基于分組討論式教學法的高中物理習題教學

匡莉+吳廣國+鄒斌

摘 要 習題教學是為了讓學生將課堂所學內容應用于解答問題，可以用來檢驗物理教學的效果，提高學生學習能力。分組討論式教學法通過互動的方式，培養學生的思維能力，對促進學生發展、提高學生素質有著重要作用。本文以磁流體發電機類題型為例，將分組討論式教學法運用于物理習題教學中，并通過實例分析詳細論述了其對習題教學的促進作用。

關鍵詞 分組討論 物理習題 案例分析

習題教學中應該結合課程標準，關注知識熱點，精心設計每一道題，強化學生的主動性，促進學生尋覓解題思路，完成自主探究的過程[1]。盧惠林提出習題教學中重視習題的拓展研究以及培養學生的創新思維能力，以學生為習題課堂的主體，促進每個學生共同發展[2]。傳統的物理習題課堂，往往都是教師一個人主講，即便是成績好的學生，面對如此單調的課堂，也難以集中精神，思維難以活躍[3]。采用分組討論式教學法會使得整個教學過程最大限度地實現老師和學生之間的互動，讓學生成為課堂的主體，既幫助了學生對物理知識的把握，又重點培養了學生合作精神[4]。分組討論式教學法比較適合現行素質教育環境下高中生在習題教學中對解題規律的切身體驗以及對知識點的高度提煉。

一、分組式教學法的作用與意義

分組討論式教學法旨在通過學生之間的相互交流，對同一問題形成一致的理解，輔以教師在旁的指導與提示，幫助學生解決問題[5]。這種教學方法可以培養學生的批判性思維能力、語言表達能力和相互合作的科學精神，對構建學生自主探索、合作學習的學習方式具有較好的幫助作用。

物理是將科學知識、科學過程和科學文化三者匯聚交融的一門學科。最有效的學習方法應是讓學生在體驗和創造的過程中學習，讓接受式與活動式形成互補[6]。分組討論式教學過程就是讓學生在接受理論知識的同時充分展現思維活動，不斷引導學生進行體驗和創造[7，8]。

二、分組討論式教學法在習題教學中的運用

將分組討論運用到物理習題教學中，教師提出問題，學生以分組討論的方式共同完成對題目的分析和解答過程，教師提供必要的引導和輔助。需要注意的是，為了保證討論的有效性與啟發性，每一個討論組中的成員必須既含有層次較高的學生也含有層次相對較低的學生。通過這樣的方式，利用學生之間的思維相似性與彼此之間的了解程度，輔以教師的引導，通過討論完成對題目的分析與解答。層次較高的學生在分析問題和向其他同學表達自己想法的過程中，對問題的理解潛移默化中加深，層次較低的同學則可以從高層次學生的發言并與之進行討論的過程中被有效帶動，在小組內所有學生的共同努力下最終完成對題目的解答，不僅使習題教學更有效果，也能增進學生的學習信心。

近年來，生活實際以及物理前沿問題越來越多地與高考大綱知識點相結合。磁流體發電就是其中熱度較高的一個出題點，側重電磁感應現象的綜合應用。題目情景通常較為復雜，覆蓋的知識點也較多，從題目理解到概念公式的靈活運用都存在一定難度。在解題時通常需要將大量時間用在將題中情境抽象為簡單模型的過程中。基于此類問題的特點，習題課上習題的編排可采用由淺入深的模式，首先為學生安排一個情境稍簡單的題目，通過討論引導學生對這類題目的實質形成認識。

【例1】圖1為磁流體發電機的工作原理：高溫下等離子體中含有大量帶正負電荷的粒子，這些帶電粒子整體仍呈電中性，金屬板A、B處于磁極分布如圖所示的磁場中。現將等離子體噴入金屬板中間，下述說法正確的是（ ）。

