“问题导引，有效建模”提升物理教学有效性方

友亭

摘   要：新一轮的高中课程改革，以“核心素养”统领高中课程方案、课程标准和课程实施。在2018年高考考试大纲中，着重明确了高考“考什么”，即必备知识、关键能力、学科素养、核心价值。此次课程标准首次提出 “学科核心素养”。物理学科核心素养中包含“模型建构”这一重要因素。本文尝试通过“问题导引  有效建模”的教学方法来提升课堂有效性，减轻学生的学业负担。

关键词：问题导引;有效建模;物理教学;课堂有效

“核心素养”背景下的学校教育的目标，是指学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是每一名学生获得成功生活、适应个人终身发展和社会发展都需要的、不可或缺的共同素养。素养教育反映在学校的教育教学过程之中。教师作为学校教育的工作者，教学中也要适应时代潮流，跟上时代步伐，从知识的传授者向引导者转变，让学生主动参与到课堂中来，启动思维，主动建构知识，获得能力。

物理学是一门理论严谨、逻辑性强、实用性广的自然科学，高中物理难度较大，学科性强，很多学生不易学懂，久而久之，学生对物理的学习就缺乏兴趣，学习只是为了完成高中学业和应对高考，完全处于一种被动学习的状态，更谈不上养成终身学习的意愿和终身发展的能力[ 1 ]。兴趣是最好的老师，而引发学生兴趣的途径之一，便是以“问题”来驱动课堂，来引发学生思维，来聚焦学生注意力。所以，笔者认为，要培养学生学习兴趣，提升物理课堂教学有效性，形成学生关键能力，为他们终身发展奠定基础，“问题导引，有效建模”是一种有效的教学方法。

1  “问题导引，有效建模”教学策略分析

“问题导引，有效建模”课堂教学模式的教学流程：问题导引、思维调控、方法指引、有效建模。具体做法是：

（1）课前“经历”——课前教师预设问题，通过问题导引，学生动手实践，“经历”过程，获得经验;

（2）课中“体会”——课中教师通过思维调控、方法指引，学生通过“体会”，总结共性的地方，领悟物理学的思想和方法，培养终身发展的能力;

（3）课中“理解”——课中教师通过思维调控、方法指引，学生通过“理解”，总结成立条件，建立相应的物理模型，培养学生终身学习的能力;

（4）课中“应用、选用、转换”—— 课中学生建立有效模型后，再利用具体问题，由简到繁，逐步深入，教师通过思维调控、方法指引，达到应用、选用和转换的目的，培养适应社会发展的能力;

（5）课后，教师再布置相关问题加以练习巩固，达到熟练应用。

2  “问题导引，有效建模”的具体实施

下面以“带电粒子在磁场中的运动”一节习题课为例，来具体阐述。

（1）带电粒子以“速度方向相同，大小不同”垂直射入匀强磁场中的匀速圆周运动问题。

课前，让学生完成下面的例题：

问题1：如图1所示，在平面直角坐标系中有存在垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m，带电量为-q的电荷以速度v0，从坐标原点O处沿x轴正方向垂直射入磁场，不计粒子重力。（1）在图中画出其运动轨迹;（2）粒子入射速度方向不变，画出速度大小分别为：2v0 ，3v0 ，4v0 ，5v0 ……時的运动轨迹;（3）总结出速度分别为v0，2v0 ，3v0 ，4v0 ……时运动轨迹的特点          ，周期特点           ，圆心特点           。

课前，学生通过圆规画出速度分别为：2v0 ，3v0 ，4v0 ……时的运动轨迹，亲身“经历” 带电粒子以大小不同，方向相同的速度垂直射入同一匀强磁场中，做圆周运动的半径随着速度的增大而增大，因此其轨迹为半径放大的动态圆，体验 “放缩圆法”这一动态圆的特点。

课中，先检查学生的作业，了解完成情况，投影部分学生的课前作业，肯定学生的优点，点评学生的不足之处。接着，利用多媒体画出速度分别为v0，2v0 ，3v0 ，4v0 ……时的运动轨迹，如图2所示。再接着，让学生观察，总结问题1中的第（3）个问题，运动轨迹是内切圆且v越大，转动半径r也越大，但周期T相同（利用动画展示，如图3所示），圆心都与v方向垂直（y轴负方向）。“体会”总结速度方向相同，大小不同的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹、周期及圆心分布特点。然后学生“理解”得出“ 放缩圆法”模型的条件：速度方向相同，大小不同。最后学生建立以“速度方向相同，大小不同”的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的模型。

仅接着，根据建立的模型，加以应用和转换。

问题2：如图4所示，左边界为PP′的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。一质量为m、电荷量为-q的微观粒子，沿与PP′成θ=30o角以不同的速率v从O点垂直射入磁场。求粒子在磁场中运动的时间。

