基于“问题解决”模式的课堂教学实践

左祥胜

(江苏省宿迁中学，江苏　宿迁　223800)

基于“问题解决”模式的课堂教学实践

左祥胜

(江苏省宿迁中学，江苏宿迁223800)

摘要：课堂教学的目标就是让学生学会问题解决，提升学生的科学素养。教师通过设置学生感兴趣的、有一定思考价值的问题情境，让学生通过问题解决，提高分析与解决物理问题的能力以及学习的热情。本文以“运动电荷在磁场中受到的力”为例，浅谈“问题解决”模式运用于课堂教学的设计方法。

关键词：问题解决；运动电荷在磁场中的受力；教学设计

1问题解决

1.1　什么是问题解决

所谓“问题解决”，一般是指形成一个新的答案，超越过去所学规则的简单应用而产生一个解决方案.当常规或自动化的反应不适应当前的情境时，问题解决就发生了.通俗地说，“问题解决”就是由一定情景引起的，按照一定的目标，应用已习得的概念、命题和规则等，经过一系列思维操作，使问题得以解决的过程.“问题解决”能力是物理思维能力的核心，对学生的学习有着重要的作用.加涅认为“教育课程的重要的最终目标就是教学生解决问题”.

1.2　如何创设有效的“问题解决”模式

奥苏贝尔在谈到问题解决时强调：“要把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者解决真实的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，并促进自主学习能力的发展.”因此，在教学中，教师应将学生感兴趣的、有一定思考价值的问题设置为问题情境，以激发学生学习的热情.同时，所设置的问题情境应使学生产生某种程度的不确定感，以唤起学生探究未知问题的热情.学生在分析解决问题时，可以尝试各种假设，用以拓宽自己的思维.在整个问题解决过程中，教师要让学生成为发现问题、解决问题的主动学习者，引导学生运用已习得的知识、技能去处理在学习和实际中遇到的新异问题.

衔接.

模拟创业课堂形式多样，一方面要承担知识传递的功能，另一方面担负着学生创新能力的培养，在实践过程中，笔者发现中学生大多喜欢这种教学形式，但热热闹闹的课堂却弱化了对知识的掌握.笔者认为可在课堂准备阶段让学生完成相对应的创业企划书，这一创业企划书必须要融入相对应的知识，在电路产品研发中则为原理图的设计.在实际教学中要注意呵护学生的参与热情，激发其改良产品的动机，逐渐培养其创新能力.

参考文献：

[1] 王婧,夏勇林.模拟创业途径下大学生创业素质培养问题研究[J].西安文理学院学报(社会科学版),2013,(4).

[2] 孙雅静,赵雷洪.基于PTA量表的物理化学综合实践活动的实施与评价[J].高师理科学刊,2013，(6).

[3] 刘炳昇，李容.义务教育教科书物理九年级上册[M].南京：江苏科学技术出版社，2014.

[4] 刘炳昇.在物理课程中设置“综合实践活动”的意义和教学建议——以“苏科版”物理教材中的综合实践活动为例[J] .物理之友，2015，31(1).

图1

那么，在中学物理课堂教学中问题解决的过程是如何展开的呢？笔者按图1所示的“问题解决”模式进行教学，收到良好的教学效果.

2基于“问题解决”的课堂教学设计

现以人教版高中物理选修3-1“运动电荷在磁场中受到的力”为例，做基于问题解决模式的教学设计.

2.1　教材分析

本节起承上(安培力)启下(带电粒子在匀强磁场中的运动)的作用.洛伦兹力的方向和大小是本节教材内容的重点，实验结合理论探究洛伦兹力的方向，再由安培力表达式推导出洛伦兹力表达式的过程是培养学生逻辑思维能力的好机会，一定要让全体学生都参与这一过程.在教学过程中重视“过程与方法”的目标实现；同时，要让学生体会到科学探究的一般方法：“推理—猜想—实验验证”.

2.2　教学目标

2.2.1　知识与技能

(1) 知道什么是洛伦兹力，并会用左手定则判断洛伦兹力的方向.

(2) 理解洛伦兹力与安培力的关系，掌握计算洛伦兹力大小的公式推导过程.

(3) 知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理.

2.2.2　过程与方法

(1) 经历实验探究洛伦兹力方向的过程.

(2) 经历由安培力公式推导洛伦兹力公式的过程.

2.2.3　情感态度与价值观

体会物理学的逻辑美、规律的统一美；体会物理学与社会生活、自然现象的关系.

2.3　新课教学

2.3.1　设置问题情境：引入新课

(1) 观看视频：北极上空的极光.

师：同学们，我们现在来欣赏一种美丽的自然现象、多姿多彩的极光.

问题：极光现象一般在什么地区最容易发生？为什么会产生极光现象？

(2) 观察电视图像变形

师：接下来，我们来做一个有趣的实验.通过摄像头，把一位同学的图像信号送到电视机里.现在，把一根“魔棒”(包有白纸的磁铁)靠近电视机的荧光屏，我们看到，本来模样挺端庄同学，现在却走样了.

师：为什么图像变形了，是这根魔棒真的有魔力吗？

生：磁铁.

师：为什么磁铁靠近荧光屏会发生这种现象呢？同学们想知道其中奥秘吗？要解释这些现象，等学习完本节课的内容就清楚了.

2.3.2　提出问题，猜想和假设

(1) 运动电荷在磁场中受力

师：什么叫安培力？怎样计算安培力的大小？如何判断安培力的方向？电流是如何形成的？电流强度是怎样定义的？

师：既然通电的导线在磁场中会受到力的作用，而电流是由电荷定向移动形成的.那么磁场对运动电荷是否也有力的作用力呢？请同学们提出猜想.

生：运动电荷在磁场中可能受到力的作用.

