“問題導引，有效建模”提升物理教學有效性方

友亭

摘? ?要：新一輪的高中課程改革，以“核心素養”統領高中課程方案、課程標準和課程實施。在2018年高考考試大綱中，著重明確了高考“考什么”，即必備知識、關鍵能力、學科素養、核心價值。此次課程標準首次提出 “學科核心素養”。物理學科核心素養中包含“模型建構”這一重要因素。本文嘗試通過“問題導引? 有效建模”的教學方法來提升課堂有效性，減輕學生的學業負擔。

關鍵詞：問題導引;有效建模;物理教學;課堂有效

“核心素養”背景下的學校教育的目標，是指學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是每一名學生獲得成功生活、適應個人終身發展和社會發展都需要的、不可或缺的共同素養。素養教育反映在學校的教育教學過程之中。教師作為學校教育的工作者，教學中也要適應時代潮流，跟上時代步伐，從知識的傳授者向引導者轉變，讓學生主動參與到課堂中來，啟動思維，主動建構知識，獲得能力。

物理學是一門理論嚴謹、邏輯性強、實用性廣的自然科學，高中物理難度較大，學科性強，很多學生不易學懂，久而久之，學生對物理的學習就缺乏興趣，學習只是為了完成高中學業和應對高考，完全處于一種被動學習的狀態，更談不上養成終身學習的意愿和終身發展的能力[ 1 ]。興趣是最好的老師，而引發學生興趣的途徑之一，便是以“問題”來驅動課堂，來引發學生思維，來聚焦學生注意力。所以，筆者認為，要培養學生學習興趣，提升物理課堂教學有效性，形成學生關鍵能力，為他們終身發展奠定基礎，“問題導引，有效建模”是一種有效的教學方法。

1? “問題導引，有效建模”教學策略分析

“問題導引，有效建模”課堂教學模式的教學流程：問題導引、思維調控、方法指引、有效建模。具體做法是：

（1）課前“經歷”——課前教師預設問題，通過問題導引，學生動手實踐，“經歷”過程，獲得經驗;

（2）課中“體會”——課中教師通過思維調控、方法指引，學生通過“體會”，總結共性的地方，領悟物理學的思想和方法，培養終身發展的能力;

（3）課中“理解”——課中教師通過思維調控、方法指引，學生通過“理解”，總結成立條件，建立相應的物理模型，培養學生終身學習的能力;

（4）課中“應用、選用、轉換”—— 課中學生建立有效模型后，再利用具體問題，由簡到繁，逐步深入，教師通過思維調控、方法指引，達到應用、選用和轉換的目的，培養適應社會發展的能力;

（5）課后，教師再布置相關問題加以練習鞏固，達到熟練應用。

2? “問題導引，有效建模”的具體實施

下面以“帶電粒子在磁場中的運動”一節習題課為例，來具體闡述。

（1）帶電粒子以“速度方向相同，大小不同”垂直射入勻強磁場中的勻速圓周運動問題。

課前，讓學生完成下面的例題：

問題1：如圖1所示，在平面直角坐標系中有存在垂直紙面向里的勻強磁場，一質量為m，帶電量為-q的電荷以速度v0，從坐標原點O處沿x軸正方向垂直射入磁場，不計粒子重力。（1）在圖中畫出其運動軌跡;（2）粒子入射速度方向不變，畫出速度大小分別為：2v0 ，3v0 ，4v0 ，5v0 ……時的運動軌跡;（3）總結出速度分別為v0，2v0 ，3v0 ，4v0 ……時運動軌跡的特點? ? ? ? ? ，周期特點? ? ? ? ? ?，圓心特點? ? ? ? ? ?。

課前，學生通過圓規畫出速度分別為：2v0 ，3v0 ，4v0 ……時的運動軌跡，親身“經歷” 帶電粒子以大小不同，方向相同的速度垂直射入同一勻強磁場中，做圓周運動的半徑隨著速度的增大而增大，因此其軌跡為半徑放大的動態圓，體驗 “放縮圓法”這一動態圓的特點。

課中，先檢查學生的作業，了解完成情況，投影部分學生的課前作業，肯定學生的優點，點評學生的不足之處。接著，利用多媒體畫出速度分別為v0，2v0 ，3v0 ，4v0 ……時的運動軌跡，如圖2所示。再接著，讓學生觀察，總結問題1中的第（3）個問題，運動軌跡是內切圓且v越大，轉動半徑r也越大，但周期T相同（利用動畫展示，如圖3所示），圓心都與v方向垂直（y軸負方向）。“體會”總結速度方向相同，大小不同的帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡、周期及圓心分布特點。然后學生“理解”得出“ 放縮圓法”模型的條件：速度方向相同，大小不同。最后學生建立以“速度方向相同，大小不同”的帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的模型。

