用活物理教材理清教學邏輯促進思維發展

劉鑫

1 問題的提出

中學物理教學兼顧傳授物理知識和發展學生思維的雙重任務，其中促進學生的思維發展需要把握教學的時空次序，即教學邏輯，讓學生思維在遞進的邏輯中得到發展.然而，經常在聽評課活動中發現教師單純地從教材出發，照本宣科的過程中出現邏輯不清、引課不當、過渡突兀，很難引起學生的遞進思維發展.

筆者認為，上述現象產生的原因在于教師在備課之前沒有設身處地地站在學生的角度去思考，也就是說沒有從學生認知思維的角度去設計教學邏輯，而“死用教材”.為了更好地闡述如何用活教材，理清邏輯，來促進學生物理思維發展，現以2014年浙江省物理優質課評比中一節“帶電粒子在勻強磁場中的運動”課為例展開論述，更期引起教材使用者們的關注.

2 對“帶電粒子在勻強磁場中的運動”一節的聽課評論

在本節課中，授課老師完全按照教材的邏輯順序，而忽略學生的思維發展.詳細說明如下：

（1）首先就用“洛倫茲力演示儀”（如圖1所示）引入本節課的學習，雖然儀器介紹得到位精練，但筆者認為這樣引入本節課學習顯得比較突然，在學生還沒有對帶電粒子在磁場中受力進行理論分析和歸納的情況下，先著手看這個實驗，學生可能會對下面的學習比較茫然.

（2）接下去也完全按照教材的設計利用“洛倫茲力演示儀”演示電子在磁場中的偏轉.如下：

用洛倫茲力演示儀觀察運動電子在磁場中的偏轉.

①不加磁場時觀察電子束的徑跡.

②給勵磁線圈通電，在玻璃泡中產生兩線圈中心連線方向、由紙內指向讀者的磁場，觀察電子束的徑跡.

③保持出射電子的速度不變，改變磁感應強度，觀察電子束徑跡的變化.

④保持磁感應強度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化.

這一部分的有關演示都是以陳述方式呈現的.授課教師給演示儀裝上三四個攝像頭，又結合動畫輔助，好不熱鬧！但試想一下：為什么要構建相應這樣的磁場？電子在相應磁場中受力特點如何？又是怎樣產生這樣的運動的？由于課上時間有限，很多學生根本來不及思考其中的道理，一切運動現象就這么如同流水般都出來了.記得授課過程中教師有這樣一句話，“應該是圓，對吧？”，可見過渡生硬.因為觀察跨度太大，又都以陳述方式呈現，所以學生的思維難以得到遞進發展.

在處理電子在勻強磁場中圓周運動時的運動特點時，授課教師又給演示儀配上了磁傳感器，說明電流磁場強弱與電流的關系，再去驗證運動半徑和周期與磁場強弱的關系.使用磁傳感器耗費了很長時間，而相應理論分析卻和盤托出，有喧賓奪主的感覺.

（3）到這里就戛然而止了，并未提及教材中的質譜儀和回旋加速器.但筆者認為本節課應該對帶電粒子在勻強磁場中運動的特點加以應用，使學生的思維得到體驗和延伸，使整個教學流程完整.

整節課重實驗演示輕理論分析，重教材順序輕邏輯順序.實驗確實有利于激起學生的學習興趣，但一定要結合實驗功效融入整節課的邏輯順序中.還有，目前的教材廣泛采用了跟生活和社會問題相聯系的邏輯結構，知識點散落，知識點間的“梯度”較大，所以一定要結合教學邏輯順序將教材順序進行整合.

3 對“帶電粒子在勻強磁場中的運動”一節的教學建議

3.1 對教學邏輯的理解

所謂教學邏輯意指包括思維在內的師生教學活動的內在規律性和有關主張，要充分重視學生的學習思維，堅持“以學定教”.這一節課之前，學生已對洛倫茲力做了系統全面的分析，這一節課如果教師加以歸類引導，學生就可以結合牛頓運動定律進行理論分析，得出相應的運動特點和規律.但學生還并沒有掌握科學探究的方法，即理論分析——實驗驗證——應用，對于科學方法傳授不能僅僅停留在對名稱的記憶層面，而要把科學方法置于教學過程的中心，使學生領悟到科學方法的內涵及操作步驟.這也是本節課重要的培養任務.反觀本節教材只是把“實驗、分析、應用”一一陳列出來，知識點散落，“梯度”較大，并未把有關科學方法體現在規律的形成過程中，所以絕不應該簡單地把教材邏輯照搬過來作為教學邏輯，應要活用教材，形成教學邏輯.

3.2 教學邏輯的兩條線路

3.2.1 邏輯主線

顯性的知識是過程、方法以及情感行為活動的載體，是教學目標的重要組成部分，它在教學中安排、調整的靈活性與可變動性遠不及方法、情感和行為內容，所以，知識線索常被作為邏輯主線.如前面分析得出本節課的邏輯主線應為：理論分析——實驗驗證——應用.

具體如下：

一般“事件”的開端應是問題的源頭，帶電粒子在勻強磁場中的運動學習的意義起源于運動的帶電粒子在磁場中受力，進而又影響運動.所以應打破且活用教材順序，上課首先給學生呈現的應是帶電粒子在磁場中的受力分析.

環節1：請對帶電粒子在磁場中進行受力分析，并說明運動軌跡形狀.

