張其鳳

摘? ?要：基于高中物理復(fù)習(xí)課在落實(shí)學(xué)生主體地位、發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)方面的不足，文章以“動力學(xué)、動量和能量觀點(diǎn)在電磁感應(yīng)中綜合應(yīng)用”專題的復(fù)習(xí)課為例，從課前目標(biāo)預(yù)設(shè)、課堂診斷、釋疑、構(gòu)建導(dǎo)圖、遷移變化五個(gè)維度進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，以促進(jìn)落實(shí)教學(xué)主體地位，讓教學(xué)效果切實(shí)高效。

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí);逆向設(shè)計(jì);教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）8-0034-4

與2003年實(shí)驗(yàn)版課程標(biāo)準(zhǔn)相比，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]的突出特點(diǎn)體現(xiàn)在學(xué)業(yè)質(zhì)量方面，按物理核心素養(yǎng)的四個(gè)維度提出了由低到高逐漸遞進(jìn)的五級具體表現(xiàn)水平。學(xué)業(yè)質(zhì)量水平是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評價(jià)、教師開展日常教學(xué)設(shè)計(jì)、命題和評價(jià)的重要依據(jù)。為了更好地在課堂教學(xué)中促進(jìn)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，筆者嘗試在復(fù)習(xí)課堂中基于自主學(xué)習(xí)與診斷進(jìn)行教學(xué)逆向設(shè)計(jì)。高中物理復(fù)習(xí)課堂是最常見的教學(xué)形式之一，也是最容易讓教學(xué)主體失衡的教學(xué)活動之一。

1? ? 教學(xué)逆向設(shè)計(jì)的理解

就教學(xué)設(shè)計(jì)思路而言，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)可能存在的問題有：教師以“教”為主，忽略學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位;課堂活動熱鬧，卻無法促進(jìn)學(xué)生對問題的深度思考;設(shè)計(jì)的評價(jià)和實(shí)施放在教學(xué)之后，而非貫穿于教學(xué)中，難以真正落實(shí)并對教學(xué)起到促進(jìn)作用。

威金斯和麥克泰格在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》[2]一書中闡述了逆向設(shè)計(jì)包含的三個(gè)階段：先確定預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，再根據(jù)該目標(biāo)思考如何收集達(dá)成預(yù)期目標(biāo)的“證據(jù)”，最后圍繞目標(biāo)安排學(xué)習(xí)和教學(xué)活動。

教學(xué)逆向設(shè)計(jì)“以終為始”，以預(yù)期學(xué)生最終達(dá)成的學(xué)習(xí)結(jié)果確定教學(xué)目標(biāo)，該教學(xué)目標(biāo)的環(huán)節(jié)包含遷移目標(biāo)、理解目標(biāo)和語言能力目標(biāo)三個(gè)維度。其不僅體現(xiàn)學(xué)習(xí)主題，同時(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。隨后進(jìn)行評價(jià)設(shè)計(jì)、教學(xué)活動設(shè)計(jì)，后兩者設(shè)計(jì)均指向目標(biāo)，能確保目標(biāo)的達(dá)成，推動教、學(xué)、評一體化。

2? ? 基于自主學(xué)習(xí)與診斷的復(fù)習(xí)課教學(xué)逆向設(shè)計(jì)的實(shí)踐

2.1? ? 確定預(yù)期教學(xué)目標(biāo)——“電磁感應(yīng)”主題學(xué)習(xí)的分析

高三專題復(fù)習(xí)中，對高考試題研究與分析是確定學(xué)生復(fù)習(xí)專題的常見手段之一。我們對“電磁感應(yīng)”專題復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)之前先梳理了近年相關(guān)高考試題，見表1。

然后，確定電磁感應(yīng)五大?？紗栴}：電磁感應(yīng)中的電路問題、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題、電磁感應(yīng)中的能量問題、電磁感應(yīng)中的圖像問題、電磁感應(yīng)中的動量問題。筆者希望通過本專題復(fù)習(xí)解決這五大常考問題。

2.2? ? 課前自主學(xué)習(xí)與診斷——巧用導(dǎo)學(xué)案

課前提供學(xué)習(xí)資料，從最基本、最熟悉的情境入手，通過問題驅(qū)動，由淺入深，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

