基于“師生互動”理念高中物理教學片段分析

田樹霞

師生互動是高效課堂的基本構成要素.下面以“磁場對運動電荷的作用力”一節中的洛倫茲力的方向和大小兩個教學片段為例，探討高中物理教學有效互動策略.

教學片段1：洛倫茲力的方向.

師：我們已經知道力屬于矢量，那么有關矢量的學習一般怎么處理？生：矢量的研究應從大小和方向兩個方面著手.師：前面的學習，我們還研究過安培力的方向，當時我們是如何確定安培力的方向，安培力的方向與哪些因素有關？生：通過左手定則來確立安培力的方向，安培力的方向與磁場方向、電流方向有關.

教師活動：引導學生回顧有關矢量的認識，由此逐步將話題導向洛倫茲力的方向.提出問題：請大家聯系洛倫茲力的定義，猜想洛倫茲力的方向可能與哪些因素有關？

學生活動：思考電流與電荷移動的關系，安培力與洛倫茲力的關聯.學生在思考和討論中形成猜想：電流所受安培力本質上就是運動電荷所受磁場的洛倫茲力，因此洛倫茲力的方向應該與磁場方向、電荷運動方向有關.

師：那么，如何判斷洛倫茲力的方向呢？生：和安培力方向一致，也可以通過左手定則來判斷.師：能否通過實驗來驗證你們的猜想呢？請大家分組討論，設計實驗進行驗證.

學生活動：前面的演示實驗作為基礎，學生選擇陰極射線管和蹄形磁鐵進行實驗.在實驗中發現以下問題：①電子束無法打到熒光屏上；②磁場只有在某些方向才能引起電子的偏轉；③改變磁場的方向，電子束的偏轉方向發生變化.圍繞實驗中的現象，學生進行總結：①當磁場方向與電子運動方向平行時，磁場對運動電荷沒有力的作用；②當磁場的方向垂直于電荷運動方向時，采用左手定則所判斷的洛倫茲力方向與實際方向相反；③洛倫茲力的方向始終與電荷運動方向、與磁場方向垂直.

教師活動：評價學生的實驗總結，同時針對學生的結論②，引導思考：電子束定向移動的方向等價于電流的方向嗎？進一步提出疑問：如果電荷運動的方向與磁場方向不垂直，那么該如何處理？

學生活動：在討論中，學生聯系到結論①和②的特殊情形（垂直和平行），由此得到啟示，可以將電荷的速度方向進行分解，其與磁場平行的分量不產生洛倫茲力，其與磁場垂直的分量產生洛倫茲力，因此可以通過左手定則進行判斷.

教師活動：引導學生感受三垂直的模型，體會磁場方向、電荷速度方向以及洛倫茲力方向之間的關系，由此幫助學生形成結論：洛倫茲力的方向一定垂直于磁場方向和電荷運動方向，但是電荷的運動方向不一定與磁場方向垂直，當電荷速度方向與磁場方向垂直時，洛倫茲力最大，平行時，沒有洛倫茲力.

設計意圖：該模塊是本課的第二項探究任務，我們再次引導學生循著“提出問題→科學猜想→實驗驗證”的探究順序完成洛倫茲力方向的規律探索.其中的重心是學生能在實驗中自主探索，圍繞現象總結規律，教師則需要引導學生評價自我結論的正確性，促使學生深刻思考，形成完善結論.

教學片段2：洛倫茲力的大小.

教師活動：引導學生再次對比安培力與洛倫茲力的關聯，進而提出問題：既然安培力是洛倫茲力的宏觀表現，我們是否可以通過安培力的表達式對洛倫茲力的表達式進行推導呢？

學生活動：結合教師播放的演示課件，建立物理模型：一通電導線長度為L、橫截面積為S、電流大小為I放在磁感應強度為B的勻強磁場中，并且已知自由電子的電荷量為q、單位體積中自由電子的數量為n、定向移動的速率為v.對照模型，學生展開以下推導：①磁場對這段導線的安培力為F安=BIL；②導線中自由電子的總數為N=nLs；電流的微觀表達式為I=nqvs；安培力為I=BnqvsL.③安培力是洛倫茲力的宏觀表現，因此有F洛=F安N=BnqvsLnLs=Bqv.

師：你們的結論是否在任何情形都可以使用？生：只有速度與磁場垂直的時候才可以使用；如果平行，則類似于安培力等于0.師：如果速度與磁場既不垂直，也不平行呢？生：可以分解速度或者是磁場.

學生活動：在教師的引導下，學生完成洛倫茲力大小的規律探索，并得出結論：當帶電粒子的速度與磁場垂直時，洛倫茲力大小為F洛=Bqv；若帶電粒子的速度與磁場平行，洛倫茲力大小為F洛=0；如果既不垂直、又不平行，則可以采用分解的方法求解洛倫茲力的大小.

設計意圖：教師通過課件模擬幫助學生建構模型，從而幫助學生形成直觀的認識.