高中物理学科教学与生涯规划教育相融合的尝试

赵 欣 强建华

(北京理工大学附属中学 北京 100089)

1 问题的提出

生涯规划是在对个体生涯发展的主客观条件进行评定、分析与总结的基础上，通过对个人兴趣、能力倾向、价值观、性格心理特点等方面的综合分析与权衡，确定个人生涯发展的奋斗目标并做出行之有效的计划[1].高中阶段的学生开始具有深入的认识自己和社会环境的能力，经过初中的学习逐渐形成了自己学科学习的特长和兴趣，尤其是在“六选三”新高考的背景下，有效的生涯规划教育将助力高中生在新高考制度中明确自己的人生发展方向，成就自己的理想.

现实中高中生对大学专业设置与选科要求的不了解和生涯规划教育的缺失，会造成学习的盲目化，进而影响未来的职业选择.在高中阶段的教学过程中如何让学生贴切地认知自我，对学业发展和未来职业做出前瞻性的思考和选择，成为普通高中面临的新的挑战.

学科教学中每门学科都蕴藏着学生未来人生历程或职业发展所需要的素质和技能，是实施生涯规划教育的重要平台.在学科教学中，生涯规划教育的引入能够有效增强学生对学科知识学习的自主规划意识，帮助学生科学制订学习目标，调整学习策略，促进学业发展.因此，学科教学与生涯教育的融合应立足实际课堂，教师需要充分挖掘各章节内容中既可以提升学科核心素养又能渗透生涯规划教育的内容.

2 具体案例

我们以人民教育出版社高中物理教材选择性必修第二册第一章“安培力与洛伦兹力”中的第2节“磁场对运动电荷的作用力”为例，尝试以“洛伦兹力的应用”一节课，展示学科教学与生涯规划教育相融合，具体实施过程如下.

2.1 了解学生物理学科选择的情况和自身生涯规划的初步设想

我们通过“问卷星”编制了“物理学习与专业发展调查问卷”，对高二学生进行了量化调查，共回收有效问卷56份.其中有关于“大学或职业专业选择与物理学科选学”的问题共2个，问题与调查的统计结果如下.

问题1：你选择学习物理学科最主要的原因是？(统计结果如图1所示)

图1 问题1统计结果

问题2：你觉得自己向往的专业与物理学科的联系紧密吗？(统计结果如图2所示)

图2 问题2统计结果

关于“大学的专业选择、研究方向以及未来的职业发展领域”的问题共4个，问题与调查的统计结果如下.

问题3：你对自己大学所选择的专业有初步的想法吗？(统计结果如图3所示)

图3 问题3统计结果

问题4：你了解自己初步选择的专业的具体研究方向吗？ (统计结果如图4所示)

图4 问题4统计结果

问题5：你了解自己喜欢的专业对应的优质大学吗？ (统计结果如图5所示)

图5 问题5统计结果

问题6：你了解自己喜欢的专业对应的职业种类和领域吗？(统计结果如图6所示)

图6 问题6统计结果

从以上调查结果我们可以看出，由于被调查的学生已经“六选三”选科完毕，本次有效样本的研究对象均为选择物理学科的学生，他们一定程度了解大学的专业设置对学习物理学科的要求和物理知识的基础性与广泛性.但是由于对自己具体专业选择和研究方向的不确定性，他们不能确定自己未来的专业和物理学科的联系是否紧密.高二的学生可能从社会、学校、家长得到了一些关于大学排名的资讯，知道一些优质大学的信息，但还不能把自己向往的职业领域和优质大学的特长专业相对应.在高中阶段以至于大学阶段的学习生涯中，由于物理学科的难度逐渐上升，如果仅仅凭借兴趣与爱好而没有长期的规划和目标的指引，往往会出现学习动力不足的问题，从这一方面来说，帮助学生了解物理学科素养的提升关系到今后学习生涯甚至职业生涯的发展，尽早指导其生涯发展规划是十分必要的.

2.2 确定本节课的教学目标以及融合点

(1)通过了解物理学家洛伦兹的成长经历、专业选择上的困惑、高尚品质和卓越的“跨学科”才华，让学生体验在个人生涯发展中提高自身的综合素质和专业选择上的重要性，反思自身的成长和规划.

