁場方向垂直紙面向外情況的電子的軌跡圖.

圖8 兩帶電粒子運動軌跡

在問題3中通過分析帶電粒子的受力情況判斷出粒子的運動情況，并畫出做往復(fù)性運動的周期性運動軌跡，如圖9所示.

圖9 帶電粒子做往復(fù)性運動軌跡

在問題4中畫出恰好能從左邊界、右邊界飛出磁場的兩種臨界情況的運動軌跡，如圖10所示.

圖10 從兩世界飛出磁場的兩種臨界情況的運動軌跡

在問題5中根據(jù)帶電粒子受到的洛倫茲力提供向心力，再根據(jù)牛頓第二定律推出粒子運動的運動半徑的公式，從而判斷出速度越大軌道半徑越大，并通過縮放法畫出不同速度大小的運動軌跡，如圖11所示.

圖11 不同運動速度的粒子的軌跡

在問題6中通過定點旋轉(zhuǎn)的方法畫出運動半徑相同而運動方向不同的粒子運動軌跡，如圖12所示．

圖12 運動半徑相同而運動方向不同的粒子運動軌跡

學生通過畫直觀、形象的軌跡圖形，加深了對影響帶電粒子在磁場中運動的各種情況的理解．從以上所畫的各種具體、直觀的軌跡圖中，學生能快速、全面地歸納出影響帶電粒子在磁場中運動的多解性的6種情況，即：粒子電性的不確定、磁場方向的不確定、運動的往復(fù)性、臨界狀態(tài)不唯一、速度大小的不確定和速度方向的不確定等6種情況．學生通過動腦、動手參與畫帶電粒子的各種軌跡圖，有效地增強了學生探究知識形成的親身體驗，讓學生從本質(zhì)上理解到影響影響帶電粒子在磁場中運動的多解性的各種因素，并在頭腦中留下深刻的痕跡．幫助學生在頭腦中牢固形成“影響帶電粒子在磁場中運動的多解性問題的6種情況”的物理觀念．

3 通過變式探究培養(yǎng)學生的科學思維

采用變式探究就是指構(gòu)建不斷提升的、利于學生思維發(fā)展和能力提升的學習方式．設(shè)計遞進式變式探究就是要構(gòu)建符合學生現(xiàn)有知識水平和認知規(guī)律的不斷提升的學習臺階，搭建有利于學生通過努力就能不斷取得成功體驗的階梯式平臺．在組織“帶電粒子在磁場中運動的多解性問題”的課堂教學中，為了讓學生能深入理解和掌握影響帶電粒子在磁場中運動的出現(xiàn)多解性的6種情況，筆者采用了化繁為簡、化整為零的思想，精心設(shè)計了由簡單到復(fù)雜、由易到難的多個階梯式提升的探究問題，并逐一引導(dǎo)學生開展問題探究，給學生搭建了一個個不斷提升的階梯式的學習平臺．同學們在已有知識和能力水平的基礎(chǔ)上，通過認真思考順利地畫好每一個問題的軌跡圖．在畫各種不同軌跡圖的探索中，讓學生能夠全面掌握影響帶電粒子在磁場中運動的出現(xiàn)多解性的各種情況，有效地突破了影響帶電粒子在磁場中運動的多解性問題這一教學難點．在一次次找到正確答案的問題探究中，學生不斷感受到進行科學探究的喜悅，探究的學習熱情更進一步地被激發(fā)出來，既有效地拓寬了學生的視野，又更好地培養(yǎng)學生的發(fā)散思維，同時還培養(yǎng)他們獨立思考、敢于創(chuàng)新的科學素養(yǎng)．所以，在物理教學中采用階梯式變式探究更有利于培養(yǎng)學生的不斷深入探究的科學思維．

4 通過同伴互教培育學生嚴謹務(wù)實的科學態(tài)度

在課堂教學中，筆者堅持以生為本的教學理念，采用了“同伴互教”的方法，搭建了讓學生充分展現(xiàn)的自我的舞臺．在知識探究和知識的訓(xùn)練中，筆者都安排了一定的時間讓學生去審題、思考和討論，同時還請了一些同學來到講臺在黑板上畫圖板演，并讓上來畫圖的同學給大家分析所畫軌跡圖的特點和他為何如此畫軌跡圖的思路，這樣既讓大家明確了畫各種軌跡圖的理論依據(jù)，有時也能暴露出同學的一些問題．例如，在問題1的探究中，到講臺上在黑板板演的同學就將問題1中的正電荷、負電荷運動的兩種不同的軌跡畫成與運動方向不相切的情況，或畫出的兩種軌跡幾乎是弦長一樣長的圓?。诮鉀Q帶電粒子在磁場中運動的問題中，規(guī)范、準確畫出粒子運動的軌跡圖是十分關(guān)鍵和重要的一個步驟．準確畫出粒子運動的軌跡圖形既有利于幫助學生快速、正確地找到粒子在磁場中運動軌跡的圓心、半徑和圓心角等關(guān)鍵的信息，又能促使學生養(yǎng)成認真畫圖和學習的良好習慣．

在課堂上，筆者及時發(fā)現(xiàn)了問題1中學生畫出的軌跡的問題，立即引導(dǎo)學生再認真觀察同學在黑板上畫出的軌跡圖，并提出“該同學畫的軌跡圖規(guī)范嗎？”這個問題再次引起了全班同學的注意，同學們通過認真觀察很快發(fā)現(xiàn)了其中的問題，一位同學還主動上臺指出了軌跡圖的錯誤，并認真畫出了規(guī)范的軌跡圖．又如，在問題4的探究中，上臺板演的同學只畫出粒子從磁場右邊射出的運動軌跡，此時，坐在下面的一位同學立即舉手提出了不同的結(jié)果，并上臺補充畫了粒子從磁場左邊界射出的臨界情況的運動軌跡圖．在課堂上，學生的表述、畫圖和板演出現(xiàn)的問題往往是最真實、最急需解決的問題，及時發(fā)動同學之間相互糾錯，會促使學生自我反思，并及時發(fā)現(xiàn)和糾正同伴的錯誤，能收到意想不到的效果．在物理課堂教學中，采用“同伴互教法”既能有效地調(diào)動全體同學的學習積極性，讓學生動腦、動手和動嘴參與到課堂的知識探究中來，讓學生真正成為課堂中學習的主人，也能更好地幫助學生養(yǎng)成認真審題、畫圖和規(guī)范答題的良好學習習慣，還能讓幫助學生樹立嚴謹務(wù)實的科學態(tài)度的教學理念真正落實到實處．也只有這樣，才能讓我們的物理課堂更加高效．

物理核心素養(yǎng)包括“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”、“科學態(tài)度和責任”．教師在構(gòu)建物理課堂教學中，應(yīng)該依據(jù)核心素養(yǎng)的理念去分析教學內(nèi)容、設(shè)計教學過程和組織物理教學過程，做到有的放矢，才能到達事半功倍的教學效果．也只有構(gòu)建符合學生認知水平和認知規(guī)律的高效的物理課堂，才能激發(fā)學生的學習積極性，才能真正實現(xiàn)更好地培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)的美好愿望．