《磁场对运动电荷的作用》教学设计和反思

《磁场对运动电荷的作用》教学设计和反思

《磁场对运动电荷的作用》教学设计和反思黄尚鹏（监利县朱河中学湖北433325）摘要：在传统教学模式下，教师长期在不变的教学过程中，使用着不变的教学方法，去掌握不变的知识技能。长时间地重复无疑容易形成一套固定的考虑问题的模式，虽然它在某些方面能够促使学生熟练解决问题，但思维定势更多地带给人们的是教条与羁绊，将人的思维限制在一个狭小的范围里，因循守旧，造成思维中的惰性，成为创造性思维的最大障碍。关键词：传统教学模式；以问题为纽带；现代教学媒体；演示实验教学一、教师创设情境，展示极光图片,播放极光新闻短片，演示有趣的实验教学流程图:教师引出今天学习内容学生猜想磁场对运动电荷会有力的作用演示实验证实磁场对运动电荷有力的作用介绍洛伦兹、动画模拟安培力与洛伦兹力的关系展开探究探究洛伦兹力的方向探究洛伦兹力产生的条件探究洛伦兹力的大小学生做巩固练习教师总结学生做思考与讨论洛伦兹力的应用显像管的工作原理学生看书了解地磁场的作用教师解释极光为什么一般只在两极地区发生演示实验模拟显像管的工作原理解释新课引入演示实验现象：螺线管通电后，电解液在槽内旋转比较显像管与示波管的原理，用示波器做演示实验\n二、教学设计思想:1.迎合新课程改革的要求：体现学生的主体地位、教师的主导地位；做学生学习活动的引导者、组织者、帮助者，引导学生发现问题、分析问题、帮助学生解决问题。2.通过创设物理情景，激发学生的探究欲望，培养学生的学习兴趣，鼓励学生做学习的主动者，得到成功的体验与愉悦。3.体现科学研究最基本的思维方法：分析推理——猜想——实验验证——得出结论。4.培养学生独立思考解决问题的能力，促进科学思维方法的形成。5.遵循学生的认识规律,即从感性认识开始逐渐上升到理性认识，再从理性认识回到实践。三、三维教学目标：1.知识与技能(1)知道什么是洛伦兹力，能用左手定则判断洛伦兹力的方向；(2)能推导洛伦兹力大小的公式；(3)理解洛伦兹力对运动电荷总是不做功；(4)了解极光现象的成因及显像管的工作原理。2.过程与方法(1)通过演示实验，培养学生的观察能力；(2)通过对安培力微观本质的猜测，培养学生的联想和猜测能力；(3)通过推导洛伦兹力大小的公式，培养学生的抽象思维能力和逻辑推理能力；(4)通过了解极光现象的成因及讨论和实验模拟显像管的工作原理，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和实验操作能力。3.情感态度与价值观引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究方法。感受物理的自然美，体会物理的逻辑美、规律的统一美，体会物理与生活、社会和科学技术的密切联系，产生学习的热情和欲望。四、教学重点与难点:重点：1.通过实验，体会磁场对运动电荷的作用2.能用左手定则判断洛伦兹力的方向3.参与洛伦兹力大小公式的推导过程，并能用洛伦兹力大小公式进行计算难点：1.磁场、电荷运动、洛伦兹力三者方向的空间三维关系2.洛伦兹力大小公式的推导五、教学用具：电子射线管、高压电源、蹄形磁铁、条形磁铁、稳压电源、食盐水、圆形水槽、柱形电极、环形电极、螺线管、小泡沫、电视显像管、绕有线圈的环形铁环、滑动变阻器、开关、导线、示波器、多媒体教学课件和教学设备六、教学反思:为克服传统教学模式的弊端，本设计在如下几个方面作出了努力：1.摒弃“重结果轻过程”的传统教学模式按照教材和大纲的要求，本节课学生只要会用左手定则来判断洛伦兹力的方向，会用f=qvB来计算洛伦兹力的大小就已经达到了教学目的，教材上有些知识内容没有介绍推理过程，是直接给出的。为了让学生成为教学活动的主体，笔者认为，教者应该心甘情愿地从传授知识的主角退而成为做学生学习活动的引导者、组织者和帮助者。\n传统知识教育的特征是被动接受，知识的学习过程也主要是记忆过程，这些特征必将导致重结果甚于重过程，重标准答案甚于重智慧开发，现代意义的教学并不是简单地对自然规律的揭示，更重要的是能找到研究自然规律的方法。这不同于以往只要求教师告诉学生世界是什么样的，应该怎样做；今天则要求教师启发学生，世界可能是什么样的，应该怎样想。为此，在这节课的教学设计中，我改“讲授”为“探究”，把教学目标的重点由学习具体的物理知识变为探索知识的过程。