問(wèn)題驅(qū)動(dòng)突破“含源單桿”問(wèn)題*

葉晟波

(浙江省慈溪中學(xué) 浙江 寧波 315300)

方潤(rùn)根

(杭州學(xué)軍中學(xué) 浙江 杭州 310012)

1 高考及其備考的習(xí)題教學(xué)都基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

考試對(duì)教學(xué)具有重要的引導(dǎo)作用，特別是高考，其引導(dǎo)作用具有很強(qiáng)的根基[1]．在新課改的大環(huán)境下考試改革要與課程改革同向同行，以課程標(biāo)準(zhǔn)和核心素養(yǎng)為紐帶，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考的有機(jī)統(tǒng)一，以適應(yīng)新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)多樣化高素質(zhì)人才的要求．作為高中一線教師應(yīng)關(guān)注《2020年高中物理課程修訂版》的主要變化，關(guān)注物理學(xué)科核心素養(yǎng)，關(guān)注高考命題的變化取向，然后才能有針對(duì)性地改進(jìn)備考的習(xí)題教學(xué)，立足“知識(shí)”“能力”“素養(yǎng)”考查目標(biāo)，助推素質(zhì)教育的發(fā)展，讓學(xué)生能較坦然地面對(duì)祖國(guó)對(duì)人才的選拔，實(shí)現(xiàn)選人育人的統(tǒng)一．所以高考與備考習(xí)題教學(xué)的本質(zhì)都是立德樹(shù)人，培養(yǎng)全面發(fā)展又有個(gè)性的學(xué)生，它們都應(yīng)基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．

2 用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

當(dāng)今高中的習(xí)題教學(xué)模式層出不窮，實(shí)際上不同的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)和側(cè)重的是習(xí)題教學(xué)過(guò)程的不同側(cè)面，在五花八門的教學(xué)模式里，存不存在能夠作為抓手容易上手的核心主導(dǎo)元素[2]？筆者認(rèn)為：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)就是整個(gè)習(xí)題教學(xué)過(guò)程在操作層面最核心和基礎(chǔ)的元素，抓住了它就抓住了主要問(wèn)題．問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的習(xí)題教學(xué)包括提問(wèn)題和解決問(wèn)題兩個(gè)階段，提問(wèn)題可以教師為主導(dǎo)，以習(xí)題的情境和知識(shí)為載體，把高中物理核心素養(yǎng)的要求落實(shí)到具體“要素”上．運(yùn)用練習(xí)題，把提升學(xué)科核心素養(yǎng)的總目標(biāo)和提高考試成績(jī)的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)結(jié)合起來(lái)，完整、系統(tǒng)地體現(xiàn)核心素養(yǎng)的要求．

問(wèn)題的解決階段以學(xué)生為主導(dǎo)，分為思考、分析，再到解決的子過(guò)程，學(xué)生主動(dòng)自發(fā)地參與問(wèn)題解決的過(guò)程讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何思考，同時(shí)培養(yǎng)了他們的核心素養(yǎng)，在這過(guò)程中學(xué)生的角色需要從過(guò)去傳統(tǒng)教學(xué)中的被動(dòng)學(xué)習(xí)向現(xiàn)在和未來(lái)的主動(dòng)進(jìn)取轉(zhuǎn)化．問(wèn)題本身驅(qū)動(dòng)了解決問(wèn)題和科學(xué)思維的應(yīng)用，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生自己查找信息以學(xué)習(xí)關(guān)于此問(wèn)題的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法[2]，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的落實(shí)，所以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式的習(xí)題教學(xué)能有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的達(dá)成．

3 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)習(xí)題教學(xué)解決“含源單桿”問(wèn)題

好的問(wèn)題能夠提供給學(xué)生一個(gè)廣闊的多向度的探索空間，既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，也能提綱挈領(lǐng)地指出持續(xù)思考、自我探究的方向．通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的習(xí)題教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)積極的師生、生生、師師互動(dòng)，并最終生成針對(duì)該問(wèn)題的解決方案[2]．下面以電磁感應(yīng)中解決“含源單桿問(wèn)題”為例，其解決可以分為3步進(jìn)行，如圖1所示，再用提問(wèn)題做牽引和驅(qū)動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生探究知識(shí)的需求，學(xué)生可以按照自己適合的方式自主地把內(nèi)容掌握和消化好．

圖1 “含源單桿問(wèn)題”解決流程設(shè)置

任務(wù)1：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)“含源電動(dòng)式單桿問(wèn)題”基本流程構(gòu)建

問(wèn)題情境：如圖2所示，在方向水平的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根豎直放置的足夠長(zhǎng)的導(dǎo)體軌道ac和bd，其寬度為1 m，其下端與電動(dòng)勢(shì)為12 V、內(nèi)電阻r=0.5 Ω的電源相接，質(zhì)量為0.1 kg、電阻R=0.5 Ω的金屬棒MN的兩端套在導(dǎo)軌上可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦地滑動(dòng)，除電源內(nèi)阻外，其他一切電阻不計(jì)，g=10 m/s2，從S閉合直到金屬棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程．該情境設(shè)置的問(wèn)題及素養(yǎng)分析如表1所示.