学生利用已建立的“放缩圆法”模型，通过作图发现，以不同速率v从O点垂直射入磁场的粒子，从左边界PP′射出时，如图5所示。由几何知识可知在磁场转过的圆心角相等，都为300o，所以不同速率v的粒子在磁场中运动的时间都相等，为5πm/3qB。

问题3：若在PP′右侧加一竖直边界QQ′，左右边界PP′、QQ′的匀强磁场的宽度为d，如图6所示，求粒子不从右边界射出磁场的v最大值。

问题4：若在距O点上方d/3处加上磁场的上边界，求粒子能从右边界射出磁场的v范围。

问题5：若再在距O点下方d/3处加上磁场的下边界，求粒子在磁场中运动的最长时间。

教师通过问题3—问题5不断增加条件，引导学生将问题转换成熟悉的模型，使问题简单化，从而从容解决问题3—5。

课后，利用问题练习巩固（略）。

（2）带电粒子以“速度大小相同，方向不同”垂直射入匀强磁场中的匀速圆周运动问题。

课前，让学生完成下面的例题：

问题1：如图7所示空间内有磁感应强度为B的匀强磁场，一质量为m、带电量为-q的微观粒子以速度v0从坐标原点O处沿x轴负方向垂直射入磁场。粒子入射速度大小不变，（1）画出速度方向分别与x轴负方向成0o、45o、90o、135o、180o、-135o、-90o、-45o时粒子的运动轨迹并标明各轨迹的圆心。（2）思考：各轨迹的圆心有什么特点？

课前，学生通过圆规画出速度大小不变，速度方向分别与x轴负方向成0o、45o、90o、135o、180o、-135o、-90o、-45o时粒子的运动轨迹，亲身“经历” 带电粒子从同一点以大小相等，方向不同的速度垂直射入同一匀强磁场中，做圆周运动的轨迹为半径不变、圆心不断变化的动态圆，体验 “旋转圆法”这一动态圆的特点。

课中，先检查学生的作业，了解完成情况，投影部分学生的课前作业，肯定学生的优点，点评学生的不足之处。接着，利用多媒体画出速度大小不变，速度方向分别与x轴负方向成0o、45o、90o、135o、180o、-135o、-90o、-45o时粒子的运动轨迹，并利用动画展示，如图8所示。再接着，让学生观察，总结问题8中的第（2）个問题，各圆心都分布在以坐标原点为圆心与圆轨迹半径相等的圆面上（如图9所示）。“体会”总结速度大小相同，方向不同的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹及圆心分布特点。然后学生“理解”得出“旋转圆法”模型的条件：速度大小相同，方向不同。最后学生建立以“速度大小相同，方向不同”的带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的模型。

接着，根据建立的“旋转圆法”模型，加以应用和转换。

问题2：如图10所示，空间平面内有一荧光屏MN，在荧光屏MN左侧有足够大的匀强磁场，磁感应强度为B。距荧光屏MN左侧为d的位置有一粒子源，能够向空间平面各个方向发射速度大小恒为v0、质量为m、带电量为-q的粒子（不计粒子重力，d<2mv0/qB）。求：荧光屏的发光范围（O为荧光屏的中心）。

学生应用已建立的“旋转圆法”模型，利用圆规作图或硬币逆时针旋转或在图9移动边界，得到粒子打在荧光屏上距O上方的最高点A和距O下方的最低点B（如图11所示），然后利用几何知识得出粒子打在荧光屏的范围，即为荧光屏的发光范围。

课后，利用练习巩固（略）。

3  关于实施“问题导引，有效建模”的思考

本节课教师是利用“问题导引，有效建模”教学方法的含义及具体操作的一节习题课，主要培养学生的观察能力、动手能力、逻辑思维能力、抽象思维能力、创新能力、归纳总结的能力，这些正是物理核心素养所在，也是让学生具备个人终身发展和社会需要的素养。

高中阶段的物理模型有很多，学生如能透彻地掌握 “问题导引，有效建模”的方法，在以后做题的过程中，有意识地、自主地去建构模型，就会发现，许多在华丽包装下的题目，就是一个个常见的、简单的、具象化的物理模型，解题思路走向、方法技巧就会了然于心中，具体应用的时候，就会得心应手、方便顺畅。在课堂教学过程中，教师如果对这一建模方法引导的好、应用的好，不仅可以活跃课堂气氛，还可以增强学生学好物理的信心和兴趣，对提高课堂有效性有积极的意义。

参考文献：

[1]林明华. 高中物理核心素养的内涵与培养途径 [J]. 福建基础教育研究，2016（2）：4-6.