基于課前學習診斷的教學設計

單英明

摘? ?要：帶電粒子在電場中的運動在現(xiàn)代科學實驗和技術(shù)設備中有著廣泛的應用。文章以“帶電粒子在電場中的運動”的教學為例，通過設計問題清單、學生課前自主學習，教師對課前學習情況進行精準診斷，依據(jù)診斷結(jié)果重新整合教學資源，圍繞“解決問題”優(yōu)化教學過程，在教學設計中以任務驅(qū)動方式設計教學過程，通過問題解決促進物理學科核心素養(yǎng)的達成。

關(guān)鍵詞：帶電粒子;任務驅(qū)動;加速;偏轉(zhuǎn)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0072-3

1? ? 教學背景分析

1.1? ? 教學內(nèi)容分析

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中對“帶電粒子在電場中的運動”的要求是：“能分析帶電粒子在電場中的運動情況，能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象?！?017年版課標直指學科核心素養(yǎng)中的運動和相互作用觀念、能量觀念以及科學思維中的模型建構(gòu)，說明帶電粒子在電場中的運動已經(jīng)成為電磁學中的一個核心內(nèi)容，且本節(jié)知識與現(xiàn)代科技聯(lián)系較多，綜合性較強，又有很明顯的力學特征。課堂的側(cè)重點應該放在帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律分析，物理模型的建構(gòu)，特別是“通過類比力學運動規(guī)律——構(gòu)建類平拋模型”的教學上。

1.2? ? 學生情況分析

學生已經(jīng)學習了牛頓第二定律、動能定理、電場強度、電勢差、電場力做功等知識，掌握了解決自由落體運動和平拋運動這兩類問題的一般方法，但是對電場知識的綜合應用還存在一定難度，運用已有的知識來獲取新知識的能力還需進一步提升。

通過診斷學生課前的自主學習，發(fā)現(xiàn)學生的前期預習掌握情況如下：

（1）帶電粒子重力可以忽略的條件。多數(shù)學生能回答出，當所受電場力遠大于重力時，粒子的重力可以忽略。

（2）能通過分析、對比，得出初速度為零、不計重力的帶電粒子在電場中做什么運動。

（3）多數(shù)學生能正確畫出帶電粒子垂直進入勻強電場，只受電場力作用時的運動軌跡。

（4）能通過類比得出帶電粒子垂直進入勻強電場做類似平拋的運動（在課上應讓學生經(jīng)歷勻變速直線運動、勻變速曲線運動等理想模型的建構(gòu)過程，體會物理模型在研究物理問題中的重要作用）。

存在問題主要如下：

（1）部分學生不能很好地解決帶電粒子在電場中的加速問題。主要表現(xiàn)為，不能通過類比力學中的自由落體運動規(guī)律，總結(jié)出帶電粒子在電場中加速問題的解決方法。

（2）多數(shù)學生對于帶電粒子垂直進入勻強電場只受電場力作用下的類平拋運動理解不夠深入，主要體現(xiàn)為運動過程分析不清。

（3）多數(shù)學生基于現(xiàn)象得出結(jié)論并作出解釋的能力還需進一步加強。

2? ? 教學目標

2.1? ? 物理觀念

（1）學生通過對帶電粒子在電場中的運動分析，深化對位移、速度、加速度、合運動與分運動等重要概念的理解，進一步提高關(guān)于力與運動關(guān)系、做功與能量關(guān)系的認識。

（2）學生通過將帶電粒子的運動納入到機械運動體系，建立不同運動形式之間的關(guān)聯(lián)，進一步深化對概念和規(guī)律的認識。

（3）能分析和解決帶電粒子在電場中運動的實際問題。

2.2? ? 科學思維

（1）經(jīng)歷勻變速直線運動、勻變速曲線運動等理想模型的建構(gòu)過程（忽略重力），體會物理模型在研究物理問題中的重要作用。

（2）使學生通過研究帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)，體會物理學中化繁為簡（曲線變直線）、等效替代（合成與分解）的研究方法。

