問題情境引領(lǐng)課堂教學(xué)
——以“帶電粒子在電場中的運動”教學(xué)為例

文∣吳敬章

新一輪課改把教學(xué)目標(biāo)從三維目標(biāo)改成核心素養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)要求也發(fā)生了較大的變化；所以，傳統(tǒng)的教學(xué)方法要進行改進。當(dāng)前，大部分學(xué)生疲于應(yīng)對作業(yè)，沒有時間做一些反思和總結(jié)，思考能力欠缺。在這種情況下，教學(xué)方法手段的探索迫在眉睫。以問題情境引領(lǐng)課堂教學(xué)是教師和學(xué)生喜愛的方法。

問題情境教學(xué)法能極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機和欲望，讓他們形成自主探究學(xué)習(xí)的習(xí)慣，進而提高自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)效果。本文以“帶電粒子在電場中的運動”教學(xué)為例，探究問題導(dǎo)向教學(xué)法如何實施。

一、設(shè)置問題情境激趣設(shè)疑，引入新課

人教版高中《物理·必修三》(2019年版)在每節(jié)課前都會通過一些實例來引入新課，并提出本節(jié)課要研究的主要問題。如“帶電粒子在電場中的運動”這節(jié)課中，教材以示波器為例引入新課(圖1)，但此例子偏離學(xué)生的生活實際，無法引起學(xué)生的興趣。

圖1

在教學(xué)中，本節(jié)課可設(shè)置如下情境引入。

【情境】電子被加速器加速后轟擊重金屬靶產(chǎn)生的射線，可用于放射治療。圖2中展示了一臺醫(yī)用電子直線加速器。

圖2

【問題】

(1)電子在電場中受到哪些力的作用？要不要考慮重力？

(2)研究物體運動的一般思路是什么？決定物體做什么運動的條件又是什么？

設(shè)置以上問題情境可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和進一步探究的欲望，從而對本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容充滿期待；然后教師再提出本節(jié)課要研究的主要問題，自然而然地進入新課的學(xué)習(xí)。

我們應(yīng)該如何設(shè)置問題情境呢？首先，設(shè)置問題情境應(yīng)盡可能取自學(xué)生所熟悉的生活，有趣味性、有針對性，能用所學(xué)的知識去解釋，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。如上面提到的醫(yī)用電子直線加速器，很多學(xué)生可能聽過，但不知道它的工作原理，通過問題情境的提出，學(xué)生就有了進一步探究的欲望，原來生活中很多現(xiàn)象可以用物理知識去解釋。

其次，教師可以借助一些有趣的小視頻、小實驗或小游戲等，增加學(xué)生的直觀認(rèn)識，調(diào)節(jié)課堂氣氛，活躍學(xué)生的思維。比如，教師可以向?qū)W生展示示波器的一些優(yōu)美圖形，向?qū)W生介紹一些相關(guān)的生活用電知識。

二、設(shè)計問題串引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識

要探討的問題比較大、比較難時，教師可以把問題分解成幾個簡單的小問題，降低探究難度，同時可以引導(dǎo)學(xué)生有條理地進行自主學(xué)習(xí)探究。如本節(jié)課在講粒子在電場中偏轉(zhuǎn)時，可以把問題進行如下分解。

【問題】如圖3所示，帶電粒子以一定的初速度進入兩極板中，粒子會做什么運動？

【例題設(shè)計】圖3中，極板電壓為U，間距d，板長l，粒子電量q、質(zhì)量m，以初速度v0從中間進入電場。

圖3

【問題設(shè)計】

問題1：帶電粒子在兩極板間的受力情況是怎樣的？

問題2：帶電粒子初速度方向和受力方向有什么關(guān)系？軌跡是曲線還是直線？

問題3：帶電粒子在垂直與平行于電場兩個方向上各做什么運動？加速度多大？

問題4：帶電粒子的運動時間是多少？

問題5：帶電粒子會從什么位置離開電場？可以用什么物理量來表示？(偏移量y)

問題6：帶電粒子會沿什么方向離開電場？如何表示？(速度偏轉(zhuǎn)角)

問題7：帶電粒子離開電場時速度是多大？有哪些求解方法？

通過這一串小問題，教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究，問題之間前后關(guān)聯(lián)，層層遞進。學(xué)生能輕松地把帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)問題搞清楚，很有成就感；他們也更樂于思考，提出更多相關(guān)的問題，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

如何有效地設(shè)置問題或問題串，引導(dǎo)學(xué)生積極思考并解決問題呢？

設(shè)置的問題一定要有層次，循序漸進地引導(dǎo)學(xué)生思考?？梢园凑战鉀Q問題的思路去設(shè)計問題，體現(xiàn)學(xué)生思維過程。上例中就是按解決力學(xué)問題基本思路展開設(shè)計的，同時運用類平拋運動的處理方法思路。

設(shè)置問題的難度要適中，學(xué)生可以通過自己的努力或者小組討論后解決大部分問題。教師可以多設(shè)置一些問題來降低難度，也可對問題做一些必要的解釋補充，如引入偏移量概念時，設(shè)置了“帶電粒子會從什么位置離開電場”這樣一個問題，學(xué)生就容易了解為什么要引入這個概念?！皫щ娏Ｗ訒厥裁捶较螂x開電場？如何表示”這樣一個問題能幫學(xué)生理解偏轉(zhuǎn)角的概念。

