小小偏轉(zhuǎn)蘊(yùn)含大智慧

特色與亮點(diǎn)

本節(jié)課是一節(jié)力和運(yùn)動(dòng)知識(shí)的應(yīng)用課。該課教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，教師采用將力和運(yùn)動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)和電場(chǎng)中的應(yīng)用相結(jié)合的方法，引導(dǎo)學(xué)生不斷進(jìn)行分析和歸納，學(xué)生能比較深刻地理解和掌握帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)，整堂課利用多種現(xiàn)代技術(shù)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)的積極性，促使學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

1.以情景為基礎(chǔ)

通過對(duì)前期所學(xué)知識(shí)的回顧，對(duì)必修一和必修二中運(yùn)動(dòng)類別的歸納整理，創(chuàng)設(shè)出在以電場(chǎng)為背景的粒子運(yùn)動(dòng)的簡單模型。

2.以問題為主線

問題意識(shí)、問題能力可以說是創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。本節(jié)課以問題為核心，通過有梯度的問題給學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境：由例題創(chuàng)設(shè)的運(yùn)動(dòng)——帶電粒子被加速的方法——?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)中帶電粒子的受力、運(yùn)動(dòng)分析——從能量角度分析——任意電場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)分析——易錯(cuò)問題辨析——應(yīng)用。留給學(xué)生充分的時(shí)間，認(rèn)識(shí)問題，獨(dú)立解決問題。保護(hù)和發(fā)展學(xué)生的問題意識(shí)，進(jìn)行設(shè)問式教學(xué)。在學(xué)生研究過程中，通過利用二維碼解答疑難問題，助力學(xué)生以小組的形式突破障礙點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生自主突破問題的能力。

3.以學(xué)生為主體

學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，教師起主導(dǎo)作用，只有充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，才能真正提高學(xué)習(xí)的效率。本節(jié)課教師以問題為主線，難度步步高升，激活學(xué)生思維，把課堂留給了學(xué)生，整節(jié)課都是學(xué)生在想，在做，被提問學(xué)生人次達(dá)十幾人，學(xué)生很有成就感，學(xué)生明白了解決這類問題的方法和關(guān)鍵。課中通過實(shí)驗(yàn)儀器的演示讓學(xué)生直觀感受體驗(yàn)帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，深入培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的能力和實(shí)驗(yàn)探究的核心素養(yǎng)；小組討論過程中通過Mirrorop對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行即時(shí)投影，對(duì)學(xué)生研究過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行硬校正；在課堂檢測(cè)部分通過利用移動(dòng)端，完成課堂實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)時(shí)反饋檢測(cè)效果；作業(yè)布置中利用XMind完成思維導(dǎo)圖的繪制，讓學(xué)生進(jìn)一步完成物理模型進(jìn)行構(gòu)建，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理模型的科學(xué)思維。

制作背景

本專題是歷年高考的重點(diǎn)內(nèi)容，其綜合性強(qiáng)，理論分析要求高，帶電粒子的加速是電場(chǎng)的能的性質(zhì)的應(yīng)用；帶電粒子的偏轉(zhuǎn)則側(cè)重于電場(chǎng)的力的性質(zhì)，通過類比恒力作用下的曲線運(yùn)動(dòng)（平拋運(yùn)動(dòng)），理論上探究帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律。此外，專題既包含電場(chǎng)的基本性質(zhì)，又包含直線和曲線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)用，還涉及到能量的轉(zhuǎn)化和守恒，有關(guān)類比和建模等科學(xué)方法的應(yīng)用也比較典型。對(duì)于探究帶電粒子的加速和偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，只要做好引導(dǎo)，學(xué)生自己是能夠完成的，而且可以提高學(xué)生綜合分析問題的能力。

設(shè)計(jì)思路及內(nèi)容結(jié)構(gòu)（如圖1）

1.小小偏轉(zhuǎn)蘊(yùn)含大智慧

小小的一個(gè)帶電粒子為什么會(huì)在兩塊電板中做“曲線運(yùn)動(dòng)”（如圖2），而另外一個(gè)帶電粒子又為什么會(huì)在兩塊電板中做勻加速運(yùn)動(dòng)，圖2充分體現(xiàn)了帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀況，然而是什么原因?qū)е滤鼈冞\(yùn)動(dòng)軌跡完全不同呢？接下來我們就一步一步解開它運(yùn)動(dòng)軌跡的神秘面紗。

2.“我”的軌跡你是否清晰

根據(jù)牛頓第一定律我們知道，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，所以電場(chǎng)力就能夠改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。我們能夠把帶電粒子分為幾類？這個(gè)知識(shí)點(diǎn)想必同學(xué)們已經(jīng)熟記于心，在現(xiàn)階段，我們將帶電粒子分為兩類：一類粒子可以將重力忽略不計(jì)，這類粒子主要包含微觀基本粒子——質(zhì)子、電子、α粒子、正電子，由于它們的重力很小，我們一般將重力忽略；另一類粒子除特殊說明外均不可忽略重力，這類粒子主要包含帶電油滴、液滴、塵埃。

