問題情境引領課堂教學
——以“帶電粒子在電場中的運動”教學為例

文∣吳敬章

新一輪課改把教學目標從三維目標改成核心素養目標，教學要求也發生了較大的變化；所以，傳統的教學方法要進行改進。當前，大部分學生疲于應對作業，沒有時間做一些反思和總結，思考能力欠缺。在這種情況下，教學方法手段的探索迫在眉睫。以問題情境引領課堂教學是教師和學生喜愛的方法。

問題情境教學法能極大地激發學生學習的動機和欲望，讓他們形成自主探究學習的習慣，進而提高自主學習能力，提高學習效果。本文以“帶電粒子在電場中的運動”教學為例，探究問題導向教學法如何實施。

一、設置問題情境激趣設疑，引入新課

人教版高中《物理·必修三》(2019年版)在每節課前都會通過一些實例來引入新課，并提出本節課要研究的主要問題。如“帶電粒子在電場中的運動”這節課中，教材以示波器為例引入新課(圖1)，但此例子偏離學生的生活實際，無法引起學生的興趣。

圖1

在教學中，本節課可設置如下情境引入。

【情境】電子被加速器加速后轟擊重金屬靶產生的射線，可用于放射治療。圖2中展示了一臺醫用電子直線加速器。

圖2

【問題】

(1)電子在電場中受到哪些力的作用？要不要考慮重力？

(2)研究物體運動的一般思路是什么？決定物體做什么運動的條件又是什么？

設置以上問題情境可激發學生的學習興趣和進一步探究的欲望，從而對本節課要學習的內容充滿期待；然后教師再提出本節課要研究的主要問題，自然而然地進入新課的學習。

我們應該如何設置問題情境呢？首先，設置問題情境應盡可能取自學生所熟悉的生活，有趣味性、有針對性，能用所學的知識去解釋，能激發學生的學習欲望。如上面提到的醫用電子直線加速器，很多學生可能聽過，但不知道它的工作原理，通過問題情境的提出，學生就有了進一步探究的欲望，原來生活中很多現象可以用物理知識去解釋。

其次，教師可以借助一些有趣的小視頻、小實驗或小游戲等，增加學生的直觀認識，調節課堂氣氛，活躍學生的思維。比如，教師可以向學生展示示波器的一些優美圖形，向學生介紹一些相關的生活用電知識。

二、設計問題串引導學生學習新知識

要探討的問題比較大、比較難時，教師可以把問題分解成幾個簡單的小問題，降低探究難度，同時可以引導學生有條理地進行自主學習探究。如本節課在講粒子在電場中偏轉時，可以把問題進行如下分解。

【問題】如圖3所示，帶電粒子以一定的初速度進入兩極板中，粒子會做什么運動？

【例題設計】圖3中，極板電壓為U，間距d，板長l，粒子電量q、質量m，以初速度v0從中間進入電場。

圖3

【問題設計】

問題1：帶電粒子在兩極板間的受力情況是怎樣的？

問題2：帶電粒子初速度方向和受力方向有什么關系？軌跡是曲線還是直線？

問題3：帶電粒子在垂直與平行于電場兩個方向上各做什么運動？加速度多大？

問題4：帶電粒子的運動時間是多少？

問題5：帶電粒子會從什么位置離開電場？可以用什么物理量來表示？(偏移量y)

問題6：帶電粒子會沿什么方向離開電場？如何表示？(速度偏轉角)

問題7：帶電粒子離開電場時速度是多大？有哪些求解方法？

通過這一串小問題，教師引導學生自主學習探究，問題之間前后關聯，層層遞進。學生能輕松地把帶電粒子在電場中的偏轉問題搞清楚，很有成就感；他們也更樂于思考，提出更多相關的問題，取得更好的學習效果。

如何有效地設置問題或問題串，引導學生積極思考并解決問題呢？

設置的問題一定要有層次，循序漸進地引導學生思考。可以按照解決問題的思路去設計問題，體現學生思維過程。上例中就是按解決力學問題基本思路展開設計的，同時運用類平拋運動的處理方法思路。

設置問題的難度要適中，學生可以通過自己的努力或者小組討論后解決大部分問題。教師可以多設置一些問題來降低難度，也可對問題做一些必要的解釋補充，如引入偏移量概念時，設置了“帶電粒子會從什么位置離開電場”這樣一個問題，學生就容易了解為什么要引入這個概念。“帶電粒子會沿什么方向離開電場？如何表示”這樣一個問題能幫學生理解偏轉角的概念。