學生帶著這個問題進入本節學習顯得十分自然，學生的思維在這個現實問題的觸動下就會活躍起來，這個問題可以限定為以下兩種情況，（如圖2所示）學生讀圖以后可以初步了解運動特點，由此產生學習欲望.

依據學生的思維發展，接下來呈現的可以是實驗驗證.

環節2：為驗證剛才的分析情況，可以采用洛倫茲力演示儀驗證.

為幫助學生驗證，在此應把洛倫茲力演示儀介紹得詳細得當，包括玻璃泡、勵磁線圈及各個旋鈕.同時，可以配上攝像頭，通過攝影使現象更易觀察，但切忌用時過長，喧賓奪主.另外可結合教材中“演示”任務前兩條進行相關驗證.如下所示：

用洛倫茲力演示儀觀察運動電子在磁場中的偏轉.

（1）不加磁場時觀察電子束的徑跡.

（2）給勵磁線圈通電，在玻璃泡中產生兩線圈中心連線方向、由紙內指向讀者的磁場，觀察電子束的徑跡.

學生經驗證后更有信心了，接下去可以是一個遞進式問題.

環節3：經觀察，當帶電粒子速度與磁感應強度平行時，由于不受力做勻速直線運動；那么當帶電粒子速度與磁感應強度垂直時，你覺得粒子的運動軌跡很像什么形狀？讓我們從理論上分析一下.

這里學生特別容易看到和想到是圓形，教師要引導學生利用學習過的力學知識進行理論分析，推導證明，建議有以下四個步驟：

（1）根據左手定則：洛倫茲力與速度共面，運動軌跡在同一平面內.

（2）根據左手定則： 洛倫茲力與速度垂直不做功，應是勻速率曲線運動.

（3）根據牛頓第二定律：在每一小段軌跡內，由于滿足Bqv=mv2/r，得出r恒定，應是圓周運動.

（4）綜上所述：勻速圓周運動.

學生認識得出了勻速圓周運動之后，接著可以提出軌跡半徑周期的決定因素.

環節4：你能利用學過的知識推導圓半徑與速度、磁感應強度的關系嗎？周期呢？再利用演示儀驗證一下.

這里可以按照教材的編寫，即用一個“思考與討論”引導學生的推導探究.如下所示：

帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的圓半徑，與粒子的速度、磁場的磁感應強度有什么關系？考慮到粒子所受的洛倫茲力就是它做勻速圓周運動的向心力，列出方程來不難得到幾個物理量之間的關系式.然后就可以分別判斷粒子的速度、磁場的強弱對圓半徑的影響.

經過前面一系列漸進的問題引導和實驗過程，學生對此認識逐漸加深，思維也會得到漸進提升.

有了上面對帶電粒子在磁場中運動的感性認識和理性分析，接下來要引導學生進行應用規律.

環節5：自然科學研究經常會用到帶電粒子的運動，下面給大家展示幾種應用，包括氣泡室、質譜儀、回旋加速器，展示過程應重定性分析輕定量計算.

學生具備了認識的基礎，再去進行深入的應用比較自然，學生的思維也達到了進一步升華.

3.2.2 邏輯副線

過程、方法以及情感、行為的教學需要反復進行，不是一次就能完成的.因此以此作為邏輯副線，并多次出現以強化學生體驗.對于本節課，通過探究（理論推導和實驗觀察）可激發學習物理的興趣，培養思維方法習慣和學習能力，為以后學習和知識遷移創造條件.

3.3實施過程中注意幾個細節

3.3.1 設計好恰當的邏輯起點

恰當的邏輯起點不但引發思維的過程，能使學生迅速進入有關的思維活動，使思維過程合理、有效，而且能使學生增加對學習內容的理解，豐富有關的知識.其中精心設計情境，通過對情境的討論揭示有關背景知識，是尋找恰當邏輯起點的有效手段.像本節課的邏輯起點應為運動帶電粒子在磁場中的受力分析.

3.3.2 設計好邏輯過渡語

語言是思維的外殼，語言的邏輯性反映思維的邏輯性，語言又是思維的工具，富有邏輯性的語言有利于思維的順利展開和深入.在教學中，各環節是依靠過渡語才形成邏輯合理、完整、富有意義、便于理解和接受的整體的，它能說明前后內容的宗旨、意義、方法論，有時還可起到心理調節作用.

3.3.3 注意強化邏輯體驗

完成學習任務后，應該注重引導學生對學習過程進行回憶、分析，對學習結果進行整合、擴展，強化體驗，使之形式化，更清晰深刻.對于本節課，筆者建議授課時應注重運動規律的理論推導，像圓周運動及規律的得出.還要注重知識應用，像氣泡室、質譜儀、回旋加速器，其中回旋加速器和其它應用一樣都應向學生展示設計思路，當然具體的定量計算可以放在下一課時.這樣強化學生的邏輯體驗之后，才會加深理解，不死記硬背.

當然，一個好的教學邏輯的形成是一個依賴于學情研究和教材研究，由少到多、由“干”到豐，不斷拓展、深化內容，然后再由多到少、由粗到精，反復謀劃、選擇、提煉的過程，始終圍繞著學生思維發展而活用教材，才會形成一條思路簡潔、主次分明、生動充實，既促進學生思維發展又符合教材內容的教學邏輯順序.