磁场对运动电荷的作用力的高端备课

鲁雨睛 刘宇洋

【摘要】针对磁场对运动电荷的作用力教学在实践中的不足，从物理教学生态化、学生学习自主性、教学图片选取等方面进行高端备课研究，完善教学，力图为高中磁场对运动电荷的作用力的教学开辟一条新道路。

【关键词】高端备课  磁场  运动电荷  洛伦兹力

【中图分类号】G42    【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）32-0098-02

“磁场对运动电荷的作用力”是一节关于磁场性质的课，它在深化学生对安培力的本质理解的同时，也为学生学习“带电体在磁场中运动”奠定基础。因此对高中“磁场对运动电荷的作用力”的教学进行深入研究具有重要意义。

一、人教版高中物理教材分析

“磁场对运动电荷的作用力”是人教版物理选择性必修二第一章第2节的内容。围绕磁场对运动电荷的作用力，即洛伦兹力展开探讨。教材中首先演示“电子束在磁场中偏转”的实验，探究发现“电子束收到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲”，由此提出洛伦兹力的物理概念，并利用左手定则判断洛伦兹力的方向，然后由安培力表达式推导得出洛伦兹力的表达式，最后介绍电子束的磁偏转的应用——显像管电视机，探究并分析显像管原理。

以高端备课的视觉对教材进行深入研究发现教材存在一些有待商榷的地方[1]，主要包括以下三个方面：

首先，教材借助演示实验帮助学生发现物理现象以此引入新课，然而以“电子束在磁场中偏转”演示实验为教学引入的实际效能较低，该实验虽能让学生观察到“电子束收到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲”，但却弱化了学生发现生活中物理问题的能力，学生的思考与学习从生活中抽离，并不能有效激发学生的探究欲望与学习兴趣。因此如何设计教学导入，引导学生从生活中探究“磁场对运动电荷有力的作用”是教学的关键。其次，教材中关于洛伦兹力表达式推导的教学内容编写不当，教材中直接抛出“我们是否可以由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？”这一问题未遵循学生的认知规律，该问题限制了学生的思考范围，弱化了学生自主探究“安培力与洛伦兹力之间关系”的能力。因此，对于如何设计洛伦兹力关系式的推导，进而发展学生自主探究能力与科学态度是接下来高端备课所要探究的重要问题之一。最后，教材中显现管原理示意图过于简单化，未突出关键因素，不能具体体现偏转线圈的构造，而这个偏转区是发生电子束的磁偏转的重要区域。教材所展示的图片资源只能帮助学生表面认识显像管，影响学生应用“磁场对运动电荷”的知识分析显示管原理，使得高中磁场对运动电荷的作用力的教学难以实现从物理走向社会。本文也将以此为突破点，对教材与教学中图片资源的选取进行研究。

二、高中磁场对运动电荷的作用力的高端备课

（一）教学起点生活化，物理建模彰显魅力

通过创设生活化物理情境，有助于激发学生的探究欲，唤起学生的求知欲，培养学生自主探究与学习的能力，并使学生能够学以致用。笔者接下来将以生活实例作为“磁场对运动电荷的作用力”这一节课的引入进行深入探讨。

教学引入部分展示极光的照片或视频，美丽的极光能很好地吸引学生，教师在简单介绍极光后引导学生猜测其产生的原因，学生尝试用所学的知识去进行解说，可有效激起学生发现与探究物理现象的欲望。当学生发现无法用已有知识去解释极光现象时，教师鼓励学生利用电子射线管和高压电源模拟太阳的高能带电粒子流，用磁铁模拟地球磁场，进行“电子束在磁场中偏转”实验，重现室内“极光”[2]。以生活化的物理现象——极光现象作为本节课的引入，有效激发学生学习兴趣。此外，以物理建模的形式展现室内“极光”，降低了学生的思维梯度，使得他们在逐渐认识“当太阳的高能带电粒子流（太阳风）进入了地球磁场产生了极光”这一物理现象的同时，也强化了他们对洛伦兹力的认识与学习，还有助于对学生模型等效转换思想的培养，大幅度提升了“电子束在磁场中偏转”实验演示在教学中的效能，彰显了物理的独特魅力。