根據(jù)必修一和必修二我們學(xué)過的知識(shí)可以知道，物體的運(yùn)動(dòng)分為直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)兩種。帶電粒子在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用會(huì)產(chǎn)生加速度，使其原有速度發(fā)生變化，在現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)備中，常常利用電場(chǎng)來控制或改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。

3.案例征服一切

（1）如圖3所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以初速度V0平行于電場(chǎng)方向射入兩極板間，兩平行板間存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，板間電壓為U，板間距為d，不計(jì)粒子的重力。

①粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？②粒子離開電場(chǎng)時(shí)的速度大小？

分析過程：①力是產(chǎn)生加速度的原因，先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，再求解加速度a。②研究物體的始末速度可以用兩種方法：A.運(yùn)動(dòng)學(xué)公式；B.動(dòng)能定理。

通過上述分析，我們先求帶電粒子的加速度：

電場(chǎng)力F的大小：

加速度a的大小：

物體的始末速度的求解：

我們可以假設(shè)物體的初速為V0，末速為V，

根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：

根據(jù)動(dòng)能定理得：

通過兩種方式計(jì)算，最終得出：

根據(jù)上述的分析計(jì)算，我們可以得出帶電粒子的加速度a以及帶電粒子的末速度V。

（2）如上頁圖4所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以初速度垂直于電場(chǎng)方向射入兩極板間，兩平行板間存在方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，已知板長為l，板間電壓為U，板間距為d，不計(jì)粒子的重力。

①粒子的加速度大小是多少？方向如何？做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？②求粒子通過電場(chǎng)的時(shí)間及粒子沿電場(chǎng)方向的偏移量？③求粒子離開電場(chǎng)時(shí)水平方向和豎直方向的速度，及合速度與初速度方向的夾角θ的正切值？

分析過程：

①在水平方向上：我們發(fā)現(xiàn)在水平方向上帶電粒子合力為0，有速度v0，根據(jù)牛頓第一定律帶電粒子在水平方向?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)。

②在豎直方向上：帶電粒子初速度為0，且受到恒力F的作用，帶電粒子在豎直方向做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。這跟我們之前所學(xué)的平拋運(yùn)動(dòng)幾乎一樣，我們把這種運(yùn)動(dòng)叫做類平拋運(yùn)動(dòng)。

③無論帶電粒子以什么樣的運(yùn)動(dòng)軌跡通過電場(chǎng)，水平方向位移一定為電場(chǎng)寬度即板長l，所以帶電粒子通過電場(chǎng)的時(shí)間為 。

④由于帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)線方向的偏移量就是帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的位移y。

通過上述分析，我們可以計(jì)算得出：

電場(chǎng)力F的大小：

加速度a的大小：

方向和初速度的方向在同一直線上。

運(yùn)動(dòng)時(shí)間：

偏轉(zhuǎn)距離：

水平速度：vx=v0

豎直速度：

速度偏轉(zhuǎn)角正切值：

關(guān)鍵技術(shù)處理

在上述題目中，學(xué)生可以在認(rèn)真思考題目之后嘗試著進(jìn)行解答，若存在解決困難，可以運(yùn)用手機(jī)掃下題目旁邊的二維碼（如圖5）查看解題過程。二維碼的制作筆者采用了草料二維碼，草料二維碼能實(shí)現(xiàn)電話、文本、短信、郵件、名片、WIFI的二維碼生成，還通過云技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了文件（如PPT、DOC等）、圖片、視頻、音頻的二維碼生成。

課堂中，學(xué)生分組討論是最常見的教學(xué)手段，如何在課堂實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋學(xué)生分組討論的結(jié)論？如何對(duì)學(xué)生課堂所出現(xiàn)的問題進(jìn)行硬校正？筆者采用MirrorOp助力課堂交互。

MirrorOp是一款可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控及操作屏幕發(fā)射器端計(jì)算機(jī)的軟件，任何（計(jì)算機(jī)/智能）裝置安裝屏幕發(fā)射器，皆可將屏幕送至屏幕接受器，接受端可實(shí)時(shí)顯示來自發(fā)射端的畫面，在Windows及Mac平臺(tái)上的發(fā)射器還可以遠(yuǎn)程操作。學(xué)生將自己的Android屏幕通過網(wǎng)路（WIFI/Ethernet）或是USB投射到裝有MirrorOp收屏端的裝置上，如電視、投影機(jī)、手機(jī)或平板，就能輕松地與朋友分享自己手機(jī)上的內(nèi)容，徹底實(shí)現(xiàn)“無線傳屏”“USB傳屏”“網(wǎng)路傳屏”。此外，MirrorOp能夠讓手機(jī)電腦和電視實(shí)現(xiàn)三方同屏，現(xiàn)在，發(fā)射端支持的平臺(tái)有Windwos、MAC、Android、IOS、BlackBerry，而接收端則支持Windows、iOS、Android。

