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1 问题的提出
中学物理教学兼顾传授物理知识和发展学生思维的双重任务,其中促进学生的思维发展需要把握教学的时空次序,即教学逻辑,让学生思维在递进的逻辑中得到发展.然而,经常在听评课活动中发现教师单纯地从教材出发,照本宣科的过程中出现逻辑不清、引课不当、过渡突兀,很难引起学生的递进思维发展.
笔者认为,上述现象产生的原因在于教师在备课之前没有设身处地地站在学生的角度去思考,也就是说没有从学生认知思维的角度去设计教学逻辑,而“死用教材”.为了更好地阐述如何用活教材,理清逻辑,来促进学生物理思维发展,现以2014年浙江省物理优质课评比中一节“带电粒子在匀强磁场中的运动”课为例展开论述,更期引起教材使用者们的关注.
2 对“带电粒子在匀强磁场中的运动”一节的听课评论
在本节课中,授课老师完全按照教材的逻辑顺序,而忽略学生的思维发展.详细说明如下:
(1)首先就用“洛伦兹力演示仪”(如图1所示)引入本节课的学习,虽然仪器介绍得到位精练,但笔者认为这样引入本节课学习显得比较突然,在学生还没有对带电粒子在磁场中受力进行理论分析和归纳的情况下,先着手看这个实验,学生可能会对下面的学习比较茫然.
(2)接下去也完全按照教材的设计利用“洛伦兹力演示仪”演示电子在磁场中的偏转.如下:
用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转.
①不加磁场时观察电子束的径迹.
②给励磁线圈通电,在玻璃泡中产生两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁场,观察电子束的径迹.
③保持出射电子的速度不变,改变磁感应强度,观察电子束径迹的变化.
④保持磁感应强度不变,改变出射电子的速度,观察电子束径迹的变化.
这一部分的有关演示都是以陈述方式呈现的.授课教师给演示仪装上三四个摄像头,又结合动画辅助,好不热闹!但试想一下:为什么要构建相应这样的磁场?电子在相应磁场中受力特点如何?又是怎样产生这样的运动的?由于课上时间有限,很多学生根本来不及思考其中的道理,一切运动现象就这么如同流水般都出来了.记得授课过程中教师有这样一句话,“应该是圆,对吧?”,可见过渡生硬.因为观察跨度太大,又都以陈述方式呈现,所以学生的思维难以得到递进发展.
在处理电子在匀强磁场中圆周运动时的运动特点时,授课教师又给演示仪配上了磁传感器,说明电流磁场强弱与电流的关系,再去验证运动半径和周期与磁场强弱的关系.使用磁传感器耗费了很长时间,而相应理论分析却和盘托出,有喧宾夺主的感觉.
(3)到这里就戛然而止了,并未提及教材中的质谱仪和回旋加速器.但笔者认为本节课应该对带电粒子在匀强磁场中运动的特点加以应用,使学生的思维得到体验和延伸,使整个教学流程完整.
整节课重实验演示轻理论分析,重教材顺序轻逻辑顺序.实验确实有利于激起学生的学习兴趣,但一定要结合实验功效融入整节课的逻辑顺序中.还有,目前的教材广泛采用了跟生活和社会问题相联系的邏辑结构,知识点散落,知识点间的“梯度”较大,所以一定要结合教学逻辑顺序将教材顺序进行整合.
3 对“带电粒子在匀强磁场中的运动”一节的教学建议
3.1 对教学逻辑的理解
所谓教学逻辑意指包括思维在内的师生教学活动的内在规律性和有关主张,要充分重视学生的学习思维,坚持“以学定教”.这一节课之前,学生已对洛伦兹力做了系统全面的分析,这一节课如果教师加以归类引导,学生就可以结合牛顿运动定律进行理论分析,得出相应的运动特点和规律.但学生还并没有掌握科学探究的方法,即理论分析——实验验证——应用,对于科学方法传授不能仅仅停留在对名称的记忆层面,而要把科学方法置于教学过程的中心,使学生领悟到科学方法的内涵及操作步骤.这也是本节课重要的培养任务.反观本节教材只是把“实验、分析、应用”一一陈列出来,知识点散落,“梯度”较大,并未把有关科学方法体现在规律的形成过程中,所以绝不应该简单地把教材逻辑照搬过来作为教学逻辑,应要活用教材,形成教学逻辑.