(2)通过分析地磁场对太阳风的屏蔽现象和极光形成的地理位置，熟练掌握“左手定则”关于洛伦兹力方向的判断方法，学会用洛伦兹力公式计算带电粒子在磁场中的作用力，体会物理知识能帮助我们更好地认识世界.

(3)通过探究显像管电视机内部磁偏转线圈的结构，能结合“右手螺旋定则”和“左手定则”分析洛伦兹力对电子运动轨迹的“操纵”，体会物理理论在工业技术上的应用.

(4)引导学生借助“中国知网”进行专业论文查询，了解洛伦兹力的相关知识在各个专业领域的广泛应用，体会各学科之间的关联，鼓励学生在学有所长的同时广泛涉猎.以与物理学科关系比较紧密的“机械工业”领域中的“机械工程”专业为例，简介其一类学科下的二类学科和国家重点学科对应的大学，以及该专业的就业前景，鼓励学生规划自己的发展生涯.

2.3 查阅相关资料与文献 丰富融合的学习资源

(1)人物篇——理论物理学家洛伦兹的生平介绍与研究成就

1)生平简介.洛伦兹生于荷兰，17岁时考入莱顿大学.大学二年级通过数学、物理学位候选考试, 1875年获得博士学位.洛伦兹决定从事理论物理研究，是一个大胆的选择，因为当时理论物理学作为物理学的一个独立分支，尚处在创建阶段，前途未卜.但洛伦兹独具慧眼地认识到理论物理的前景未可限量.1877年,他被任命为莱顿大学理论物理学教授,这是欧洲第一个理论物理学教授职位,时年尚不满25岁.

2)才能与性格.洛伦兹具有惊人的记忆能力和外语才能，从少年时代起就酷爱阅读外文小说，特别喜爱狄更斯,能长篇背记他的著作.由于他熟练地掌握了英文、法文和德文，使他能够克服地区偏远的局限，保证他后来较早地进入了物理学前沿.洛伦兹之所以在当时被公认为国际理论物理学的领袖,缘于他卓越的外语才能和伟大的人格.他能流利地使用多国语言，会议出现矛盾、争执时，他就用一些历史典故或造出一些似是而非的词句来调和.

3)研究与成就.洛伦兹在1895年，电子还未发现的年代，预言了电子和电荷的存在，不仅提出洛伦兹力，还创立了经典电子论.他与他的学生塞曼共同分享了1902年的诺贝尔物理学奖.此外他还导出了爱因斯坦的狭义相对论基础的变换方程，即现在为人熟知的洛伦兹变换.其中洛伦兹力公式和麦克斯韦电磁场方程作为经典电磁理论的两大支柱，为解释各种电磁现象奠定了基础.

(2)现象篇——自编取自真实背景的实际物理问题

1)背景知识.来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量的高能带电粒子，由于地磁场的存在改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能到达地面，避免了对地面生命的危害.

2)具体情景.不考虑地球磁偏角和地球自转情况下，已知赤道上空某处由南指向北的磁感应强度约为B=5.0×10-5T，如果有一速度约为v=1.0×106m/s的质子(电荷量q=1.6×10-19C)竖直向下穿过赤道上空的地磁场，思考以下问题：a.用画图说明该粒子受洛伦兹力的方向,受到的洛伦兹力约是多大.b.地球两极处和赤道处相比，哪个区域地磁场对高能带电粒子的阻挡效果会更好？

(3)技术篇——了解显像管电视机的基本构造，感受物理知识在工业技术上的应用

1)通过系列问题的设置，将显像管的磁偏转类比示波管的电偏转，问题设置如下.

问题1：偏转线圈(图7)是如何在水平方向控制电子束的？

a.若要使电子束在水平方向偏离中心O，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？

b.若要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？

c.若要使电子束打在荧光屏的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场的方向和强度应该怎样变化？

d.什么形状的通电线圈产生的磁场可以使电子束在水平方向偏转？

e.如果通电线圈和电子的运动方向如图8所示，请分析电子所受洛伦兹力的方向.

图7 显像管原理示意图

图8 水平偏转线圈

问题2：偏转线圈如何在竖直方向控制电子束？

a.什么形状的通电线圈产生的磁场可以使电子束在竖直方向偏转？

b.如果通电线圈和电子的运动方向如图9所示，请分析电子所受洛伦兹力的方向.