（二）科学探究开放化，自主学习抓本质

抓住关键，引导学生自主建构把握物理问题的本质。结合极光，鼓励学生进行分析：整个粒子流相当于受到了地球磁场的安培力作用，而极光中的每个电子粒也都会受到磁场力的作用，也就是洛伦兹力。引导学生认识“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”，继续引导学生思考其中的一个电子粒受到的洛伦兹力的大小是多少。及时搭桥，播放电子流受磁场偏转的微观视频，类比极光与一个电子粒，继续以宏观、微观为切入点探究每个电子粒的受力大小，进行开放性问题探究。[3]对于一束电流，学生会写出电流或安培力的表达式，鼓励学生尝试从宏观、微观角度分析安培力表达式，扣住“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”的规律，并计算得出每个运动电荷所受洛伦兹力的大小。以开放性问题探究展开，直接引导学生利用安培力表达式推导洛伦兹力表达式，将有助于学生的观察、类比分析与总结，与生活实际的巧妙结合，及时搭桥，更有助于学生自主建构、把握物理问题的本质，发现极光、电子束中的“宏观——微观”，抛开教材中的公式推导指导，鼓励学生分组合作进行思考与讨论，并结合前认知以数学表达式的形式对物理现象进行描述，学生在观察过程中相互提问，发现规律并利用规律，教师给予适当点拨，学生在问题探究过程中推导出洛伦兹力表达式。在这一过程中小组提问、发现总结规律，并推导公式的设计，课堂上开放性的自主探究更使得他们的逻辑思维得到了充分的训练。

（三）优化图片资源，助力高效学习

由于教材中所提供的图片不能帮助学生对显像管中带电粒子在磁场中受力情况进行分析，甚至加大了学生运用物理知识探究实际问题的困难。偏转区由两个不同的磁场区域构成，语言描述不能帮助学生对偏转线区进行认识，还会增加学习负担，学生在该阶段的重点任务是探究显像管中的电子束磁偏转，因此优化后的图片必须能够展示出偏转线圈部分，帮助學生认识并利用所学知识分析显像管的原理。[4]

优化后的图片可有效铺助教学，对于偏转区的展示，学生能够一目了然，降低了学生处理图片信息的困难，帮助学生清晰地认识显像管内部构造，同时使用图片辅助学生运用物理知识解决实际问题的作用也得到了突出与强化，在此基础上，学生对于原理的探究有了更明确、清晰的研究方向，在学习兴趣上也大有提高。

三、启示与反思

基于上述高端备课的研究，可以得到以下三点启示。

（一）从生活走向物理，从物理走向社会

从生活走向物理，有助于培养学生发现生活中的物理现象的习惯，学生在梳理生活物理现象中的朴素认识的同时，形成物理观念;从物理走向社会，利于培养学生利用物理解决实际问题的能力，也利于提升学生的科学思维与科学探究的能力，以及形成科学态度与责任感，更益于深入地认识与理解自然。

在实际教学中，教师常常只注意到物理知识应用部分的生活化，而忽略从生活走向物理。在物理教学中，以一个有趣的生活现象为教学起点，益于学生在有限的时间内更高效的学习。当然，利用所学知识解决实际物理问题是学生学习阶段的重要环节，学生在理论知识与实践的结合与跳跃中学习物理，感受物理的科学性与独特魅力，进一步提升自身的科学素养。

（二）以开放性探究促进自主性学习

建构主义的教学观强调教学应充分发挥学生个体的主观能动性，这也是新课程标准中所提倡的。然而，在实际教材编写以及教学中，对于发挥学生主观能动性的侧重并不多，正如人教版对于“磁场对运动电荷的作用力”的教材编排中也未突出自主性学习。教师在教学过程中应注重培养学生的自主学习能力，引导学生积极主动地探索未知，发挥他们的主观能动性。

开放性探究对于培养学生学习的自主性有很大帮助，学生在开放性的探究过程中对问题的思考将不受限制，这将有助于培养他们的科学思维，最重要的是，在开放性的探究过程中，学生的学习兴趣、求知欲大大提升，进而促进了学习的主动性，有效地提升了教育教学质量。

（三）科学选择图片，进行高效物理教学

从心理学角度研究发现，人类对图片的信息加工与存储能力，比單纯的文字信息要强得多。在实际教学中，良好的教学图片能有效辅助学生的学习，同时激发学生的求知欲与学习兴趣，进而帮助教师进行更高效的物理教学，提升学生学习效率。

在实际教学中，教师应根据教学内容选择适宜的图片，笔者总结以下几点教学图片的选取要求：

1.图片应简洁明了、美观;

2.图片内容应突出重点，帮助学生学习;

3.图片的视觉冲击力应明显，加深学生学习记忆

4.图片数量应适宜，有限时间内展示精华图片;

5.图片最好由教师本人拍摄，增大学生学习兴趣。

参考文献：

[1]邢红军.高中物理高端备课[M].北京：中国科学技术出版社，2014.

[2]齐文明.利用高中物理所学知识解释极光现象[J]. 高考，2019（2）：264.

[3]任虎虎.指向深度教学的思维型课堂实践与反思

——以“磁场对运动电荷的作用力”教学为例[J].物理教师.2018，39（7）：16 - 18.

[4]李霹.图片教学法提高高中物理教学有效性的行动研究[D].华东师范大学，2015.