邵娟

【摘要】物理觀念、科學探究、科學的思維以及科學的態(tài)度與責任，是高中物理這一門學科核心素養(yǎng)的四大部分.帶電粒子在電磁場中的運動問題，涉及均強和非均強兩類電磁場環(huán)境，包括加速和偏轉(zhuǎn)兩類運動方式，一直是高中物理教學的難點章節(jié).本文探討基于核心素養(yǎng)培育的高中物理教學的一般策略，并以“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊為例進行實證式的教學實踐，對物理教師在教學中培育學生的物理核心素養(yǎng)，以及突破“帶電粒子在電磁場中的運動”這一教學難點，都具有一定的借鑒價值.

【關鍵詞】核心素養(yǎng)；高中物理；帶電粒子

物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面［1］.隨著時代對人才需求的深刻變化，培育學生的核心素養(yǎng)已然成為高中物理課堂提質(zhì)增效的重要方向之一.本文以“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊為例，探討基于核心素養(yǎng)的高中物理教學策略，旨在為教師探索有效教學策略、培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)提供參考.

1 基于核心素養(yǎng)培育的高中物理教學策略

1.1 教學內(nèi)容設計

帶電粒子在磁場中的運動涉及高中物理的多方面知識，包括受力分析、運動學、磁學、電學等各個方面，模型的運用使教師在教學過程中能更系統(tǒng)、更具有邏輯性地將物理知識和理論傳授給學生［2］.物理是一門實踐性很強的科學學科，教師可結(jié)合不同的模型，聯(lián)系實際生活相關的案例和問題設計教學內(nèi)容，幫助學生更加容易地接受所學物理概念.以均強磁場中的帶電粒子的圓周運動為例，其包括基本規(guī)律類、分析運動區(qū)域類、極限問題類、多值性問題類四個方面的教學模型.

例如

以“彈力”這一內(nèi)容的教學為例，應介紹彈力的定義，解釋彈性材料的特性，引出彈簧和橡皮筋的彈性力.通過實驗測量，引導學生掌握胡克定律的公式和彈簧系數(shù)的計算方法.引導學生思考彈簧和橡皮筋在實際生活中的應用，如彈簧秤、彈簧吊籃、橡皮筋飛機等，并鼓勵學生設計和制作自己的彈性材料裝置.通過指導學生設計和實施彈簧的拉伸實驗，培養(yǎng)他們觀察、實驗和測量的能力，引導學生合作分工，進行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析.

1.2 教學導入安排

教學導入是物理教學中非常重要的一環(huán)，目的是通過一些引人入勝的案例或問題，引起學生的興趣，并與學生的實際生活聯(lián)系起來.在教學導入環(huán)節(jié)中，教師可以選擇一個有趣的案例，讓學生通過思考和實踐來學習力的分解的原理和應用.

例如

在教授“力的分解”這一部分的內(nèi)容時，可以設計以下案例：某學生站在一處斜坡上，身后有一個背靠的墻壁，想把一臺重達100千克的大型器械拉上斜坡.由于斜坡比較陡峭，該學生無法直接用力拉上去.故問：如何利用力的分解原理來解決問題.案例分析：（1）引導性問題.該學生要將器械拉上斜坡，他需要克服哪些力？（答：需要克服重力和斜坡對物體的阻力.）（2）探究思路.如何利用力的分解來解決問題？（答：力的分解是將一個力分解為兩個或多個互相垂直的分力的過程.）針對這個案例，可以將水平向下的斜坡作為一個方向，把重力分解為平行于斜坡的分力和垂直于斜坡的分力.（3）實踐應用.讓學生進行一個“力的分解”實驗.每個學習小組都準備一個坡度適中的斜坡和一個滑輪系統(tǒng)，通過拉動滑輪系統(tǒng)拉升一個物體.引導學生利用拉繩和滑輪原理，將他們拉動的力分解為平行于斜坡的分力和垂直于斜坡的分力，然后觀察和記錄實驗現(xiàn)象.（4）分組討論和總結(jié).請學生結(jié)合實驗結(jié)果進行討論，回答以下問題：（1）實驗中，拉動滑輪系統(tǒng)時為什么能讓物體上升？（2）拉繩的哪一部分受力更大？（3）如何調(diào)整滑輪系統(tǒng)，使得上升的力更??？通過學生的討論和總結(jié)，引導學生理解力的分解原理的重要性和應用價值，并幫助學生掌握在實際問題中如何利用力的分解解決問題的方法.