图9 竖直偏转线圈

问题3：电子束打在荧光屏上的光点如何不断移动？为什么我们感到整个荧光屏都在发光？

2)通过搜索“中国知网”了解洛伦兹力在各个专业领域的广泛应用.其中关于“洛伦兹力应用”的关键词中文文献共75篇，总结研究论文涉及的专业领域(图10)，促使学生体会各学科之间的关联.同时以与物理学科关系比较紧密的“机械工业”领域的“机械工程”专业为例，简介其一类学科下的二类学科和国家重点学科对应的大学及该专业的就业前景(图11)，鼓励学生尽早了解自己心仪的专业，做好生涯规划.

图10 总结研究论文涉及“洛伦兹力应用”的专业领域

图11 机械工程专业简介

2.4 实物观察与实验模拟相结合 落实实验探究过程

物理是一门以实验为基础的学科，物理学科素养的提升离不开实验探究的过程，生涯规划教育与学科教学相融合不应牺牲学科本位的学习，反而更应突出学科特点，让学生从多个角度体验学习过程.本案例设计了以下与物理实验相关的环节.

(1)拆卸显像管电视机实物，观察显像管电视机的内部结构与偏转线圈的构成，如图12和图13所示.学生在学习物理知识应用于工业技术的过程中，如果只是单纯地讲解原理，展示图片，一方面不能调动学生的多种感官形成直接的学习经验，另一方面也无法帮助学生理解科学技术与工业产品的联系.因而有必要通过“庖丁解牛”式的学习方法，让学生体验物理作为基础学科在社会生产和工业生活上的广泛应用.

图12 显像管电视机的内部结构

图13 磁偏转线圈

(2)将实际物理问题简化为物理模型处理，培养学生空间想象能力和物理建模的能力.由于洛伦兹力方向判断是三维问题，从能力的角度学生还欠缺空间想象能力，同时不能将实际问题和物理模型建立联系，因而在分析“现象篇”中由于洛伦兹力的作用地磁场对太阳风的屏蔽现象和极光形成的地理位置时，可以借助地球仪帮助学生建立粒子的运动方向、地磁场磁感线的方向和粒子所受洛伦兹力的方向三者的三维位置关系.在“技术篇”中问题1的第4个问题，“什么形状的通电线圈产生的磁场可以使电子束在水平方向偏转？”让学生对磁偏转线圈做出设计时，利用两个最简单的环形线圈和阴极射线管模拟显像管中的阴极射线和偏转线圈，帮助学生思考，如图14所示.

图14 模拟磁偏转线圈

(3)适当对现有实验仪器进行改进和重新组装，模拟“磁偏转”的过程.由于老式显像管电视机单独实现水平和竖直方向偏转有一定的困难，可视性也不强，但是学生需要一个模拟的过程帮助其理解偏转的过程，因而我们将洛伦兹力演示仪的三面背景板拆卸下来，将阴极射线管放入励磁线圈中，如图15所示，通过操纵通电线圈中电流的方向和大小来模拟竖直方向偏转的过程.

图15 模拟竖直偏转

3 总结与反思

总之，生涯规划教育是帮助中学生正确认识自我，顺利度过生涯探索阶段的必要途径.新高考改革方案的实施，对高中生的自我认知能力提出了很高要求，给予了高中生前所未有的自主选择权，也暴露出他们选择困难、盲目和依赖等问题.因而，只有指导学生对自我的学科优势、兴趣特长、潜能和人格特点有较充分的认识，并对其未来想从事的专业和职业有一定了解，他们才能够真正成为自身学习和发展的主人.

学习任务始终贯穿于中学生的日常生活之中，一些学校的生涯教育之所以不能为学生所接受，主要原因是将生涯教育与学生的日常学习隔离开来，盲目为学生设置脱离学生实际的目标，加重了他们的负担.我们的尝试和探索只是以高中物理学科中的其中一节为例，将学科教学与生涯规划教育相融合.尝试过程中我们发现物理教材中有许多值得深入挖掘的内容，值得我们去开发；探索过程中我们体会到融合的过程可以动员很多学有所长的学生、在个人职业领域有所建树的家长和更多的课外社会资源参与其中，使课堂更加多元和丰富，真正起到帮助学生了解自身，提高生涯发展意识，做好人生规划的目的.