3.2 教学逻辑的两条线路
3.2.1 逻辑主线
显性的知识是过程、方法以及情感行为活动的载体,是教学目标的重要组成部分,它在教学中安排、调整的灵活性与可变动性远不及方法、情感和行为内容,所以,知识线索常被作为逻辑主线.如前面分析得出本节课的逻辑主线应为:理论分析——实验验证——应用.
具体如下:
一般“事件”的开端应是问题的源头,带电粒子在匀强磁场中的运动学习的意义起源于运动的带电粒子在磁场中受力,进而又影响运动.所以应打破且活用教材顺序,上课首先给学生呈现的应是带电粒子在磁场中的受力分析.
环节1:请对带电粒子在磁场中进行受力分析,并说明运动轨迹形状.
学生带着这个问题进入本节学习显得十分自然,学生的思维在这个现实问题的触动下就会活跃起来,这个问题可以限定为以下两种情况,(如图2所示)学生读图以后可以初步了解运动特点,由此产生学习欲望.
依据学生的思维发展,接下来呈现的可以是实验验证.
环节2:为验证刚才的分析情况,可以采用洛伦兹力演示仪验证.
为帮助学生验证,在此应把洛伦兹力演示仪介绍得详细得当,包括玻璃泡、励磁线圈及各个旋钮.同时,可以配上摄像头,通过摄影使现象更易观察,但切忌用时过长,喧宾夺主.另外可结合教材中“演示”任务前两条进行相关验证.如下所示:
用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转.
(1)不加磁场时观察电子束的径迹.
(2)给励磁线圈通电,在玻璃泡中产生两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁场,观察电子束的径迹. 学生经验证后更有信心了,接下去可以是一个递进式问题.
环节3:经观察,当带电粒子速度与磁感应强度平行时,由于不受力做匀速直线运动;那么当带电粒子速度与磁感应强度垂直时,你觉得粒子的运动轨迹很像什么形状?让我们从理论上分析一下.
这里学生特别容易看到和想到是圆形,教师要引导学生利用学习过的力学知识进行理论分析,推导证明,建议有以下四个步骤:
(1)根据左手定则:洛伦兹力与速度共面,运动轨迹在同一平面内.
(2)根据左手定则: 洛伦兹力与速度垂直不做功,应是匀速率曲线运动.
(3)根据牛顿第二定律:在每一小段轨迹内,由于满足Bqv=mv2/r,得出r恒定,应是圆周运动.
(4)综上所述:匀速圆周运动.
学生认识得出了匀速圆周运动之后,接着可以提出轨迹半径周期的决定因素.
环节4:你能利用学过的知识推导圆半径与速度、磁感应强度的关系吗?周期呢?再利用演示仪验证一下.
这里可以按照教材的编写,即用一个“思考与讨论”引导学生的推导探究.如下所示:
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径,与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系?考虑到粒子所受的洛伦兹力就是它做匀速圆周运动的向心力,列出方程来不难得到几个物理量之间的关系式.然后就可以分别判断粒子的速度、磁场的强弱对圆半径的影响.
经过前面一系列渐进的问题引导和实验过程,学生对此认识逐渐加深,思维也会得到渐进提升.
有了上面对带电粒子在磁场中运动的感性认识和理性分析,接下来要引导学生进行应用规律.
环节5:自然科学研究经常会用到带电粒子的运动,下面给大家展示几种应用,包括气泡室、质谱仪、回旋加速器,展示过程应重定性分析轻定量计算.
学生具备了认识的基础,再去进行深入的应用比较自然,学生的思维也达到了进一步升华.
3.2.2 逻辑副线
过程、方法以及情感、行为的教学需要反复进行,不是一次就能完成的.因此以此作為逻辑副线,并多次出现以强化学生体验.对于本节课,通过探究(理论推导和实验观察)可激发学习物理的兴趣,培养思维方法习惯和学习能力,为以后学习和知识迁移创造条件.