1.3 教學資源拓展

圓周運動是高中物理課程中一個重要的知識點，涉及角度、角速度、線速度等概念.教師可以帶領學生到操場或其他適合的場所觀察旋轉(zhuǎn)木馬，并提出以下問題：旋轉(zhuǎn)木馬上的物體為什么會受到向外的力？什么因素會影響物體的線速度和角速度？通過讓學生觀察和思考，激發(fā)他們對于圓周運動的興趣和思考.通過簡要的理論知識講解，介紹角度、角速度和線速度的概念及其關系.通過圖示等方式，讓學生明白角速度和線速度的計算方法和概念.學生借助計算練習分析旋轉(zhuǎn)木馬上的重物在不同半徑和物體質(zhì)量的情況下，線速度和角速度的變化情況，并隨之展開討論和分享結(jié)果.同時，教師提出一些問題：比如如何改變旋轉(zhuǎn)木馬的半徑來使物體線速度不變等，引導學生進一步思考，并應用所學知識計算過山車的角速度和線速度，或者其他與圓周運動相關的實際問題.霍爾元件在聚積正、負電荷的同時形成電場，自由電荷就會受到與洛倫茲力相反的電場力，當電場力與洛倫茲力大小相等時達到平衡，自由電荷不再偏移，形成了穩(wěn)定的霍爾電壓［3］.拓展應用霍爾元件等教學資源，用以輔助“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊教學，能夠取得更理想的課堂效果.

1.4 教學評價優(yōu)化

帶電粒子在電磁場中的運動比較復雜，往往是把拋體運動與圓周運動緊密地結(jié)合起來，需要有一定的分析問題能力才能理清兩者之間的關系，而不是簡單地套用相應的物理公式［4］.在教學過程中，教師可以引導學生通過實際觀察、實驗、分析等方式進行科學探究.

例如

在“向心力”這一內(nèi)容的教學中，可以讓學生圍繞向心力的概念設計實驗，并觀察、分析實驗結(jié)果.通過實際操作，學生能夠更深入地理解向心力的產(chǎn)生原因和作用規(guī)律，同時培養(yǎng)了學生的觀察、實驗設計和數(shù)據(jù)分析等科學探究的能力.在講解向心力的概念和公式時，教師可以啟發(fā)學生思考：“如果在離地球表面特定高度上建立一個人造衛(wèi)星，你會如何選擇人造衛(wèi)星的質(zhì)量和速度？”學生需要運用向心力的概念和公式進行分析和計算，提出合理的解決方案.在豐富的教學評價中，教師可以采用多樣化的評價方式，包括課堂小測驗、作業(yè)、實驗報告等.例如，教師可以通過給學生出一道具體的案例分析題來考查學生的理論應用能力.教師還可以結(jié)合實驗實施情況，給予學生實驗報告的評價，評估學生的實驗設計、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析能力.通過這樣的評價方式，教師可以了解學生的學習情況，并提供個性化的輔導和反饋.

2 以“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊為例的教學實踐

2.1 教學內(nèi)容的設計

帶電粒子在電磁場中的運動是物理學中的重要內(nèi)容之一.在教學實踐中，應闡述帶電粒子和電磁場的基本概念，包括電荷、質(zhì)量、電磁場的特性等，并通過圖示、實驗或?qū)嵗寣W生對這些概念有直觀的理解.接著，介紹洛倫茲力的概念和表達式.通過推導洛倫茲力的公式，幫助學生理解洛倫茲力的來源和作用.同時，教師也可通過實驗或模擬演示來展示洛倫茲力的效果.然后，以帶電粒子在均勻磁場中的運動為例，具體介紹其運動規(guī)律及軌跡.通過推導運動方程和解析軌跡方程，幫助學生理解帶電粒子在電場中的受力情況，并討論不同粒子的軌跡差異.最后，綜合考慮帶電粒子在電磁場中的運動.通過分析帶電粒子在同時存在磁場和電場的情況下的運動，比如在蓋爾曼實驗中的運動情況，幫助學生進一步理解帶電粒子在復雜電磁場中的運動.通過介紹基本概念、推導運動方程和解析軌跡方程等步驟，幫助學生深入理解帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律和力的作用.

