復習教學中促使學生思維整合的思考和實踐
——以“帶電粒子在磁場中運動”為例

黃 晶

（嵊州市第一中學 浙江 紹興 312400）

在高三，一輪復習是以知識立意為主，按照原有的章節順序從基本概念和基本規律出發進行復習.這樣學生形成了一定的物理認知結構，即基本掌握了高中學科知識，初步形成了知識體系，積累了比較豐富的解題經驗.二輪復習則應以能力立意為主，以提高能力為主要任務，使知識相對系統化、網絡化.最終使學生站得更高，看得更遠.

“帶電粒子在磁場中運動”這一考點在最近兩年浙江省理綜考試中都做為壓卷題加以考查.因此筆者選擇這一熱門考點進行了重視學生思維整合的實踐探索.

1 解構

原題：（2010年全國高考新課程卷壓卷題）如圖1（a）所示，在0≤x≤a、0≤y≤范圍內有垂直于xOy平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B.坐標原點O處有一個粒子源，在某時刻發射大量質量為m、電荷量為q的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在xOy平面內，與y軸正方向的夾角分布在0～90°范圍內.己知粒子在磁場中做圓周運動的半徑介于到a之間，從發射粒子到粒子全部離開磁場經歷的時間恰好為粒子在磁場中做圓周運動周期的.求最后離開磁場的粒子從粒子源射出時的速度的大小以及速度方向與y軸正方向夾角的正弦.

圖1

對比：如圖1（b）所示，一足夠長的矩形區域abcd內充滿磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，現從矩形區域ad的中點O處，垂直磁場射入一速度方向跟ad邊夾角為30°，大小為v0的帶電粒子.已知粒子質量為m，電荷量為q，ad邊長為L，ab邊足夠長，重力忽略不計.求粒子能從ab邊射出v0的大小范圍及粒子在磁場中運動的最長時間.

展示以上兩道作業習題，引導學生對比剖析兩物理情景的異同.學生討論后匯總意見可能有如下幾點.

（1）兩題中物理情景的磁場邊界都是矩形邊界.

（2）求速度大小等同于求圓半徑，求時間等同于求圓心角.

（3）兩題中粒子的初速度各有特點：一是速度大小不變而方向變；二是速度方向不變而大小變.

（4）兩題中磁場方向相反……

教師總結：主要的異同集中在“兩粒子源發射方式”以及“磁場邊界”上.

2 轉化

引導學生構建兩粒子源物理模型，如圖2所示.從中提煉出粒子源相應的數學特征以及求解的一般思路.

圖2

3 重組

在復習教學中適時加以變式是十分有效的.所謂“變式”，就是指教師有目的、有計劃地對命題進行合理的轉化，即教師可不斷更換命題中的非本質特征；變換問題中的條件或結論；轉換問題的內容和形式；配置實際應用的各種環境，但應保留好物理模型中的本質因素.

教師引導學生對兩例題加以變式，具體實踐中視學生能力而考慮是否出示啟發題，如2010年高考全國卷Ⅱ壓卷題.

學生在磁場邊界種類上展開熱烈討論，提出矩形、半無界、三角形、平行邊界、圓形、環形 … 等想法.

教師介紹二元坐標聯想法應循序發散.二元坐標聯想法就是借用平面直角坐標系在兩條數軸上標點（元素），按序輪番地進行兩兩組合，然后選出有意義的組合物的創新方法.如圖3所示，將各種組合作為坐標元素填入坐標，圖中標明序號的就是聯想的區域，請同學列表格按次序合作學習加以探究.

圖3

4 整合

學生分組合作，從以往作業中循序找出各種組合對應的具體物理情景（表1），并重新求解.引導學生在體驗、鑒賞、對比、總結中構建粒子源物理模型相應的知識網絡.

表1 帶電粒子在不同邊界磁場中運動

續表

5 評價

在交流評價環節中，教師需要學會傾聽不同的聲音，引導對話交鋒，從而提升教學層次.因為學生的觀點更為原生態、更有個性、更有創意，所以教師應當引導學生對聯想區域加以點評.例如有學生提出還可以在二元聯想表中增設更一般的粒子源模型，即混雜“異向輻射粒子源、同向輻射粒子源”的一般粒子源，從而豐富了知識網絡，如圖3所示.例如有學生提出平行邊界區域對應的兩道高考題有聯系，都是組合的平行邊界，但浙江的考題更加注重考查了對稱性思想.又例如有學生提出三角形邊界區域的2010年高考全國卷Ⅱ壓卷題的同向輻射粒子源出現了一些變異，即v不變但m在變，然而模型本質不變……

6 聚焦

學生對聯想區域逐點評價時，還提出圓形邊界十分具有代表性，值得進一步加以研究.教師布置課后任務，學生合作學習尋找出圓形邊界典型情景.但在具體習題教學中，教師還要根據教育心理學原理和現代學習理論，分析學生的認知結構與水平，并對相關教學內容進行加工、重組，形成一條符合學生學習規律的“認知序”，進而體會物理的價值，感悟物理的美.例如處理圓形邊界的“磁聚焦和磁擴散”問題時，為突出思維過程可以構建以下習題鏈，如圖4所示.

圖4

7 反思

實踐表明，復習教學中也可以通過課內討論和課外探究互補結合的學習形式，讓思維整合過程建立在學生自主活動及經歷情感體驗的基礎上，真正發揮學生的主體作用.本次實踐通過一開始對去年的典型高考題加以對比剖析，從中解構出“粒子源”和“磁場邊界”兩大變量，構建起相應的物理模型以及求解方法，接著引入創造學的二元聯想法引導學生加以逐點變式遷移、完善結構，同時針對高考熱點進行縱橫深化，充分體現了“堅持延遲判斷”、“注重過程分析”等教學原則，有效促進了物理教學過程的優化，將教學過程轉變成為學生的“亞研究”、“類創造”過程.其思維整合過程可以總結為如圖5所示.

圖5

1 吳加澍.對物理教學的哲學思考.課程·教材·教法，2005（7）

2 舒幼生.奧林匹克物理2.湖南教育出版社，1998（8）

3 王百慶，黃晶.磁聚焦與磁擴散.物理教師，2010（1）

4 梁旭.關于課題研究的思考與探索.物理通報，2001（11）：20～23

5 黃晶.寓研究性學習于物理教學之中的嘗試.物理教師，2009（8）