教師要注意問題與前后知識的關聯，對可能遇到的問題做適當的鋪墊。如本例中要分析帶電粒子的運動性質和軌跡，教師設置“帶電粒子初速度方向和受力方向有什么關系”做鋪墊，學生就會想起從力的方向與速度方向的夾角關系來判斷運動軌跡。

三、演示實驗前設置問題引導學生觀察思考

演示實驗是高中物理課堂教學中常用的教學手段，但有些教師對演示實驗重視程度不足，要么走過場，要么純粹為了吸引學生的注意力，往往達不到預期的效果。筆者認為，在演示實驗前，教師可以適當設置一些問題，引導學生對實驗目的、原理以及實驗注意事項進行思考，讓學生對實驗有一定的了解后再做，可提高實驗的效果。如本節課的演示實驗可設置如下一些問題。

【演示實驗】用圖4所示的裝置模擬帶電粒子在電場中的加速與偏轉。

【儀器介紹】高壓靜電發生器能產生高電壓，加速極板能使粒子加速，偏轉極板使粒子偏轉，鋁箔包裹的泡沫小球模擬粒子。

【問題設計】

(1)觀察圖4所示的裝置，思考各部分元件的作用。

圖4

(2)如何讓小球帶電？

(3)若只有加速電場，會觀察到什么結果？

(4)增加偏轉電場，會觀察到什么結果？如果將偏轉電場的正負極調換位置呢？

教師通過以上問題，可以讓學生明白這個實驗要達到什么目的，應該怎么做，需要觀察什么，預期的結果是什么等。這樣可以避免學生盲目觀察，沒目的、沒思考。學生可以通過思考問題，得出實驗思路，帶著問題去觀察和操作，實驗效果更好，這也滿足了物理學科素養中的科學探究要求。

四、問題拓展加深知識的廣度和深度

課堂練習是每節課重要的教學環節，教師要注意通過對練習適當地拓展，如一題多解，一題多變、問題延伸等，拓寬學生的思維，引導學生通過已有的知識探索一些更復雜的問題，鼓勵學生獨立思考，主動探索新知識。本節課教師可以拓展討論以下問題。

【拓展問題1】試證明粒子離開電場的速度反向延長線過沿初速度方向分位移中點。

問題分解：

(1)如何正確作圖？標出物理量。(如圖5所示，作出粒子速度的反向延長線，與初速度的延長線交于O點，O點與粒子出射點間的水平距離為x)

圖5

【拓展問題2】如圖6所示，若粒子從靜止先由U1加速后進入偏轉電場，則此時的速度偏轉角的正切值和偏移量y是多少？

圖6

問題分解:

【拓展問題3】電性相同的不同粒子，由靜止經同一電場加速再進入同一電場偏轉后的偏轉角和偏移量有什么關系？

通過上述些問題的拓展延伸，把需要加深和補充的知識以問題拓展的形式展現出來，學生通過思考分析計算，自然而然得到結論，比教師通過自己推導得出結論，再讓學生學習記憶，效果更好。同時也鍛煉了學生的思維，滿足物理學科素養要求。

在教學中，教師要注意營造寬松的自主探究氛圍，良好的師生互動，對學生反饋的問題及時交流引導，對學生在探究過程中碰到的一些新問題及時給予必要的指導，確保探究過程能夠順利進行。同時，教師要注意自己所起的作用是引導不是代替，要給學生足夠的思考時間和自主權，要鼓勵學生積極進行小組內交流討論、互幫互助、大膽質疑、大膽提問，積極推進思維的碰撞，擦出智慧的火花，使自主學習成果最大化。教師還要給學生展示學習成果的機會，讓學生積極提問、交流探討，在展示交流過程中不斷完善自己的學習成果，培養學生精益求精的學習品質。

問題情境導向教學法能很好地引領課堂教學，取得更好的課堂教學效果；促進學生積極思考，提高其物理學科素養，增強自主學習能力。教師在實際教學中要多了解學生的學習現狀，結合教學內容，不斷地探索問題情境設計的方法技巧，設計科學有效、有針對性的問題或問題串，促使學生不斷地思考和探索新知識，調動學生學習的主動性，讓物理課堂教學更輕松有效。