师：我们能否这样认为，磁场对通电导线的安培力是作用在大量运动电荷上力的矢量和呢？

生：可以这样认为.

2.3.3　设计解决方案

师：实验是检验假说的唯一标准，任何的猜想都必须要经过实践的检验.(展示阴极射线管实物，介绍其工作原理.)

师：阴极射线管内是真空.当左右两个电极连接到高压电源时，阴极会发射电子.电子在电场的加速下飞向阳极.挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束.长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹.

师(演示)：没有加磁场时，观察阴极射线管中电子流的运动轨迹.

生：是一条直线(如图2).

师(演示)：用一个马蹄形磁铁在电子束的路径上加磁场，尝试不同方向的磁场对电子束径迹的是否有影响，此时电子束的径迹还是一条直线吗？

生：不是一条直线，电子束的径迹弯曲了(如图3).

师：请同学们想一想，通过实验可以得出什么结论？

生：运动电荷在磁场中受到力的作用.

师：实验表明，阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏转，磁场对运动电荷确实存在作用力.我们把运动电荷在磁场中受到力的作用叫做洛伦兹力.

2.3.4进行问题解决：理论分析与实验探究相结合

师：力是矢量，既有大小也有方向.那么，洛伦兹力方向如何确定呢？

生：既然通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力，洛伦兹力的方向可用左手定则来判定.

师：观察阴极射线管实验，看电子束偏转方向与左手定则判定是否一致？

生：完全一致.

师：这说明，安培力和洛伦兹力本质上属同一种力；安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质.

(师生归纳洛伦兹力的方向、左手定则，略.)

师：如果v与B不垂直，如何研究？

生：将v沿着B方向和垂直B的方向分解，洛伦兹力的方向垂直于v和B所决定的平面.

师：同学们用左手定则判定了洛伦兹力的方向，那么怎样才能求出洛伦兹力的大小？我们知道电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力，我们能不能按照这个思路，由安培力的表达式来导出洛伦兹力的表达式？

生：可以.

师(在学生“最近发展区”搭建脚手架)：如图4所示，设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中(自由电荷带正电)，求：

图4

(1) 通电导线中的电流；

(2) 通电导线所受的安培力；

(3) 这段导线内的自由电荷数；

(4) 每个电荷所受的洛伦兹力.

此环节为学生的自主探究过程.教师巡查，发现学生推导过程中存在问题，在推导结束后的阶段，选择有代表性的问题投影，然后组织学生分析、讨论、评价，最后解决问题，得到正确的推导过程.

生：导线中的电流为I=nqSv,所受到的安培力为F=BIL=BnqSvL,运动电荷的总数为N=nSL，单个运动电荷所受到的作用力为f=F/N,即洛伦兹力大小为f=qvB.

师：f=qvB的适用条件是什么？

生：电荷的运动方向与磁场方向垂直.

2.3.5　评价与提升

师：讨论下列几种情况：

(1) 当v平行于B时，运动电荷所受洛伦兹力大小是多少？

(2) 当v垂直于B时，运动电荷所受洛伦兹力大小是多少？

(3) 洛伦兹力的大小与哪些因素有关系？

生：(1)F=0；(2)F=qvB，最大；(3) 与以下四个因素有关：电荷运动的方向和磁场方向的夹角、电荷量q、电荷的运动速率v、磁感应强度B的大小.

师：根据洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向的关系，请你推测：洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？

生：由于洛伦兹力与速度方向始终垂直，只改变速度方向，不能改变速度的大小.即洛伦兹力对运动的电荷不做功.

师：洛伦兹力是一种非常重要的力，它的应用也非常广泛.电视机中的显像管应用了电子束磁偏转的道理.电子束通过一个通电的线圈，线圈形成磁场，电子在洛伦兹力的作用下进行偏转，这才有了我们看到的电视画面.

师：电视机荧光屏要显示出图像，一定要有电子打到荧光屏各处.那么，电子从哪里来呢？

师(演示)：(拆开电视机后盖，如图5)显像管中有一个阴极、工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞就能发光.可是，很小的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，而实际上要使整个荧光屏发光.这就要靠磁场来使电子束偏转了.没有磁场时电子束打在荧光屏正中的点.为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，图6为显像管中电子束工作示意图.

(1) 要是电子打在a点，偏转磁场应该沿什么方向？

(2) 要是电子打在b点，偏转磁场应该沿什么方向？

(3) 要是电子打从a点向b点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？

图7

生：(1) 垂直于纸面向外；

(2) 垂直于纸面向内；

(3) 先垂直于纸面向内渐减小，垂直于纸面向外渐增大.

师：实际上，在偏转区的水平方向和竖直方向都有磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这在电视技术中叫做扫描(如图7).电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场，电视机中每秒进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光.

3教学反思

在实际教学中我们发现：将“问题解决”引入物理课堂教学，调动了学生学习的积极性和主动性，激发了学生的问题意识与探究的热情.由于平时的课堂教学大多数以教师讲授为主，现在改变课堂教学形式，虽然课堂气氛活跃，但是有少数学生在课堂上无所事事，“问题解决”的目的性和有效性欠缺，仅仅是做做样子而已.学生动手操作实验器材的能力、实验现象分析的能力也有待于进一步加强.

运用“问题解决”模式教学，“问题”设计是关键，教师要处理好预设与生成的关系，不能让预设问题牵着学生的鼻子走.这对教师来说也是一种挑战，教师只有不断加强学习，提高自己业务的能力，才能有驾驭课堂的能力.

[1] 陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2014.

[2] 廖伯琴.物理教育学[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3] 郑少华.“磁场对运动电荷的作用力”教学设计[J].中学物理教学参考，2008，37(9).

[4] 陈建华.中学物理“问题解决”教学探究[J].上海教育科研，2009，(8).