基于“問題解決”模式的課堂教學實踐

左祥勝

(江蘇省宿遷中學，江蘇　宿遷　223800)

基于“問題解決”模式的課堂教學實踐

左祥勝

(江蘇省宿遷中學，江蘇宿遷223800)

摘要：課堂教學的目標就是讓學生學會問題解決，提升學生的科學素養。教師通過設置學生感興趣的、有一定思考價值的問題情境，讓學生通過問題解決，提高分析與解決物理問題的能力以及學習的熱情。本文以“運動電荷在磁場中受到的力”為例，淺談“問題解決”模式運用于課堂教學的設計方法。

關鍵詞：問題解決；運動電荷在磁場中的受力；教學設計

1問題解決

1.1　什么是問題解決

所謂“問題解決”，一般是指形成一個新的答案，超越過去所學規則的簡單應用而產生一個解決方案.當常規或自動化的反應不適應當前的情境時，問題解決就發生了.通俗地說，“問題解決”就是由一定情景引起的，按照一定的目標，應用已習得的概念、命題和規則等，經過一系列思維操作，使問題得以解決的過程.“問題解決”能力是物理思維能力的核心，對學生的學習有著重要的作用.加涅認為“教育課程的重要的最終目標就是教學生解決問題”.

1.2　如何創設有效的“問題解決”模式

奧蘇貝爾在談到問題解決時強調：“要把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學習者解決真實的問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能，并促進自主學習能力的發展.”因此，在教學中，教師應將學生感興趣的、有一定思考價值的問題設置為問題情境，以激發學生學習的熱情.同時，所設置的問題情境應使學生產生某種程度的不確定感，以喚起學生探究未知問題的熱情.學生在分析解決問題時，可以嘗試各種假設，用以拓寬自己的思維.在整個問題解決過程中，教師要讓學生成為發現問題、解決問題的主動學習者，引導學生運用已習得的知識、技能去處理在學習和實際中遇到的新異問題.

銜接.

模擬創業課堂形式多樣，一方面要承擔知識傳遞的功能，另一方面擔負著學生創新能力的培養，在實踐過程中，筆者發現中學生大多喜歡這種教學形式，但熱熱鬧鬧的課堂卻弱化了對知識的掌握.筆者認為可在課堂準備階段讓學生完成相對應的創業企劃書，這一創業企劃書必須要融入相對應的知識，在電路產品研發中則為原理圖的設計.在實際教學中要注意呵護學生的參與熱情，激發其改良產品的動機，逐漸培養其創新能力.

參考文獻：

[1] 王婧,夏勇林.模擬創業途徑下大學生創業素質培養問題研究[J].西安文理學院學報(社會科學版),2013,(4).

[2] 孫雅靜,趙雷洪.基于PTA量表的物理化學綜合實踐活動的實施與評價[J].高師理科學刊,2013，(6).

[3] 劉炳昇，李容.義務教育教科書物理九年級上冊[M].南京：江蘇科學技術出版社，2014.

[4] 劉炳昇.在物理課程中設置“綜合實踐活動”的意義和教學建議——以“蘇科版”物理教材中的綜合實踐活動為例[J] .物理之友，2015，31(1).

圖1

那么，在中學物理課堂教學中問題解決的過程是如何展開的呢？筆者按圖1所示的“問題解決”模式進行教學，收到良好的教學效果.

2基于“問題解決”的課堂教學設計

現以人教版高中物理選修3-1“運動電荷在磁場中受到的力”為例，做基于問題解決模式的教學設計.

2.1　教材分析

本節起承上(安培力)啟下(帶電粒子在勻強磁場中的運動)的作用.洛倫茲力的方向和大小是本節教材內容的重點，實驗結合理論探究洛倫茲力的方向，再由安培力表達式推導出洛倫茲力表達式的過程是培養學生邏輯思維能力的好機會，一定要讓全體學生都參與這一過程.在教學過程中重視“過程與方法”的目標實現；同時，要讓學生體會到科學探究的一般方法：“推理—猜想—實驗驗證”.

2.2　教學目標

2.2.1　知識與技能

(1) 知道什么是洛倫茲力，并會用左手定則判斷洛倫茲力的方向.

(2) 理解洛倫茲力與安培力的關系，掌握計算洛倫茲力大小的公式推導過程.