3.3实施过程中注意几个细节
3.3.1 设计好恰当的逻辑起点
恰当的逻辑起点不但引发思维的过程,能使学生迅速进入有关的思维活动,使思维过程合理、有效,而且能使学生增加对学习内容的理解,丰富有关的知识.其中精心设计情境,通过对情境的讨论揭示有关背景知识,是寻找恰当逻辑起点的有效手段.像本节课的逻辑起点应为运动带电粒子在磁场中的受力分析.
3.3.2 设计好逻辑过渡语
语言是思维的外壳,语言的逻辑性反映思维的逻辑性,语言又是思维的工具,富有逻辑性的语言有利于思维的顺利展开和深入.在教学中,各环节是依靠过渡语才形成逻辑合理、完整、富有意义、便于理解和接受的整体的,它能说明前后内容的宗旨、意义、方法论,有时还可起到心理调节作用.
3.3.3 注意强化逻辑体验
完成学习任务后,应该注重引导学生对学习过程进行回忆、分析,对学习结果进行整合、扩展,强化体验,使之形式化,更清晰深刻.对于本节课,笔者建议授课时应注重运动规律的理论推导,像圆周运动及规律的得出.还要注重知识应用,像气泡室、质谱仪、回旋加速器,其中回旋加速器和其它应用一样都应向学生展示设计思路,当然具体的定量计算可以放在下一课时.这样强化学生的逻辑体验之后,才会加深理解,不死记硬背.
当然,一个好的教学逻辑的形成是一个依赖于学情研究和教材研究,由少到多、由“干”到丰,不断拓展、深化内容,然后再由多到少、由粗到精,反复谋划、选择、提炼的过程,始终围绕着学生思维发展而活用教材,才会形成一条思路简洁、主次分明、生动充实,既促进学生思维发展又符合教材内容的教学逻辑顺序.
中学物理教学兼顾传授物理知识和发展学生思维的双重任务,其中促进学生的思维发展需要把握教学的时空次序,即教学逻辑,让学生思维在递进的逻辑中得到发展.然而,经常在听评课活动中发现教师单纯地从教材出发,照本宣科的过程中出现逻辑不清、引课不当、过渡突兀,很难引起学生的递进思维发展.
笔者认为,上述现象产生的原因在于教师在备课之前没有设身处地地站在学生的角度去思考,也就是说没有从学生认知思维的角度去设计教学逻辑,而“死用教材”.为了更好地阐述如何用活教材,理清逻辑,来促进学生物理思维发展,现以2014年浙江省物理优质课评比中一节“带电粒子在匀强磁场中的运动”课为例展开论述,更期引起教材使用者们的关注.
2 对“带电粒子在匀强磁场中的运动”一节的听课评论
在本节课中,授课老师完全按照教材的逻辑顺序,而忽略学生的思维发展.详细说明如下:
(1)首先就用“洛伦兹力演示仪”(如图1所示)引入本节课的学习,虽然仪器介绍得到位精练,但笔者认为这样引入本节课学习显得比较突然,在学生还没有对带电粒子在磁场中受力进行理论分析和归纳的情况下,先着手看这个实验,学生可能会对下面的学习比较茫然.
(2)接下去也完全按照教材的设计利用“洛伦兹力演示仪”演示电子在磁场中的偏转.如下:
用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转.
①不加磁场时观察电子束的径迹.
②给励磁线圈通电,在玻璃泡中产生两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁场,观察电子束的径迹.
③保持出射电子的速度不变,改变磁感应强度,观察电子束径迹的变化.
④保持磁感应强度不变,改变出射电子的速度,观察电子束径迹的变化.
