磁場對運動電荷的作用力的高端備課

魯雨睛 劉宇洋

【摘要】針對磁場對運動電荷的作用力教學在實踐中的不足，從物理教學生態化、學生學習自主性、教學圖片選取等方面進行高端備課研究，完善教學，力圖為高中磁場對運動電荷的作用力的教學開辟一條新道路。

【關鍵詞】高端備課? 磁場? 運動電荷? 洛倫茲力

【中圖分類號】G42 ? ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）32-0098-02

“磁場對運動電荷的作用力”是一節關于磁場性質的課，它在深化學生對安培力的本質理解的同時，也為學生學習“帶電體在磁場中運動”奠定基礎。因此對高中“磁場對運動電荷的作用力”的教學進行深入研究具有重要意義。

一、人教版高中物理教材分析

“磁場對運動電荷的作用力”是人教版物理選擇性必修二第一章第2節的內容。圍繞磁場對運動電荷的作用力，即洛倫茲力展開探討。教材中首先演示“電子束在磁場中偏轉”的實驗，探究發現“電子束收到磁場的力的作用，徑跡發生了彎曲”，由此提出洛倫茲力的物理概念，并利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，然后由安培力表達式推導得出洛倫茲力的表達式，最后介紹電子束的磁偏轉的應用——顯像管電視機，探究并分析顯像管原理。

以高端備課的視覺對教材進行深入研究發現教材存在一些有待商榷的地方[1]，主要包括以下三個方面：

首先，教材借助演示實驗幫助學生發現物理現象以此引入新課，然而以“電子束在磁場中偏轉”演示實驗為教學引入的實際效能較低，該實驗雖能讓學生觀察到“電子束收到磁場的力的作用，徑跡發生了彎曲”，但卻弱化了學生發現生活中物理問題的能力，學生的思考與學習從生活中抽離，并不能有效激發學生的探究欲望與學習興趣。因此如何設計教學導入，引導學生從生活中探究“磁場對運動電荷有力的作用”是教學的關鍵。其次，教材中關于洛倫茲力表達式推導的教學內容編寫不當，教材中直接拋出“我們是否可以由安培力的表達式推導出洛倫茲力的表達式？”這一問題未遵循學生的認知規律，該問題限制了學生的思考范圍，弱化了學生自主探究“安培力與洛倫茲力之間關系”的能力。因此，對于如何設計洛倫茲力關系式的推導，進而發展學生自主探究能力與科學態度是接下來高端備課所要探究的重要問題之一。最后，教材中顯現管原理示意圖過于簡單化，未突出關鍵因素，不能具體體現偏轉線圈的構造，而這個偏轉區是發生電子束的磁偏轉的重要區域。教材所展示的圖片資源只能幫助學生表面認識顯像管，影響學生應用“磁場對運動電荷”的知識分析顯示管原理，使得高中磁場對運動電荷的作用力的教學難以實現從物理走向社會。本文也將以此為突破點，對教材與教學中圖片資源的選取進行研究。

二、高中磁場對運動電荷的作用力的高端備課

（一）教學起點生活化，物理建模彰顯魅力

通過創設生活化物理情境，有助于激發學生的探究欲，喚起學生的求知欲，培養學生自主探究與學習的能力，并使學生能夠學以致用。筆者接下來將以生活實例作為“磁場對運動電荷的作用力”這一節課的引入進行深入探討。

教學引入部分展示極光的照片或視頻，美麗的極光能很好地吸引學生，教師在簡單介紹極光后引導學生猜測其產生的原因，學生嘗試用所學的知識去進行解說，可有效激起學生發現與探究物理現象的欲望。當學生發現無法用已有知識去解釋極光現象時，教師鼓勵學生利用電子射線管和高壓電源模擬太陽的高能帶電粒子流，用磁鐵模擬地球磁場，進行“電子束在磁場中偏轉”實驗，重現室內“極光”[2]。以生活化的物理現象——極光現象作為本節課的引入，有效激發學生學習興趣。此外，以物理建模的形式展現室內“極光”，降低了學生的思維梯度，使得他們在逐漸認識“當太陽的高能帶電粒子流（太陽風）進入了地球磁場產生了極光”這一物理現象的同時，也強化了他們對洛倫茲力的認識與學習，還有助于對學生模型等效轉換思想的培養，大幅度提升了“電子束在磁場中偏轉”實驗演示在教學中的效能，彰顯了物理的獨特魅力。