(3) 知道電視顯像管的基本構造以及它工作的基本原理.

2.2.2　過程與方法

(1) 經歷實驗探究洛倫茲力方向的過程.

(2) 經歷由安培力公式推導洛倫茲力公式的過程.

2.2.3　情感態度與價值觀

體會物理學的邏輯美、規律的統一美；體會物理學與社會生活、自然現象的關系.

2.3　新課教學

2.3.1　設置問題情境：引入新課

(1) 觀看視頻：北極上空的極光.

師：同學們，我們現在來欣賞一種美麗的自然現象、多姿多彩的極光.

問題：極光現象一般在什么地區最容易發生？為什么會產生極光現象？

(2) 觀察電視圖像變形

師：接下來，我們來做一個有趣的實驗.通過攝像頭，把一位同學的圖像信號送到電視機里.現在，把一根“魔棒”(包有白紙的磁鐵)靠近電視機的熒光屏，我們看到，本來模樣挺端莊同學，現在卻走樣了.

師：為什么圖像變形了，是這根魔棒真的有魔力嗎？

生：磁鐵.

師：為什么磁鐵靠近熒光屏會發生這種現象呢？同學們想知道其中奧秘嗎？要解釋這些現象，等學習完本節課的內容就清楚了.

2.3.2　提出問題，猜想和假設

(1) 運動電荷在磁場中受力

師：什么叫安培力？怎樣計算安培力的大小？如何判斷安培力的方向？電流是如何形成的？電流強度是怎樣定義的？

師：既然通電的導線在磁場中會受到力的作用，而電流是由電荷定向移動形成的.那么磁場對運動電荷是否也有力的作用力呢？請同學們提出猜想.

生：運動電荷在磁場中可能受到力的作用.

師：我們能否這樣認為，磁場對通電導線的安培力是作用在大量運動電荷上力的矢量和呢？

生：可以這樣認為.

2.3.3　設計解決方案

師：實驗是檢驗假說的唯一標準，任何的猜想都必須要經過實踐的檢驗.(展示陰極射線管實物，介紹其工作原理.)

師：陰極射線管內是真空.當左右兩個電極連接到高壓電源時，陰極會發射電子.電子在電場的加速下飛向陽極.擋板上有一個扁平的狹縫，電子飛過擋板后形成一個扁平的電子束.長條形的熒光板在陽極端稍稍傾向軸線，電子束掠射到熒光板上，顯示出電子束的徑跡.

師(演示)：沒有加磁場時，觀察陰極射線管中電子流的運動軌跡.

生：是一條直線(如圖2).

師(演示)：用一個馬蹄形磁鐵在電子束的路徑上加磁場，嘗試不同方向的磁場對電子束徑跡的是否有影響，此時電子束的徑跡還是一條直線嗎？

生：不是一條直線，電子束的徑跡彎曲了(如圖3).

師：請同學們想一想，通過實驗可以得出什么結論？

生：運動電荷在磁場中受到力的作用.

師：實驗表明，陰極射線管中的電子束在磁場中發生偏轉，磁場對運動電荷確實存在作用力.我們把運動電荷在磁場中受到力的作用叫做洛倫茲力.

2.3.4進行問題解決：理論分析與實驗探究相結合

師：力是矢量，既有大小也有方向.那么，洛倫茲力方向如何確定呢？

生：既然通電導線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的宏觀表現，磁場對電流的作用力的實質是磁場對運動電荷的作用力，洛倫茲力的方向可用左手定則來判定.

師：觀察陰極射線管實驗，看電子束偏轉方向與左手定則判定是否一致？

生：完全一致.

師：這說明，安培力和洛倫茲力本質上屬同一種力；安培力是洛倫茲力的宏觀表現，洛倫茲力是安培力的微觀本質.

(師生歸納洛倫茲力的方向、左手定則，略.)

師：如果v與B不垂直，如何研究？

生：將v沿著B方向和垂直B的方向分解，洛倫茲力的方向垂直于v和B所決定的平面.

師：同學們用左手定則判定了洛倫茲力的方向，那么怎樣才能求出洛倫茲力的大小？我們知道電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現為導線所受的安培力，我們能不能按照這個思路，由安培力的表達式來導出洛倫茲力的表達式？

生：可以.