例如，教材直接给出了洛伦兹力的方向用左手定则来判断，在处理这部分内容时，我以判断安培力方向的左手定则为切入点，启发学生去分析并总结，由电流方向与电荷运动方向的关系及安培力与洛伦兹力宏观和微观的对应关系，得出运动电荷所受洛伦兹力的方向也可用左手定则来判断这一结论，避免了学生在听讲过程中被动地被拖着走的现象。再如，在推导洛伦兹力的大小f=qvB时，把推导过程大胆地交给学生，通过设疑提问和学生自主探究等方式，实现知识迁移，再通过视频展台点评学生的推导过程，使学生从老师的评价中得到启发，受到激励，实现引导学生主动学习的目的。又如，在讲述显像管的工作原理时（请看教学片段），先让学生运用所学知识分组讨论显像管的工作原理，再让学生用实验模拟显像管的工作原理，从而培养了学生运用所学知识解决实际问题的能力和实验操作能力，使学生得到成功的体验与愉悦。教学片段：【显像管的工作原理】【思考与讨论】(1)要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？(2)要使电子束打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？(3)要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？【演示实验模拟显像管的工作原理】实验装置如图所示，在环形铁环上绕有线圈（相当于显像管的偏转线圈），线圈通有电流，阴极射线管（相当于显像管的电子枪）经铁环中心垂直铁环平面放置，实验原理如下：(1)当滑动变阻器滑片P的位置在中心抽头的左边时，线圈中电流方向如图所示，通过右手螺旋定则可判断铁环中心的磁场方向水平向左。(2)当阴极射线管中电子流垂直纸面流向纸外时，由左手定则可判断电子束将向上偏转。(3)将滑动变阻器滑片P的位置调到中心抽头的右边，改变线圈中电流的方向，电子束将向下偏转。(4)连续调节滑动变阻器滑片P的位置，改变线圈中电流的大小和方向，电子束将上下连续移动。2.以问题为纽带展开探究现代教学论研究指出，产生学习的根本动因是问题。要保护和发展学生的创造性，首先要保护和发展学生的问题意识，进行问题性教学。问题意识、问题能力可以说是创新意识、创新能力的基础。早在20世纪30年代，陶行知先生就言简意赅地说，创造始于问题。有了问题才会思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。有问题虽然不一定有创造，但没有问题一定没有创造。课堂提问是一种由教学目标决定的，有目的有计划的重要教学手段，好的提问能集中学生的思维并使教学有序有效地朝着教学目标发展，相反，问题缺乏思维的启发性和针对性，提出的问题过频过急而使学生被动地跟着问题转，或使学生不知所云，无从回答，就会导致教学时间的浪费和教学效率的低下。让学生带着问题走进课堂，实际上已经激发了学生的求知欲。例如，引入新课时通过极光的图片、短片，螺线管通电后，电解液在槽内旋转，\n吸引学生的注意力，激起疑问，引发思考，从而创设良好的教学情景，导入新课。在这种情境下的教学，适时地、有针对性地设疑提问，有助于形成结论,本节课就是以问题为核心，通过设计有梯度的问题给学生创设问题情景。例如，要验证“猜想”的正确性，我提出：要完成这个实验，应做哪几方面的准备？学生很容易回答出“需要磁场和运动的电荷。”紧接着又问：“还有吗？”在学生认为理所当然的情况下再次提问，在看似没有问题的地方发现问题，然后解释：因为运动电荷是微观粒子，还要考虑如何显示带电粒子的运动及其受力，很自然地为介绍电子射线管的结构做了铺垫。再如,在演示加磁场电子束发生偏转这一实验时，没有直接给出结论，而是提出“电子束偏转说明了什么？”学生答“受力。”接下来又问：“为什么偏转了就说明受力了？”学生答“速度方向改变，产生加速度，所以受到力的作用。”到此似乎应该结束，但接下来又提出：“这个力是谁施加的呢？”从而有效地锻炼了学生捕捉信息的能力。又如，在推导洛伦兹力的大小f=qvB时（请看教学片段），根据学生的认知规律将复杂问题简单化，设置4个小问题让学生依次去探究，这样就为学生提供了解决问题的逻辑线索，降低解决问题的难度，锻炼了学生的逻辑推理能力。教学片段：【探究洛伦兹力的大小】设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。①这段导线所受的安培力为多大？②这段导线中电流强度I的微观表达式？③这段导线中含有多少个自由电荷数？④每个自由电荷所受的洛伦兹力多大？3.