这一部分的有关演示都是以陈述方式呈现的.授课教师给演示仪装上三四个摄像头,又结合动画辅助,好不热闹!但试想一下:为什么要构建相应这样的磁场?电子在相应磁场中受力特点如何?又是怎样产生这样的运动的?由于课上时间有限,很多学生根本来不及思考其中的道理,一切运动现象就这么如同流水般都出来了.记得授课过程中教师有这样一句话,“应该是圆,对吧?”,可见过渡生硬.因为观察跨度太大,又都以陈述方式呈现,所以学生的思维难以得到递进发展.
在处理电子在匀强磁场中圆周运动时的运动特点时,授课教师又给演示仪配上了磁传感器,说明电流磁场强弱与电流的关系,再去验证运动半径和周期与磁场强弱的关系.使用磁传感器耗费了很长时间,而相应理论分析却和盘托出,有喧宾夺主的感觉.
(3)到这里就戛然而止了,并未提及教材中的质谱仪和回旋加速器.但笔者认为本节课应该对带电粒子在匀强磁场中运动的特点加以应用,使学生的思维得到体验和延伸,使整个教学流程完整.
整节课重实验演示轻理论分析,重教材顺序轻逻辑顺序.实验确实有利于激起学生的学习兴趣,但一定要结合实验功效融入整节课的逻辑顺序中.还有,目前的教材广泛采用了跟生活和社会问题相联系的邏辑结构,知识点散落,知识点间的“梯度”较大,所以一定要结合教学逻辑顺序将教材顺序进行整合.
3 对“带电粒子在匀强磁场中的运动”一节的教学建议
3.1 对教学逻辑的理解
所谓教学逻辑意指包括思维在内的师生教学活动的内在规律性和有关主张,要充分重视学生的学习思维,坚持“以学定教”.这一节课之前,学生已对洛伦兹力做了系统全面的分析,这一节课如果教师加以归类引导,学生就可以结合牛顿运动定律进行理论分析,得出相应的运动特点和规律.但学生还并没有掌握科学探究的方法,即理论分析——实验验证——应用,对于科学方法传授不能仅仅停留在对名称的记忆层面,而要把科学方法置于教学过程的中心,使学生领悟到科学方法的内涵及操作步骤.这也是本节课重要的培养任务.反观本节教材只是把“实验、分析、应用”一一陈列出来,知识点散落,“梯度”较大,并未把有关科学方法体现在规律的形成过程中,所以绝不应该简单地把教材逻辑照搬过来作为教学逻辑,应要活用教材,形成教学逻辑.
3.2 教学逻辑的两条线路
3.2.1 逻辑主线
显性的知识是过程、方法以及情感行为活动的载体,是教学目标的重要组成部分,它在教学中安排、调整的灵活性与可变动性远不及方法、情感和行为内容,所以,知识线索常被作为逻辑主线.如前面分析得出本节课的逻辑主线应为:理论分析——实验验证——应用.
具体如下:
一般“事件”的开端应是问题的源头,带电粒子在匀强磁场中的运动学习的意义起源于运动的带电粒子在磁场中受力,进而又影响运动.所以应打破且活用教材顺序,上课首先给学生呈现的应是带电粒子在磁场中的受力分析.
环节1:请对带电粒子在磁场中进行受力分析,并说明运动轨迹形状.
学生带着这个问题进入本节学习显得十分自然,学生的思维在这个现实问题的触动下就会活跃起来,这个问题可以限定为以下两种情况,(如图2所示)学生读图以后可以初步了解运动特点,由此产生学习欲望.
依据学生的思维发展,接下来呈现的可以是实验验证.
环节2:为验证刚才的分析情况,可以采用洛伦兹力演示仪验证.
为帮助学生验证,在此应把洛伦兹力演示仪介绍得详细得当,包括玻璃泡、励磁线圈及各个旋钮.同时,可以配上摄像头,通过摄影使现象更易观察,但切忌用时过长,喧宾夺主.另外可结合教材中“演示”任务前两条进行相关验证.如下所示:
用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转.
(1)不加磁场时观察电子束的径迹.
(2)给励磁线圈通电,在玻璃泡中产生两线圈中心连线方向、由纸内指向读者的磁场,观察电子束的径迹. 学生经验证后更有信心了,接下去可以是一个递进式问题.