通過一節(jié)課的交互學(xué)習(xí)，課堂檢驗(yàn)最為重要，傳統(tǒng)檢測(cè)方式通過課上習(xí)題，由于時(shí)間緊，教師無法在課堂及時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)生檢測(cè)結(jié)果。通過現(xiàn)代技術(shù)手段，則可以順利解決課堂檢測(cè)及及時(shí)反饋這一難題，筆者采用的是作業(yè)盒子APP。

作業(yè)盒子分為學(xué)生端和教師端，在學(xué)生端，作業(yè)盒子的方式是解決提交作業(yè)，客觀題直接填答案，主觀題則通過拍照上傳，減輕書包負(fù)擔(dān)又徹底杜絕“忘帶作業(yè)本”現(xiàn)象。在教師端，作業(yè)盒子把教師從辦公室和辦公時(shí)間中解放出來，減輕批改量，選擇題自動(dòng)批改。同時(shí)，學(xué)生提交的作業(yè)，選擇題（單選題、多選題）不需要批改直接便能看到學(xué)生提交的作業(yè)結(jié)果，此外，每位學(xué)生當(dāng)次作業(yè)的作業(yè)結(jié)果教師也能夠看到，一目了然。而且一定時(shí)間數(shù)據(jù)積累后，教師能夠查看到每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)作業(yè)正確率、近30天作業(yè)正確率、每位學(xué)生的作業(yè)分析。

在作業(yè)設(shè)計(jì)中，為開拓學(xué)生思維，布置思維導(dǎo)圖，學(xué)生可以通過Xmind進(jìn)行繪制。通過思維導(dǎo)圖可以隨時(shí)開展頭腦風(fēng)暴，幫助學(xué)生快速理清思路。除了普通思維導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)，還可以以魚骨圖、二維圖、樹形圖、邏輯圖、組織結(jié)構(gòu)圖等方式來展示具體的內(nèi)容，學(xué)生在畫思維導(dǎo)圖的時(shí)候，可以時(shí)刻保持頭腦清晰，加深對(duì)本節(jié)課的理解。

幕前幕后

時(shí)代的發(fā)展促進(jìn)教育的提升，課堂教學(xué)從最初的“一粉筆一黑板”精彩授課，發(fā)展到“多媒體”繽紛課堂，而后逐步提升為“互聯(lián)互通”的師生交互課堂。我是一名剛剛步入教師隊(duì)伍的青年教師，第十六屆NOC活動(dòng)帶給我的不僅僅是恩歐希教育信息化發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)，更重要的是讓我在與眾多同行的博弈角逐過程中大開眼界。現(xiàn)代科技的發(fā)展日新月異，信息技術(shù)如何更有效地與學(xué)科融合、如何發(fā)揮更大的教育功能還需要我們進(jìn)行更多的思考，我愿用自己的一份力量助信息化教育邁向一個(gè)新臺(tái)階。

評(píng)委印象

對(duì)一線教師來講，數(shù)字化學(xué)習(xí)工具主要有開發(fā)和應(yīng)用兩個(gè)實(shí)踐研究方向。新工具、新方法、新技術(shù)如何深度融入教育教學(xué)的全過程，應(yīng)該是數(shù)字化學(xué)習(xí)工具一個(gè)新的發(fā)展方向。

劉兆鵬老師以情境為基礎(chǔ)，以問題為主線，以學(xué)生為主體，用多種工具構(gòu)建了數(shù)字化的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過“草料二維碼”的解題提示、“Mirror0p”的思路分享、“作業(yè)盒子”的有效反饋、“思維導(dǎo)圖”的思維梳理，有效地激發(fā)和保持了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生的自主、協(xié)作、探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)提供了必要的技術(shù)支持，幫助學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，工具的選擇完全契合了內(nèi)容的呈現(xiàn)，真正做到了“融合應(yīng)用”。另外，翻轉(zhuǎn)課堂和個(gè)性學(xué)習(xí)也得到了一定的體現(xiàn)。

教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃要求“從融合應(yīng)用向創(chuàng)新發(fā)展的高階演進(jìn)”。劉兆鵬老師在融合應(yīng)用的有效性方面卓有成效，但是創(chuàng)新性比較欠缺，構(gòu)建的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境給人感覺不是一個(gè)整體，比較“零散”。建議：①選用一個(gè)合適的平臺(tái)或者軟件將工具軟件和學(xué)習(xí)內(nèi)容有機(jī)融合起來，真正實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用創(chuàng)新”；②學(xué)習(xí)工具的應(yīng)用從課堂教學(xué)擴(kuò)展到課前、課中、課后的教學(xué)全過程。

（點(diǎn)評(píng)人：NOC活動(dòng)評(píng)委/重慶市江北區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院 曾維義）