现代教学媒体的恰当运用随着科技的飞速发展，计算机多媒体技术被越来越多的教师用于辅助课堂教学，它将课堂无法表现的、抽象的、微观的事物和事物发展过程通过媒体技术以动态的、直观的画面和图像以及声音、视频再现于课堂，给学生提供了有利的学习环境，极大地调动了学生学习的积极性。例如，利用课件介绍电子射线管的结构(如附图1)，清晰、醒目，效果好。在比较电视显像管与示波管的原理时，利用课件展示示波管的结构，使学生能够很快地看出两者的相同点和不同点。再如，在解释“安培力是洛伦兹力的宏观表现”这一结论时，设计了一flash动画：通电导线垂直磁场，受到安培力的作用，看导线的切面图，每个电子定向移动的方向与电流方向相反，每个运动电荷受洛伦兹力的合力就是导线所受安培力，这一结论通过画面就变得一目了然，无须另做解释，学生就已经对安培力的微观本质有了清晰准确的认识，有了更深层次的理解。又如，在讲解洛伦兹力的方向时，通过动画展示如何用左手定则判断洛伦兹力的方向，并通过课件展示磁场、电荷运动、洛伦兹力三者方向的空间三维关系图片；在讲解极光的成因时(如附图2)，展示地球磁场的空间分布，给出垂直射向赤道（向东偏转）和两极（长驱直入）的正电荷，这样不仅让学生很容易接受，也愿意接受，还将难点顺利突破，提高了课堂效率。\n附图1附图24.重视演示实验教学，加强学生能力培养《物理课程标准》中强调物理教学的目的是：“必须使学生比较系统地掌握学习现代科学技术和从事社会主义建设所需要的物理基础知识，了解这些知识的实际应用，要培养学生的观察实验能力、思维能力、分析和解决实际问题的能力”。在此提出的观察、实验能力的培养，主要是通过物理实验来实现的。演示实验在中学物理实验中具有举足轻重的作用,加强物理教学中的演示实验是提高高中物理教学质量的一个重要途径。演示实验至少具有如下几个方面的功效:一是用演示实验引入新课；二是用演示实验突破教学难点；三是用演示实验分析复杂的物理过程。当教师将实验展示在学生面前时，学生会产生神奇的感觉，好奇心、求知欲一并俱来。当充分准备后全神贯注于观察实验时，学生们会感知许多书本上学不到的东西。当实验成功时，学生会产生一种愉悦感，就会对探索物理知识、克服困难产生无法替代的动力，无穷的兴趣便引发出自觉学习的意志力和创新的勇气。例如，引入新课时（请看教学片段），通过演示有趣的实验：螺线管通电后，电解液在槽内旋转，由于此实验颇具新意，较好地吸引了学生的注意力，激起了疑问，从而引发思考，学生一下子就对本节课产生了浓厚的学习兴趣，从而全身心地投入到物理学习中来。再如，在讲述显像管的工作原理时，用实验模拟显像管的工作原理，既培养了学生的实验操作能力，又使学生加深了对显像管工作原理的理解，使学生得到成功的体验与愉悦。又如，用示波管取代阴极射线管做演示实验，学生热情高涨，从而增强了学生学习的兴趣,开阔了学生的视野,使学生的思维得到发散。总之，课堂教学的很多环节都要利用演示实验分析和解决，但不论哪个环节，演示实验的时候都必须遵从科学性强、操作简单、可见度高、目的明确、现象直观形象和演示时间适度、成功率高的原则。在新课改的背景下教师的发挥空间实际更大，教师的教学过程不是轻松了而是较以前更复杂更多样化。演示实验的特点决定了它确实可以在课堂上实施新课改的各种思想，让新的教育教学理念真正全面发挥作用。教学片段：【演示有趣的实验】将食盐水加入圆形的水槽（液面高度为盛液槽深度的三分之一至二分之一），用中心柱形电极和边缘环形电极形成的电场使之电离（柱形电极和环形电极的插头分别插入两电极插孔内，接线柱连接电源，电源电压调为2V），形成带电的离子，它们仅在电场力作用下作径向定向移动。给套于水槽外的螺线管通以直流电，形成方向垂直于液面的磁场，可观察到电解液在槽内旋转，为便于观察，可将一些小泡沫放于液面上，可清楚看到小泡沫在电解液的带动下不停地绕柱形电极旋转。参考文献:1.中华人民共和国教育部制订.普通高中物理课程标准.北京：人民教育出版社，20032.人民教育出版社物理室编著.全日制普通高级中学教科书（必修加选修）物理第二册.北京：人民教育出版社，2003.6基金项目：本文于2011年3月在湖北省中学物理教学设计大赛中荣获省级一等奖作者简介：黄尚鹏（1982.10），男，湖北监利人，中教一级，研究方向：高中物理教学.在各种国家级、省级知名刊物上发表有价值的教育教学论文近二十篇，其中在国家级核心期刊上发表论文8篇。\n联系电话：15171158162Email：convince858@sina.com