為了能讓學(xué)生在課堂中有更多的時(shí)間討論、交流，提前30分鐘把導(dǎo)學(xué)案發(fā)給學(xué)生學(xué)習(xí)。

自主學(xué)習(xí)任務(wù)一：溫故

如圖1所示，水平放置的兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌相距L（電阻不計(jì)），導(dǎo)軌間有一個(gè)定值電阻R，有一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良好接觸，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。

問題1：若現(xiàn)給金屬棒ab施加一個(gè)水平向右的恒力F，金屬棒ab將如何運(yùn)動？

問題2：勻速后，撤去恒力F，金屬棒ab將如何運(yùn)動？

問題3：試畫出金屬棒ab運(yùn)動全程的v-t圖。

[診斷]? 絕大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)掌握了電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的基本解題思路：導(dǎo)體運(yùn)動—切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢—感應(yīng)電流—安培力—合力變化—加速度變化—速度變化。

自主學(xué)習(xí)任務(wù)二：知惑

問題4：撤去恒力F后進(jìn)入減速階段，試問金屬棒在導(dǎo)軌上滑行的最大距離x。

問題5：設(shè)金屬棒從靜止開始到最大速度，滑行的最大距離為x0，試問金屬棒的加速時(shí)間t0。

問題6：加速階段，金屬棒ab運(yùn)動過程中存在哪些能量的轉(zhuǎn)化？關(guān)系如何。

[診斷] 導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而影響導(dǎo)體棒運(yùn)動。其運(yùn)動形式有勻速、勻變速和非勻變速三種情形，對前兩種情況，學(xué)生容易想到用牛頓運(yùn)動定律求解;對后一種情況，學(xué)生也容易想到用能量守恒和動量守恒定律求解。但是，若安培力變化，且又涉及位移、速度問題時(shí)，學(xué)生解題就會存在困難。

2.3? ? 分類釋疑——突出錯(cuò)誤，進(jìn)行示范

對于一節(jié)復(fù)習(xí)課，落實(shí)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，應(yīng)該把大部分課堂時(shí)間留給學(xué)生，讓學(xué)生在課堂中討論、展示、點(diǎn)評、質(zhì)疑，從而使知識網(wǎng)絡(luò)更加完善，思維更加開闊。

教師通過現(xiàn)場拍攝學(xué)生的做題情況，把典型錯(cuò)誤展示給學(xué)生并進(jìn)行分析。教師從三個(gè)角度引導(dǎo)討論：

（1）金屬棒運(yùn)動的研究

金屬棒所受安培力F■=BIL=■=ma，討論并分析金屬棒的運(yùn)動情況。

（2）功能關(guān)系的研究

根據(jù)動能定理有：Fx-W■=■mv■■-0與W■=ΔE■=Q。

接著，找出對應(yīng)物理量：從開始到金屬棒以速度vm勻速運(yùn)動，其中x為金屬棒的位移，W■為金屬棒克服安培力做功;ΔE■為回路中感應(yīng)電流電能;由于是純電阻，可得ΔE■=Q，Q為電阻上產(chǎn)生的熱量。

最后，討論并分析金屬棒的運(yùn)動過程，尋找電能、機(jī)械能等其他形式能之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（3）t時(shí)間內(nèi)通過干路某截面電量的研究

對電路來說，電磁感應(yīng)定律q=■t=■，說明q為t時(shí)間內(nèi)通過干路某截面的電量，R+r為整個(gè)電路的總電阻，L為金屬棒的長度，x0為t時(shí)間內(nèi)金屬棒的位移，Lx0為金屬棒掃過的面積。

2.4? ? 構(gòu)建思維導(dǎo)圖——課堂串點(diǎn)成面（如圖2）

從圖2中可知：電量是橋梁，直接把框圖中左右兩邊的物理量都聯(lián)系了起來，若已知其中一些物理量，就能求解其他物理量。

2.5? ? 遷移應(yīng)用——典型習(xí)題練習(xí)