（二）科學探究開放化，自主學習抓本質

抓住關鍵，引導學生自主建構把握物理問題的本質。結合極光，鼓勵學生進行分析：整個粒子流相當于受到了地球磁場的安培力作用，而極光中的每個電子粒也都會受到磁場力的作用，也就是洛倫茲力。引導學生認識“安培力是洛倫茲力的宏觀表現，洛倫茲力是安培力的微觀本質”，繼續引導學生思考其中的一個電子粒受到的洛倫茲力的大小是多少。及時搭橋，播放電子流受磁場偏轉的微觀視頻，類比極光與一個電子粒，繼續以宏觀、微觀為切入點探究每個電子粒的受力大小，進行開放性問題探究。[3]對于一束電流，學生會寫出電流或安培力的表達式，鼓勵學生嘗試從宏觀、微觀角度分析安培力表達式，扣住“安培力是洛倫茲力的宏觀表現，洛倫茲力是安培力的微觀本質”的規律，并計算得出每個運動電荷所受洛倫茲力的大小。以開放性問題探究展開，直接引導學生利用安培力表達式推導洛倫茲力表達式，將有助于學生的觀察、類比分析與總結，與生活實際的巧妙結合，及時搭橋，更有助于學生自主建構、把握物理問題的本質，發現極光、電子束中的“宏觀——微觀”，拋開教材中的公式推導指導，鼓勵學生分組合作進行思考與討論，并結合前認知以數學表達式的形式對物理現象進行描述，學生在觀察過程中相互提問，發現規律并利用規律，教師給予適當點撥，學生在問題探究過程中推導出洛倫茲力表達式。在這一過程中小組提問、發現總結規律，并推導公式的設計，課堂上開放性的自主探究更使得他們的邏輯思維得到了充分的訓練。

（三）優化圖片資源，助力高效學習

由于教材中所提供的圖片不能幫助學生對顯像管中帶電粒子在磁場中受力情況進行分析，甚至加大了學生運用物理知識探究實際問題的困難。偏轉區由兩個不同的磁場區域構成，語言描述不能幫助學生對偏轉線區進行認識，還會增加學習負擔，學生在該階段的重點任務是探究顯像管中的電子束磁偏轉，因此優化后的圖片必須能夠展示出偏轉線圈部分，幫助學生認識并利用所學知識分析顯像管的原理。[4]

優化后的圖片可有效鋪助教學，對于偏轉區的展示，學生能夠一目了然，降低了學生處理圖片信息的困難，幫助學生清晰地認識顯像管內部構造，同時使用圖片輔助學生運用物理知識解決實際問題的作用也得到了突出與強化，在此基礎上，學生對于原理的探究有了更明確、清晰的研究方向，在學習興趣上也大有提高。

三、啟示與反思

基于上述高端備課的研究，可以得到以下三點啟示。

（一）從生活走向物理，從物理走向社會

從生活走向物理，有助于培養學生發現生活中的物理現象的習慣，學生在梳理生活物理現象中的樸素認識的同時，形成物理觀念;從物理走向社會，利于培養學生利用物理解決實際問題的能力，也利于提升學生的科學思維與科學探究的能力，以及形成科學態度與責任感，更益于深入地認識與理解自然。

在實際教學中，教師常常只注意到物理知識應用部分的生活化，而忽略從生活走向物理。在物理教學中，以一個有趣的生活現象為教學起點，益于學生在有限的時間內更高效的學習。當然，利用所學知識解決實際物理問題是學生學習階段的重要環節，學生在理論知識與實踐的結合與跳躍中學習物理，感受物理的科學性與獨特魅力，進一步提升自身的科學素養。

（二）以開放性探究促進自主性學習

建構主義的教學觀強調教學應充分發揮學生個體的主觀能動性，這也是新課程標準中所提倡的。然而，在實際教材編寫以及教學中，對于發揮學生主觀能動性的側重并不多，正如人教版對于“磁場對運動電荷的作用力”的教材編排中也未突出自主性學習。教師在教學過程中應注重培養學生的自主學習能力，引導學生積極主動地探索未知，發揮他們的主觀能動性。

開放性探究對于培養學生學習的自主性有很大幫助，學生在開放性的探究過程中對問題的思考將不受限制，這將有助于培養他們的科學思維，最重要的是，在開放性的探究過程中，學生的學習興趣、求知欲大大提升，進而促進了學習的主動性，有效地提升了教育教學質量。

（三）科學選擇圖片，進行高效物理教學

從心理學角度研究發現，人類對圖片的信息加工與存儲能力，比單純的文字信息要強得多。在實際教學中，良好的教學圖片能有效輔助學生的學習，同時激發學生的求知欲與學習興趣，進而幫助教師進行更高效的物理教學，提升學生學習效率。

在實際教學中，教師應根據教學內容選擇適宜的圖片，筆者總結以下幾點教學圖片的選取要求：

1.圖片應簡潔明了、美觀;

2.圖片內容應突出重點，幫助學生學習;

3.圖片的視覺沖擊力應明顯，加深學生學習記憶

4.圖片數量應適宜，有限時間內展示精華圖片;

5.圖片最好由教師本人拍攝，增大學生學習興趣。

參考文獻：

[1]邢紅軍.高中物理高端備課[M].北京：中國科學技術出版社，2014.

[2]齊文明.利用高中物理所學知識解釋極光現象[J]. 高考，2019（2）：264.

[3]任虎虎.指向深度教學的思維型課堂實踐與反思

——以“磁場對運動電荷的作用力”教學為例[J].物理教師.2018，39（7）：16 - 18.

[4]李霹.圖片教學法提高高中物理教學有效性的行動研究[D].華東師范大學，2015.