A、A板帶正電

B、有電流從b經過電阻流向a

C、金屬板A、B間的電場方向向下

D、等離子體發生偏轉的原因是離子所受電場力大于所受洛倫茲力

這道題目情境較為簡單，適合用來進行引入，幫助學生進入狀態，為后續的題目做鋪墊。進行分組討論時，首先留出一些時間讓學生進行讀題和思考，然后引導學生開始討論。這道題目難度并不高，重點在于左手定則的正確使用。有學生提出：這道題涉及到磁場中帶電粒子的運動，必須要明確兩個“方向”才能正確使用左手定則判斷洛倫茲力的指向，即粒子的運動方向和磁場方向，而這些必須通過對題圖的觀察得到；有的學生補充：使用這種方法判斷的是帶正電的粒子受力的方向，而對于帶負電荷的粒子，其運動方向正好相反，如此就會形成一塊極板帶正電另一塊極板帶負電的狀態，從而在兩塊極板之間產生電場。在討論和自我闡述的過程中，學生對題目的理解逐漸加深，最終在討論中得到題目的答案。

而隨著學生對題目認識的深入，這時候可能會出現不一樣的想法，有學生提出：對于選項C既然兩塊極板都在聚集電荷，為什么不可能出現在某一時刻粒子所受電場力超過洛倫茲力的情況？如果其他學生不能馬上做出解釋，導致討論將陷入僵局，此時教師必須給予適當的引導，幫助學生思考，可以提示學生：不妨退一步想想，已知電場力是逐漸增大的，那么當電場力與洛倫茲力相等時，會發生什么情況？以此來讓學生繼續進行討論，粒子受力平衡時，根據力與運動的關系，粒子將保持原方向一直運動下去。也就是說粒子不會再繼續發生偏轉，極板上的電荷量將保持動態平衡，整個系統就進入到了穩定狀態，即上下極板之間的電壓保持穩定。隨著討論接近尾聲，學生不僅完成了對題目的解答，對題目的理解也進一步加深。

通過對引入題的討論與解答，學生逐漸進入狀態，這時可以進入下一階段，安排難度加大的第二題。

【例2】海水中含有大量的帶正負電荷的粒子（但整體仍呈電中性），在地球信風帶等因素的影響下，海水可以做定向流動形成風海流。這些正負電荷的粒子也會隨著風海流的運動做定向運動。如圖2所示，現有橫截面為矩形的絕緣管道，在其上下兩個內表面裝上兩塊金屬板M、N（長為a，寬為b），兩金屬板的間距記為d。將上述矩形管道沿風海流方向固定在海中，并在金屬板之間加上磁感應強度大小為B的水平勻強磁場，磁場方向為由南方指向北方。假設海水從東向西流過管道內，在磁場作用下，兩金屬板上會聚集電荷，從而在金屬板M和N之間形成電勢差，該電勢差可以點亮一個電阻為R的航標燈（圖中未畫出）。設管道內各處的海水流速大小近似相同，記為v，海水的電阻率為ρ。

（1）計算該磁流體發電機所提供電動勢，并判斷M、N中哪個板的電勢更高；

（2）磁場B對矩形管道內定向流動的海水有力的作用，求解此力。

這道題目與上一道相比復雜程度升級，綜合性大大增強，不僅需要從實際問題中提煉出磁流體發電機的物理模型，還需要結合電學和功方面的知識。但是由于有第一題作為基礎，學生們在此時進行討論會變得相對容易一些。面對復雜的物理情景，教師應該引導學生將這道題目進行物理抽象，可以提問：這道題中各個元素與例1有哪些相似之處？有學生指出：這里的海水就相當于上一題中的離子流，海流方向就是離子流的流動方向；有學生補充道：這道題中直接給出了磁場方向，這樣一來就可以使用左手定則判斷帶電粒子運動方向了。通過判斷不難得出，正離子向N板偏轉而負離子向M板偏轉，因此N板的電勢高。這樣以第一題為跳板，學生思維自然而然地形成了過渡，例1討論所得到的認識在這里得到應用。