僅接著，根據建立的模型，加以應用和轉換。

問題2：如圖4所示，左邊界為PP′的勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里。一質量為m、電荷量為-q的微觀粒子，沿與PP′成θ=30o角以不同的速率v從O點垂直射入磁場。求粒子在磁場中運動的時間。

學生利用已建立的“放縮圓法”模型，通過作圖發現，以不同速率v從O點垂直射入磁場的粒子，從左邊界PP′射出時，如圖5所示。由幾何知識可知在磁場轉過的圓心角相等，都為300o，所以不同速率v的粒子在磁場中運動的時間都相等，為5πm/3qB。

問題3：若在PP′右側加一豎直邊界QQ′，左右邊界PP′、QQ′的勻強磁場的寬度為d，如圖6所示，求粒子不從右邊界射出磁場的v最大值。

問題4：若在距O點上方d/3處加上磁場的上邊界，求粒子能從右邊界射出磁場的v范圍。

問題5：若再在距O點下方d/3處加上磁場的下邊界，求粒子在磁場中運動的最長時間。

教師通過問題3—問題5不斷增加條件，引導學生將問題轉換成熟悉的模型，使問題簡單化，從而從容解決問題3—5。

課后，利用問題練習鞏固（略）。

（2）帶電粒子以“速度大小相同，方向不同”垂直射入勻強磁場中的勻速圓周運動問題。

課前，讓學生完成下面的例題：

問題1：如圖7所示空間內有磁感應強度為B的勻強磁場，一質量為m、帶電量為-q的微觀粒子以速度v0從坐標原點O處沿x軸負方向垂直射入磁場。粒子入射速度大小不變，（1）畫出速度方向分別與x軸負方向成0o、45o、90o、135o、180o、-135o、-90o、-45o時粒子的運動軌跡并標明各軌跡的圓心。（2）思考：各軌跡的圓心有什么特點？

課前，學生通過圓規畫出速度大小不變，速度方向分別與x軸負方向成0o、45o、90o、135o、180o、-135o、-90o、-45o時粒子的運動軌跡，親身“經歷” 帶電粒子從同一點以大小相等，方向不同的速度垂直射入同一勻強磁場中，做圓周運動的軌跡為半徑不變、圓心不斷變化的動態圓，體驗 “旋轉圓法”這一動態圓的特點。

課中，先檢查學生的作業，了解完成情況，投影部分學生的課前作業，肯定學生的優點，點評學生的不足之處。接著，利用多媒體畫出速度大小不變，速度方向分別與x軸負方向成0o、45o、90o、135o、180o、-135o、-90o、-45o時粒子的運動軌跡，并利用動畫展示，如圖8所示。再接著，讓學生觀察，總結問題8中的第（2）個問題，各圓心都分布在以坐標原點為圓心與圓軌跡半徑相等的圓面上（如圖9所示）。“體會”總結速度大小相同，方向不同的帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡及圓心分布特點。然后學生“理解”得出“旋轉圓法”模型的條件：速度大小相同，方向不同。最后學生建立以“速度大小相同，方向不同”的帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的模型。

接著，根據建立的“旋轉圓法”模型，加以應用和轉換。

問題2：如圖10所示，空間平面內有一熒光屏MN，在熒光屏MN左側有足夠大的勻強磁場，磁感應強度為B。距熒光屏MN左側為d的位置有一粒子源，能夠向空間平面各個方向發射速度大小恒為v0、質量為m、帶電量為-q的粒子（不計粒子重力，d<2mv0/qB）。求：熒光屏的發光范圍（O為熒光屏的中心）。

學生應用已建立的“旋轉圓法”模型，利用圓規作圖或硬幣逆時針旋轉或在圖9移動邊界，得到粒子打在熒光屏上距O上方的最高點A和距O下方的最低點B（如圖11所示），然后利用幾何知識得出粒子打在熒光屏的范圍，即為熒光屏的發光范圍。

課后，利用練習鞏固（略）。

3? 關于實施“問題導引，有效建模”的思考

本節課教師是利用“問題導引，有效建模”教學方法的含義及具體操作的一節習題課，主要培養學生的觀察能力、動手能力、邏輯思維能力、抽象思維能力、創新能力、歸納總結的能力，這些正是物理核心素養所在，也是讓學生具備個人終身發展和社會需要的素養。

高中階段的物理模型有很多，學生如能透徹地掌握 “問題導引，有效建模”的方法，在以后做題的過程中，有意識地、自主地去建構模型，就會發現，許多在華麗包裝下的題目，就是一個個常見的、簡單的、具象化的物理模型，解題思路走向、方法技巧就會了然于心中，具體應用的時候，就會得心應手、方便順暢。在課堂教學過程中，教師如果對這一建模方法引導的好、應用的好，不僅可以活躍課堂氣氛，還可以增強學生學好物理的信心和興趣，對提高課堂有效性有積極的意義。

參考文獻：

[1]林明華. 高中物理核心素養的內涵與培養途徑 [J]. 福建基礎教育研究，2016（2）：4-6.