教師要注意問題與前后知識的關(guān)聯(lián)，對可能遇到的問題做適當(dāng)?shù)匿亯|。如本例中要分析帶電粒子的運動性質(zhì)和軌跡，教師設(shè)置“帶電粒子初速度方向和受力方向有什么關(guān)系”做鋪墊，學(xué)生就會想起從力的方向與速度方向的夾角關(guān)系來判斷運動軌跡。

三、演示實驗前設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生觀察思考

演示實驗是高中物理課堂教學(xué)中常用的教學(xué)手段，但有些教師對演示實驗重視程度不足，要么走過場，要么純粹為了吸引學(xué)生的注意力，往往達不到預(yù)期的效果。筆者認(rèn)為，在演示實驗前，教師可以適當(dāng)設(shè)置一些問題，引導(dǎo)學(xué)生對實驗?zāi)康摹⒃硪约皩嶒炞⒁馐马椷M行思考，讓學(xué)生對實驗有一定的了解后再做，可提高實驗的效果。如本節(jié)課的演示實驗可設(shè)置如下一些問題。

【演示實驗】用圖4所示的裝置模擬帶電粒子在電場中的加速與偏轉(zhuǎn)。

【儀器介紹】高壓靜電發(fā)生器能產(chǎn)生高電壓，加速極板能使粒子加速，偏轉(zhuǎn)極板使粒子偏轉(zhuǎn)，鋁箔包裹的泡沫小球模擬粒子。

【問題設(shè)計】

(1)觀察圖4所示的裝置，思考各部分元件的作用。

圖4

(2)如何讓小球帶電？

(3)若只有加速電場，會觀察到什么結(jié)果？

(4)增加偏轉(zhuǎn)電場，會觀察到什么結(jié)果？如果將偏轉(zhuǎn)電場的正負(fù)極調(diào)換位置呢？

教師通過以上問題，可以讓學(xué)生明白這個實驗要達到什么目的，應(yīng)該怎么做，需要觀察什么，預(yù)期的結(jié)果是什么等。這樣可以避免學(xué)生盲目觀察，沒目的、沒思考。學(xué)生可以通過思考問題，得出實驗思路，帶著問題去觀察和操作，實驗效果更好，這也滿足了物理學(xué)科素養(yǎng)中的科學(xué)探究要求。

四、問題拓展加深知識的廣度和深度

課堂練習(xí)是每節(jié)課重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，教師要注意通過對練習(xí)適當(dāng)?shù)赝卣?，如一題多解，一題多變、問題延伸等，拓寬學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生通過已有的知識探索一些更復(fù)雜的問題，鼓勵學(xué)生獨立思考，主動探索新知識。本節(jié)課教師可以拓展討論以下問題。

【拓展問題1】試證明粒子離開電場的速度反向延長線過沿初速度方向分位移中點。

問題分解：

(1)如何正確作圖？標(biāo)出物理量。(如圖5所示，作出粒子速度的反向延長線，與初速度的延長線交于O點，O點與粒子出射點間的水平距離為x)

圖5

【拓展問題2】如圖6所示，若粒子從靜止先由U1加速后進入偏轉(zhuǎn)電場，則此時的速度偏轉(zhuǎn)角的正切值和偏移量y是多少？

圖6

問題分解:

【拓展問題3】電性相同的不同粒子，由靜止經(jīng)同一電場加速再進入同一電場偏轉(zhuǎn)后的偏轉(zhuǎn)角和偏移量有什么關(guān)系？

通過上述些問題的拓展延伸，把需要加深和補充的知識以問題拓展的形式展現(xiàn)出來，學(xué)生通過思考分析計算，自然而然得到結(jié)論，比教師通過自己推導(dǎo)得出結(jié)論，再讓學(xué)生學(xué)習(xí)記憶，效果更好。同時也鍛煉了學(xué)生的思維，滿足物理學(xué)科素養(yǎng)要求。

在教學(xué)中，教師要注意營造寬松的自主探究氛圍，良好的師生互動，對學(xué)生反饋的問題及時交流引導(dǎo)，對學(xué)生在探究過程中碰到的一些新問題及時給予必要的指導(dǎo)，確保探究過程能夠順利進行。同時，教師要注意自己所起的作用是引導(dǎo)不是代替，要給學(xué)生足夠的思考時間和自主權(quán)，要鼓勵學(xué)生積極進行小組內(nèi)交流討論、互幫互助、大膽質(zhì)疑、大膽提問，積極推進思維的碰撞，擦出智慧的火花，使自主學(xué)習(xí)成果最大化。教師還要給學(xué)生展示學(xué)習(xí)成果的機會，讓學(xué)生積極提問、交流探討，在展示交流過程中不斷完善自己的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

問題情境導(dǎo)向教學(xué)法能很好地引領(lǐng)課堂教學(xué)，取得更好的課堂教學(xué)效果；促進學(xué)生積極思考，提高其物理學(xué)科素養(yǎng)，增強自主學(xué)習(xí)能力。教師在實際教學(xué)中要多了解學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，不斷地探索問題情境設(shè)計的方法技巧，設(shè)計科學(xué)有效、有針對性的問題或問題串，促使學(xué)生不斷地思考和探索新知識，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，讓物理課堂教學(xué)更輕松有效。