問題（1）還要求計算電動勢大小，這里有的學生有可能找不到方向，需要教師進行引導。可提示學生回想例1中思考過的問題：例1中整個系統最終會達到穩定狀態，那么這種穩定狀態的本質是什么呢？通過提示學生能意識到，兩極板間形成一個穩定電壓。教師要引導學生從電動勢的定義出發來求解問題，幫助學生找出此模型中的靜電力做功。有的學生馬上提出此題中只有兩個力存在，即電場力和洛倫茲力，所以非靜電力應該是洛倫茲力，但有學生提出：洛倫茲力不做功，只改變離子的運動方向而已。這個時候學生的討論遇到了瓶頸，教師要及時做出對策，可以提問：整體看來總的洛倫茲力確實不做功，倘若將該力分解到沿電場力的反方向上呢？經過思考學生馬上得出是洛倫茲力的一個分力充當了非靜電力，并且與電場力反向的分力做正功，另一分力做了負功，所以總的洛倫茲力是不做功的。而題中要求的電動勢可從非靜電力對單位電荷所做的功的定義來求解：由此就可得到發電機的電動勢？著=Bvd。在分組討論的過程中，學生之間會不斷地相互激發、彼此補充，達到一種良性循環。

進入問題（2）后，學生會發現這里電磁學的知識與力學知識進行了綜合。這時題目的情境變得相當復雜，教師要引導學生抽絲剝繭一步一步找到頭緒。這里所求的是海水中的電流大小，與平時求導線中的電流有差別。通電導線中做定向移動的只有電子，而在海水中做定向移動的有正負兩種離子，此處學生對電流的定義及海水中電流的形成可能會存在疑惑。在解此問之前有必要引導學生進行思考：電流形成的本質是電荷的定向運動，這里的電荷并非是指單一的正電荷或負電荷，兩種電荷同時存在，但運動方向相反時，依然能形成電流。幫助學生將海水中帶電離子的定向移動類比成通電導線對后續的解題是至關重要的，教師可做如下引導：此模型中水流通過矩形管道時，管道兩板之間有電勢差，正負離子在兩板之間運動，相當于導線中電子移動形成電流，電荷在兩板間運動類似于在一根長度為d的“矩形截面導線”中形成的電流。如此便可順勢給出提示：電學中怎樣求電流大小？學生知道電流要通過電路的電動勢和電阻求出。有學生提出：電動勢已經得到，電路的外阻也已給出，因此電流I=，通過這個公式就可以得到電流了；馬上有學生指出：不能忘記海水的電阻，海水的電阻應該算作電源內阻；又有學生提出：題中給出了海水的電阻率，因此只需要知道這根“電阻絲”的“長度”和“截面積”。討論帶動著整個學生團隊的思考，通過這種相互之間的引導，學生一步一步接近正確答案。首先得到兩板之間海水的電阻r=，接下來就得出回路中的電流I=，自然而然就想到通電導線在磁場中的受力大小公式F=Bld，題目得解。

回看整個討論過程，在教師適時的引導之下，以一個簡單的題為跳板由淺入深，隨著討論的進行，學生對問題的認識清晰且深刻，最終對復雜的題目做出了正確的解答。由此可見，分組討論在習題教學的過程中如果使用得當，會使習題課的效果大大增強，還可以鍛煉學生分析問題和自我表達的能力。學生之間有著相似的知識體系及生活經驗，這為分組討論的具體實施鋪設了基礎橋梁。而不同學生個體之間的差異擴大了習題課堂的認知范圍，促進不同學生認知水平的提高。通過同學之間的相互提問和相互講解，學生能更專注在物理解題情境中，最終達到認知投入、情感投入和行為投入，從而提高習題教學的質量。

參考文獻

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[8] 高成員.用物理習題教學提升學生思維能力[J].物理教師，2015（10）.

[作者：匡莉（1991-），女，四川西昌人，中央民族大學理學院在讀碩士研究生；吳廣國（1980-），男，山東平邑人，北京景山學校中學高級教師，博士，碩士生導師；鄒斌（1980-），男，山東威海人，中央民族大學理學院副教授，博士，碩士生導師。]

【責任編輯 郭振玲】