圖2 任務(wù)1問(wèn)題情境圖

表1 “含源電動(dòng)式單桿問(wèn)題”問(wèn)題設(shè)置及素養(yǎng)分析

教學(xué)活動(dòng)建議：?jiǎn)栴}1～3可以讓學(xué)生獨(dú)立分析，通過(guò)手機(jī)同屏展示學(xué)生的求解結(jié)果，教師要引導(dǎo)學(xué)生不僅要關(guān)注結(jié)果的正確性，更要注意求解的規(guī)范性，教師可以做適當(dāng)示范．對(duì)問(wèn)題4～8可以在學(xué)生獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上，前后4位學(xué)生進(jìn)行討論交流后再總結(jié)，教師要引導(dǎo)學(xué)生首先明確問(wèn)題解決的思維路徑，建立電路模型和力與運(yùn)動(dòng)模型，再由能量路徑切入分析[3]．

任務(wù)2：變式情境下的“含源發(fā)電機(jī)單桿問(wèn)題”的解決

問(wèn)題情境：如圖3所示的變式情境，問(wèn)題情境同

任務(wù)1，磁場(chǎng)方向相反．該情境下設(shè)置的問(wèn)題及素養(yǎng)分析如表2所示.

圖3 任務(wù)2問(wèn)題情境圖

表2 “含源發(fā)電機(jī)單桿問(wèn)題”問(wèn)題設(shè)置及素養(yǎng)分析

教學(xué)活動(dòng)建議：“含源電動(dòng)式單桿問(wèn)題”和“含源發(fā)電機(jī)單桿問(wèn)題”中安培力的方向不同，使運(yùn)動(dòng)過(guò)程和最終狀態(tài)、能量分析等方面都有不同，解題過(guò)程中需要規(guī)范等效電路圖、受力分析圖、運(yùn)動(dòng)圖像的繪制．穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)金屬棒的電流方向不同，其電勢(shì)升降的分析是難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)．電磁感應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化都涉及到安培力做功，分析安培力做正功和負(fù)功以及對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化是此類問(wèn)題的重點(diǎn)和難點(diǎn)．

任務(wù)3：具體情境下“含源單桿問(wèn)題”的解決

問(wèn)題情境：電磁炮曾是美國(guó)“星球大戰(zhàn)”軍備計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，被視為對(duì)抗核彈的秘密武器，如圖4是導(dǎo)軌式電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．軌道炮由兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置金屬滑塊(即金屬?gòu)椡?．金屬滑塊可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑行，且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸．直流恒流源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入，經(jīng)過(guò)滑塊，再?gòu)牧硪粚?dǎo)軌流回電源．金屬滑塊被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場(chǎng)推動(dòng)而發(fā)射．在發(fā)射過(guò)程中，一根軌道的電流在滑塊所在位置的磁場(chǎng)可以近似簡(jiǎn)化為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為B=kI，比例常量k=2.5×10-6T/A．已知兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)=1.5 cm，滑塊的質(zhì)量m=30 g，金屬滑塊沿導(dǎo)軌滑行5 m后獲得的發(fā)射速度v=3.0 km/s．該情境下設(shè)置的問(wèn)題及素養(yǎng)分析如表3所示.

圖4 電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

表3 具體情境下“含源單桿問(wèn)題”問(wèn)題設(shè)置及素養(yǎng)分析

教學(xué)活動(dòng)建議：能用物理學(xué)視角觀察事物，用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，這是“物理觀念”的關(guān)鍵要素，要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要把物理知識(shí)和實(shí)踐情境進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為核心，讓學(xué)生經(jīng)歷多種思維形式的科學(xué)推理，從而使習(xí)題有效落實(shí)核心素養(yǎng)，提升學(xué)生素養(yǎng)和能力．軌道電磁炮是“含源單桿問(wèn)題”的一種實(shí)際應(yīng)用，其電流可以由電源提供，也可以由儲(chǔ)能設(shè)備器如電容充電后提供，當(dāng)代學(xué)生可以了解武器的原理和發(fā)展．

4 結(jié)束語(yǔ)

“含源單桿”問(wèn)題是電磁感應(yīng)中導(dǎo)軌桿子單元教學(xué)中的重要內(nèi)容，在該部分教學(xué)中，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為核心，基于學(xué)生所學(xué)的基本物理概念和規(guī)律，根據(jù)素養(yǎng)類型設(shè)計(jì)合適的物理問(wèn)題和物理情境，明確問(wèn)題指向的素養(yǎng)目標(biāo)和素養(yǎng)類型，把核心素養(yǎng)的要求落實(shí)到具體的“要素”上，通過(guò)恰當(dāng)設(shè)問(wèn)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)和思考[3]，讓學(xué)生逐步掌握基本步驟與規(guī)范流程，而后開(kāi)展變式教學(xué)，從電路結(jié)構(gòu)、受力情況、運(yùn)動(dòng)情況、能量路徑和動(dòng)量路徑等多種形式，豐富學(xué)生的模型認(rèn)知[3]，最后創(chuàng)設(shè)科技前沿情境，培養(yǎng)學(xué)生將真實(shí)的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理模型的能力，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)用習(xí)題把核心素養(yǎng)的要求落地．