基于“师生互动”理念高中物理教学片段分析

田树霞

师生互动是高效课堂的基本构成要素.下面以“磁场对运动电荷的作用力”一节中的洛伦兹力的方向和大小两个教学片段为例，探讨高中物理教学有效互动策略.

教学片段1：洛伦兹力的方向.

师：我们已经知道力属于矢量，那么有关矢量的学习一般怎么处理？生：矢量的研究应从大小和方向两个方面着手.师：前面的学习，我们还研究过安培力的方向，当时我们是如何确定安培力的方向，安培力的方向与哪些因素有关？生：通过左手定则来确立安培力的方向，安培力的方向与磁场方向、电流方向有关.

教师活动：引导学生回顾有关矢量的认识，由此逐步将话题导向洛伦兹力的方向.提出问题：请大家联系洛伦兹力的定义，猜想洛伦兹力的方向可能与哪些因素有关？

学生活动：思考电流与电荷移动的关系，安培力与洛伦兹力的关联.学生在思考和讨论中形成猜想：电流所受安培力本质上就是运动电荷所受磁场的洛伦兹力，因此洛伦兹力的方向应该与磁场方向、电荷运动方向有关.

师：那么，如何判斷洛伦兹力的方向呢？生：和安培力方向一致，也可以通过左手定则来判断.师：能否通过实验来验证你们的猜想呢？请大家分组讨论，设计实验进行验证.

学生活动：前面的演示实验作为基础，学生选择阴极射线管和蹄形磁铁进行实验.在实验中发现以下问题：①电子束无法打到荧光屏上；②磁场只有在某些方向才能引起电子的偏转；③改变磁场的方向，电子束的偏转方向发生变化.围绕实验中的现象，学生进行总结：①当磁场方向与电子运动方向平行时，磁场对运动电荷没有力的作用；②当磁场的方向垂直于电荷运动方向时，采用左手定则所判断的洛伦兹力方向与实际方向相反；③洛伦兹力的方向始终与电荷运动方向、与磁场方向垂直.

教师活动：评价学生的实验总结，同时针对学生的结论②，引导思考：电子束定向移动的方向等价于电流的方向吗？进一步提出疑问：如果电荷运动的方向与磁场方向不垂直，那么该如何处理？

学生活动：在讨论中，学生联系到结论①和②的特殊情形（垂直和平行），由此得到启示，可以将电荷的速度方向进行分解，其与磁场平行的分量不产生洛伦兹力，其与磁场垂直的分量产生洛伦兹力，因此可以通过左手定则进行判断.

教师活动：引导学生感受三垂直的模型，体会磁场方向、电荷速度方向以及洛伦兹力方向之间的关系，由此帮助学生形成结论：洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向和电荷运动方向，但是电荷的运动方向不一定与磁场方向垂直，当电荷速度方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大，平行时，没有洛伦兹力.

设计意图：该模块是本课的第二项探究任务，我们再次引导学生循着“提出问题→科学猜想→实验验证”的探究顺序完成洛伦兹力方向的规律探索.其中的重心是学生能在实验中自主探索，围绕现象总结规律，教师则需要引导学生评价自我结论的正确性，促使学生深刻思考，形成完善结论.

教学片段2：洛伦兹力的大小.

教师活动：引导学生再次对比安培力与洛伦兹力的关联，进而提出问题：既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，我们是否可以通过安培力的表达式对洛伦兹力的表达式进行推导呢？

学生活动：结合教师播放的演示课件，建立物理模型：一通电导线长度为L、横截面积为S、电流大小为I放在磁感应强度为B的匀强磁场中，并且已知自由电子的电荷量为q、单位体积中自由电子的数量为n、定向移动的速率为v.对照模型，学生展开以下推导：①磁场对这段导线的安培力为F安=BIL；②导线中自由电子的总数为N=nLs；电流的微观表达式为I=nqvs；安培力为I=BnqvsL.③安培力是洛伦兹力的宏观表现，因此有F洛=F安N=BnqvsLnLs=Bqv.

师：你们的结论是否在任何情形都可以使用？生：只有速度与磁场垂直的时候才可以使用；如果平行，则类似于安培力等于0.师：如果速度与磁场既不垂直，也不平行呢？生：可以分解速度或者是磁场.

学生活动：在教师的引导下，学生完成洛伦兹力大小的规律探索，并得出结论：当带电粒子的速度与磁场垂直时，洛伦兹力大小为F洛=Bqv；若带电粒子的速度与磁场平行，洛伦兹力大小为F洛=0；如果既不垂直、又不平行，则可以采用分解的方法求解洛伦兹力的大小.

设计意图：教师通过课件模拟帮助学生建构模型，从而帮助学生形成直观的认识.