例1 如圖3所示，磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向豎直向上。光滑水平導(dǎo)軌寬為L，閉合開關(guān)S，質(zhì)量為m的金屬棒從h高處被水平拋出，落地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平射程為x。求：開關(guān)閉合瞬間通過導(dǎo)體棒的電量。（重力加速度取g）

分析：本例為舊題新做，重點(diǎn)是比較應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式觀點(diǎn)與用動量觀點(diǎn)解同一個(gè)問題的異同點(diǎn)。

例2 如圖4所示，有一水平方向的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，區(qū)域的上下邊緣間距為h，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。有一邊長為l（l

（1）線框穿越磁場區(qū)域過程中產(chǎn)生的焦耳熱;

（2）線框穿越磁場區(qū)域經(jīng)歷的時(shí)間。

解析：

（1）考慮線框勻速穿出磁場的過程中受力平衡：

■=mg

線框穿越磁場區(qū)域過程中，減少了重力勢能，增加了動能、焦耳熱，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律有：

mg（h+l）=■mv2+Q

聯(lián)立可得：

Q=mg（h+l）-■

（2）考慮線框從開始下落到完全穿出，應(yīng)用動量定理：

mgt-BlI1 Δt■-BlI2 Δt■=mv-0

對線框從開始下落到完全穿出，應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律：

q=I1 Δt■=I2 Δt■=■

聯(lián)立可得：

t=■+■

例3 如圖5所示，一水平面內(nèi)固定有兩根平行的長直金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為l;兩根相同的導(dǎo)體棒AB、CD置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直，長度均為l;導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ（最大靜摩擦力等于滑動摩擦力）。整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向下。從t=0時(shí)開始，對AB棒施加一外力，使AB棒從靜止開始向右做勻加速運(yùn)動，直到t=t1時(shí)刻撤去外力，此時(shí)棒中的感應(yīng)電流為i1;已知CD棒在t=t0（0

（1）求AB棒做勻加速運(yùn)動的加速度大小;

（2）求撤去外力時(shí)CD棒的速度大小;

（3）撤去外力后，CD棒在t=t2時(shí)刻靜止，求此時(shí)AB棒的速度大小。

解析：

（1）當(dāng)CD棒開始運(yùn)動時(shí)，設(shè)CD棒中電流為i0，則有：

Bi0l=μmg

設(shè)此時(shí)AB棒的速度為v0，則有：

i0=■

聯(lián)立可得：

i0=■

故AB棒做勻加速運(yùn)動的加速度大小為：

a=■=■

（2）設(shè)撤去外力時(shí)CD棒的速度大小為v1，AB棒的速度大小為v2，則有：

v2=at1

根據(jù)歐姆定律得：

i1=■

解得：

v1=■-■

（3）設(shè)CD棒在t=t2時(shí)刻靜止時(shí)，AB棒的速度大小為v3。對兩棒整體，安培力的沖量為0，由動量定理得：

對CD棒：IA- μmg（t2-t1）=0-mv1

對AB棒：-IA- μmg（t2-t1）=mv3-mv2

解得：

v3=■-■-2μg（t2-t1）

3? ? 教學(xué)啟示

高效的復(fù)習(xí)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施理應(yīng)在“學(xué)業(yè)質(zhì)量”引領(lǐng)下，有機(jī)整合課程內(nèi)容，有效實(shí)施“診斷、評價(jià)、教學(xué)”一體化的深度學(xué)習(xí)，以形式多樣的溫故、知惑、示范糾錯(cuò)、思維成圖與變式遷移等組織學(xué)習(xí)活動，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，最終落實(shí)學(xué)科育人功能?；谧灾鲗W(xué)習(xí)與診斷的復(fù)習(xí)課堂教學(xué)逆向設(shè)計(jì)，就是新課程理念導(dǎo)向下的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變，能幫助學(xué)習(xí)主體從“被動接受”到“自主學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2][美]格蘭特·威金斯，[美]杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[3]徐華兵.電磁感應(yīng)與動量結(jié)合問題分類剖析[J].物理教學(xué)探討，2018，36（10）：38-42.

[4]許冬保.基于能力要求及學(xué)科核心素養(yǎng)的試題分析——2019年高考電磁感應(yīng)試題中“雙棒”問題的分析與教學(xué)策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（12）：61.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）