2.3? ? 科學探究

通過提出問題、猜想和假設、基于證據(jù)得出結(jié)論、并對結(jié)論作出解釋、分析、交流的過程，培養(yǎng)學生科學探究的能力。

2.4? ? 科學態(tài)度和責任

通過“帶電粒子在電場中的運動”的應用，使學生認識到科學、技術(shù)、社會的關(guān)系，形成探索自然的內(nèi)在動力。

3? ? 教學重點和難點

3.1? ? 教學重點

（1）帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)規(guī)律。

（2）物理學中化繁為簡（曲線變直線）、等效替代（合成與分解）的研究方法。

3.2? ? 教學難點

帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題。

4? ? 教學過程

任務一：帶電粒子加速問題的整合

例1 如圖1甲中一個質(zhì)量為m的小球，只受重力作用，從靜止開始運動，下落h高度時，求其速度為多大？

例2 如圖1乙所示，在真空中有一對平行金屬板，兩板間電壓為U，兩板間距為d，兩板間有一個帶正電荷q的帶電粒子，質(zhì)量為m，它在電場力的作用下，由靜止開始從正極板向負極板運動，到達負極板時的速度有多大？ （不計帶電粒子所受重力）

（一）問題導入，師生研討

師：請大家思考這兩個問題，質(zhì)點所受到的力是否具有相同的特征？如有，它們相同的特征是什么？

生：有，它們相同的特征是都受到大小、方向不變的恒力。

師：請再分析一下，這兩個問題中質(zhì)點的運動特征是否相同？如果相同，那么它們都屬于哪一類型的運動？

生：運動特征相同，圖1甲中小球自由下落，由于初速度為零，并且只受到重力作用，因而小球做勻加速直線運動（自由落體運動）。通過類比的方法判定，圖1乙中初速度為零，不計重力的帶電粒子在電場中做勻加速直線運動。

師：通過類比分析不難得出，圖1乙中粒子在電場中只受到電場力的作用，并且初速度為零，根據(jù)牛頓定律可知，粒子應做勻加速直線運動。

（二）方法遷移，拓展應用

師：它們都在做初速度為零的勻加速直線運動，那么，這兩個問題能不能用同一種方法解決呢？

生：可以。

師：請大家用動能定理解決。

（三）教師小結(jié)

這兩個問題是相通的，同時可以看出，具有相同特征的問題可以用相同或相類似的方法解決。

任務二：帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題的整合

（一）問題導入，師生研討

例1? 圖2甲中小球質(zhì)量為m，以初速度v0水平拋出，落地時水平射程為L，求：

（1）下落高度h為多少？

（2）落地時豎直分速度vy為多大？

（3）末速度方向與初速度方向間的速度偏轉(zhuǎn)角的正切值為多大？

例2 圖2乙中一質(zhì)子質(zhì)量為m，電量為q，以初速度v0從平行板電容器中央水平射入，平行板長為L，兩板間電壓為U，板間距為d，（質(zhì)子重力不計）求：

①質(zhì)子射出兩板間時，沿電場方向的偏移量h為多少？

②射出時質(zhì)子沿電場方向的分速度vy為多大？

③射出時質(zhì)子末速度方向與初速度方向間的速度偏轉(zhuǎn)角的正切值為多大？

師：請大家分析這兩個問題中質(zhì)點所受到的力是否具有相同的特征？如有，它們相同的特征是什么？

生：有，它們都受到大小、方向都不變的恒力，且恒力方向都與初速度方向垂直。

師：請大家再分析一下，這兩個問題中質(zhì)點的運動特征是否相同？如果相同，那么它們都屬于哪一類型的運動？

生：相同，它們都是在水平方向上有一個初速度，受到與初速度方向垂直的恒力作用，因而做平拋運動或與平拋運動具有相同特征的運動。

師：通過類比分析得出圖2乙中初速度不為零、不計重力的帶電粒子在電場中做類似平拋的運動。

（二）教師小結(jié)

這種運動特征與平拋運動相同的運動，我們一般稱為類平拋運動，所以，帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)運動是一種類平拋運動。

（三）方法遷移，拓展應用

師：根據(jù)平拋運動的知識，它們相同或相似的解法是什么？

5? ? 教學反思

本節(jié)課以學生課前學習診斷中存在的問題為出發(fā)點，圍繞學生自學過程中思維上和方法上的困難點，針對性地設計教學過程。

教學中，應注意把課堂還給學生，及時引導學生提出問題，通過小組討論、交流總結(jié)解決問題。在學生積極參與的過程中，發(fā)展其解決實際問題的物理學科思維能力和科學探究能力，幫助學生樹立科學嚴謹?shù)膽B(tài)度和責任。

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（欄目編輯? ? 李富強）