环节3:经观察,当带电粒子速度与磁感应强度平行时,由于不受力做匀速直线运动;那么当带电粒子速度与磁感应强度垂直时,你觉得粒子的运动轨迹很像什么形状?让我们从理论上分析一下.
这里学生特别容易看到和想到是圆形,教师要引导学生利用学习过的力学知识进行理论分析,推导证明,建议有以下四个步骤:
(1)根据左手定则:洛伦兹力与速度共面,运动轨迹在同一平面内.
(2)根据左手定则: 洛伦兹力与速度垂直不做功,应是匀速率曲线运动.
(3)根据牛顿第二定律:在每一小段轨迹内,由于满足Bqv=mv2/r,得出r恒定,应是圆周运动.
(4)综上所述:匀速圆周运动.
学生认识得出了匀速圆周运动之后,接着可以提出轨迹半径周期的决定因素.
环节4:你能利用学过的知识推导圆半径与速度、磁感应强度的关系吗?周期呢?再利用演示仪验证一下.
这里可以按照教材的编写,即用一个“思考与讨论”引导学生的推导探究.如下所示:
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径,与粒子的速度、磁场的磁感应强度有什么关系?考虑到粒子所受的洛伦兹力就是它做匀速圆周运动的向心力,列出方程来不难得到几个物理量之间的关系式.然后就可以分别判断粒子的速度、磁场的强弱对圆半径的影响.
经过前面一系列渐进的问题引导和实验过程,学生对此认识逐渐加深,思维也会得到渐进提升.
有了上面对带电粒子在磁场中运动的感性认识和理性分析,接下来要引导学生进行应用规律.
环节5:自然科学研究经常会用到带电粒子的运动,下面给大家展示几种应用,包括气泡室、质谱仪、回旋加速器,展示过程应重定性分析轻定量计算.
学生具备了认识的基础,再去进行深入的应用比较自然,学生的思维也达到了进一步升华.
3.2.2 逻辑副线
过程、方法以及情感、行为的教学需要反复进行,不是一次就能完成的.因此以此作為逻辑副线,并多次出现以强化学生体验.对于本节课,通过探究(理论推导和实验观察)可激发学习物理的兴趣,培养思维方法习惯和学习能力,为以后学习和知识迁移创造条件.
3.3实施过程中注意几个细节
3.3.1 设计好恰当的逻辑起点
恰当的逻辑起点不但引发思维的过程,能使学生迅速进入有关的思维活动,使思维过程合理、有效,而且能使学生增加对学习内容的理解,丰富有关的知识.其中精心设计情境,通过对情境的讨论揭示有关背景知识,是寻找恰当逻辑起点的有效手段.像本节课的逻辑起点应为运动带电粒子在磁场中的受力分析.
3.3.2 设计好逻辑过渡语
语言是思维的外壳,语言的逻辑性反映思维的逻辑性,语言又是思维的工具,富有逻辑性的语言有利于思维的顺利展开和深入.在教学中,各环节是依靠过渡语才形成逻辑合理、完整、富有意义、便于理解和接受的整体的,它能说明前后内容的宗旨、意义、方法论,有时还可起到心理调节作用.
3.3.3 注意强化逻辑体验
完成学习任务后,应该注重引导学生对学习过程进行回忆、分析,对学习结果进行整合、扩展,强化体验,使之形式化,更清晰深刻.对于本节课,笔者建议授课时应注重运动规律的理论推导,像圆周运动及规律的得出.还要注重知识应用,像气泡室、质谱仪、回旋加速器,其中回旋加速器和其它应用一样都应向学生展示设计思路,当然具体的定量计算可以放在下一课时.这样强化学生的逻辑体验之后,才会加深理解,不死记硬背.
当然,一个好的教学逻辑的形成是一个依赖于学情研究和教材研究,由少到多、由“干”到丰,不断拓展、深化内容,然后再由多到少、由粗到精,反复谋划、选择、提炼的过程,始终围绕着学生思维发展而活用教材,才会形成一条思路简洁、主次分明、生动充实,既促进学生思维发展又符合教材内容的教学逻辑顺序.