2.2 問題驅(qū)動和實踐探究的推行

組織學生動手實驗，是開展實踐探究的重要方式.受制于示波器、陰極射線管等儀器的功能局限，難以直觀地觀察帶電粒子在電磁場中加速運動、偏轉(zhuǎn)運動的軌跡和變化特點.創(chuàng)新自制實驗教具，可以直觀、生動地觀察到帶電小球在電場中的加速及偏轉(zhuǎn)運動，幫助學生深入理解帶電粒子在電場中的運動規(guī)律［5］.為此，在“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊中，可以通過引入一系列問題、組織一系列實驗來激發(fā)學生的思考，增強學生觀察和動手能力.例如，“帶電粒子在電磁場中的運動是怎樣的？為什么會出現(xiàn)這樣的運動？”“電磁場對帶電粒子有什么影響？”這些問題，用來激發(fā)學生對這一主題的思考和探究欲望.接著，可以進行實踐探究的引入.如學生可以使用一些簡單的儀器和工具來進行實驗，如電磁場模擬器、電磁感應儀等.同時，可以鼓勵學生進行實踐探究的自主學習.可以提供圖書、視頻、網(wǎng)絡資料、小紅書等資源和平臺，讓學生自行查找和探索相關的知識.通過問題驅(qū)動和實踐探究的引入，讓學生可以更加直觀地理解和掌握帶電粒子在電磁場中的運動規(guī)律，提高他們的學習效果和學習質(zhì)量.

2.3 多樣化教學資源和評價方式的引入

針對“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊的教學內(nèi)容，可以采用多樣化的教學資源和評價方式.其中，在教學資源的準備上，可以為學生準備相關的實驗器材和實驗視頻.實驗課程資源不僅限于實驗室現(xiàn)有的設備和儀器，也可以積極開發(fā)資源，創(chuàng)新實驗，用日常用品或?qū)嶒炇业囊恍┎牧现谱鞒龅统杀靖哔|(zhì)量的教具，使實驗現(xiàn)象可視化，讓學生有更多親歷實驗演示的機會［6］.通過實驗，可以讓學生親身感受到電磁場對帶電粒子的運動的影響，并且觀察和測量不同條件下的運動規(guī)律.可以展示荷蘭物理學家朗之萬針對洛倫茲力公式F=qE+v×B施行的延伸實驗視頻，讓學生在觀看實驗的同時，理解和學習電磁場對帶電粒子的作用.在教學資源的選擇上，可以引入一些與實際應用相關的案例和故事.例如，可以講述MRI掃描的原理和技術，以及為什么只有帶有電荷的粒子才能被MRI掃描器捕捉到.在評價方式上，可以采用多種形式的評價，以促進學生的主動學習和自主思考.除了傳統(tǒng)的筆試和實驗報告外，可以讓學生參與到小組討論、問題解答和情境模擬等活動中.

2.4 同伴合作學習模式的應用

同伴合作學習模式可以幫助學生更好地理解復雜的物理概念，并提供互相學習和支持的機會.通常包括以下步驟：一是將學生分成若干小組，每個小組由3～4名成員組成，且包含不同層次的學生，促進學生之間相互學習和支持.二是為每個小組準備一些資料和練習題，這些資料和練習題應該涵蓋這個模塊的主要知識點和概念，可以包括理論知識、數(shù)學公式和實例問題等，用以指導和幫助學生進行學習和討論.三是分配小組內(nèi)成員的角色，明確各人承擔不同的任務.讓每個學生都可以在小組內(nèi)發(fā)揮自己的潛力，并從其他成員的經(jīng)驗和收獲中有所受益.四是組織小組成員之間進行互動和討論，分享自己的理解和解決問題的方法，幫助學生彼此糾正錯誤理解，解決困惑.同時，小組成員之間也可以相互提出新的問題、分享各自的學習收獲，既促進學習的深入和拓展，也為其他同學開辟其他的學習視角.五是老師可以通過觀察和評價各個小組的表現(xiàn)，對學生的學習進展進行評估和反饋.

3 結(jié)語

本文通過對“帶電粒子在電磁場中的運動”模塊的教學實踐，探討了基于核心素養(yǎng)培育的高中物理教學策略.研究結(jié)果表明，教學過程中重視問題的驅(qū)動和實踐的探究，以及靈活運用多樣化的教學資源和評價方式，加上同伴合作學習模式的融合應用，既可以有效提升學生的主動性和參與度，也能夠發(fā)展學生物理觀念、科學責任等方面的核心素養(yǎng).

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］楊學云.帶電粒子在磁場中運動的基本模型［J］.物理教學，2019（04）：57-59+20.

［3］段石峰.帶電粒子在“電磁場”中運動模型的實例分析［J］.高中數(shù)理化，2022（24）：36-39.

［4］景佳.帶電粒子在電磁場中運動的處理方法與技巧［J］.數(shù)理化學習（高中版），2023（01）：53-55.

［5］單英明.創(chuàng)新實驗——帶電粒子在電場中的運動演示儀［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2020（18）：39-40+46.

［6］李春勝，鐘志鵬.高中物理實驗可視化：價值、路徑與實踐——以“帶電粒子在電場中的運動”為例［J］.物理教師，2023（05）：54-57.