師(在學生“最近發展區”搭建腳手架)：如圖4所示，設有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為v.這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中(自由電荷帶正電)，求：

圖4

(1) 通電導線中的電流；

(2) 通電導線所受的安培力；

(3) 這段導線內的自由電荷數；

(4) 每個電荷所受的洛倫茲力.

此環節為學生的自主探究過程.教師巡查，發現學生推導過程中存在問題，在推導結束后的階段，選擇有代表性的問題投影，然后組織學生分析、討論、評價，最后解決問題，得到正確的推導過程.

生：導線中的電流為I=nqSv,所受到的安培力為F=BIL=BnqSvL,運動電荷的總數為N=nSL，單個運動電荷所受到的作用力為f=F/N,即洛倫茲力大小為f=qvB.

師：f=qvB的適用條件是什么？

生：電荷的運動方向與磁場方向垂直.

2.3.5　評價與提升

師：討論下列幾種情況：

(1) 當v平行于B時，運動電荷所受洛倫茲力大小是多少？

(2) 當v垂直于B時，運動電荷所受洛倫茲力大小是多少？

(3) 洛倫茲力的大小與哪些因素有關系？

生：(1)F=0；(2)F=qvB，最大；(3) 與以下四個因素有關：電荷運動的方向和磁場方向的夾角、電荷量q、電荷的運動速率v、磁感應強度B的大小.

師：根據洛倫茲力的方向與帶電粒子的運動方向的關系，請你推測：洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什么影響？洛倫茲力對帶電粒子做的功是多少？

生：由于洛倫茲力與速度方向始終垂直，只改變速度方向，不能改變速度的大小.即洛倫茲力對運動的電荷不做功.

師：洛倫茲力是一種非常重要的力，它的應用也非常廣泛.電視機中的顯像管應用了電子束磁偏轉的道理.電子束通過一個通電的線圈，線圈形成磁場，電子在洛倫茲力的作用下進行偏轉，這才有了我們看到的電視畫面.

師：電視機熒光屏要顯示出圖像，一定要有電子打到熒光屏各處.那么，電子從哪里來呢？

師(演示)：(拆開電視機后蓋，如圖5)顯像管中有一個陰極、工作時它能發射電子，熒光屏被電子束撞就能發光.可是，很小的一束電子打在熒光屏上只能使一個點發光，而實際上要使整個熒光屏發光.這就要靠磁場來使電子束偏轉了.沒有磁場時電子束打在熒光屏正中的點.為使電子束偏轉，由安裝在管頸的偏轉線圈產生偏轉磁場，圖6為顯像管中電子束工作示意圖.

(1) 要是電子打在a點，偏轉磁場應該沿什么方向？

(2) 要是電子打在b點，偏轉磁場應該沿什么方向？

(3) 要是電子打從a點向b點逐漸移動，偏轉磁場應該怎樣變化？

圖7

生：(1) 垂直于紙面向外；

(2) 垂直于紙面向內；

(3) 先垂直于紙面向內漸減小，垂直于紙面向外漸增大.

師：實際上，在偏轉區的水平方向和豎直方向都有磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點不斷移動，這在電視技術中叫做掃描(如圖7).電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫做一場，電視機中每秒進行50場掃描，所以我們感到整個熒光屏都在發光.

3教學反思

在實際教學中我們發現：將“問題解決”引入物理課堂教學，調動了學生學習的積極性和主動性，激發了學生的問題意識與探究的熱情.由于平時的課堂教學大多數以教師講授為主，現在改變課堂教學形式，雖然課堂氣氛活躍，但是有少數學生在課堂上無所事事，“問題解決”的目的性和有效性欠缺，僅僅是做做樣子而已.學生動手操作實驗器材的能力、實驗現象分析的能力也有待于進一步加強.

運用“問題解決”模式教學，“問題”設計是關鍵，教師要處理好預設與生成的關系，不能讓預設問題牽著學生的鼻子走.這對教師來說也是一種挑戰，教師只有不斷加強學習，提高自己業務的能力，才能有駕馭課堂的能力.

[1] 陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2014.

[2] 廖伯琴.物理教育學[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3] 鄭少華.“磁場對運動電荷的作用力”教學設計[J].中學物理教學參考，2008，37(9).

[4] 陳建華.中學物理“問題解決”教學探究[J].上海教育科研，2009，(8).