基于分组讨论式教学法的高中物理习题教学

摘 要 习题教学是为了让学生将课堂所学内容应用于解答问题，可以用来检验物理教学的效果，提高学生学习能力。分组讨论式教学法通过互动的方式，培养学生的思维能力，对促进学生发展、提高学生素质有着重要作用。本文以磁流体发电机类题型为例，将分组讨论式教学法运用于物理习题教学中，并通过实例分析详细论述了其对习题教学的促进作用。

关键词 分组讨论 物理习题 案例分析

习题教学中应该结合课程标准，关注知识热点，精心设计每一道题，强化学生的主动性，促进学生寻觅解题思路，完成自主探究的过程[1]。卢惠林提出习题教学中重视习题的拓展研究以及培养学生的创新思维能力，以学生为习题课堂的主体，促进每个学生共同发展[2]。传统的物理习题课堂，往往都是教师一个人主讲，即便是成绩好的学生，面对如此单调的课堂，也难以集中精神，思维难以活跃[3]。采用分组讨论式教学法会使得整个教学过程最大限度地实现老师和学生之间的互动，让学生成为课堂的主体，既帮助了学生对物理知识的把握，又重点培养了学生合作精神[4]。分组讨论式教学法比较适合现行素质教育环境下高中生在习题教学中对解题规律的切身体验以及对知识点的高度提炼。

一、分组式教学法的作用与意义

分组讨论式教学法旨在通过学生之间的相互交流，对同一问题形成一致的理解，辅以教师在旁的指导与提示，帮助学生解决问题[5]。这种教学方法可以培养学生的批判性思维能力、语言表达能力和相互合作的科学精神，对构建学生自主探索、合作学习的学习方式具有较好的帮助作用。

物理是将科学知识、科学过程和科学文化三者汇聚交融的一门学科。最有效的学习方法应是让学生在体验和创造的过程中学习，让接受式与活动式形成互补[6]。分组讨论式教学过程就是让学生在接受理论知识的同时充分展现思维活动，不断引导学生进行体验和创造[7，8]。

二、分组讨论式教学法在习题教学中的运用

近年来，生活实际以及物理前沿问题越来越多地与高考大纲知识点相结合。磁流体发电就是其中热度较高的一个出题点，侧重电磁感应现象的综合应用。题目情景通常较为复杂，覆盖的知识点也较多，从题目理解到概念公式的灵活运用都存在一定难度。在解题时通常需要将大量时间用在将题中情境抽象为简单模型的过程中。基于此类问题的特点，习题课上习题的编排可采用由浅入深的模式，首先为学生安排一个情境稍简单的题目，通过讨论引导学生对这类题目的实质形成认识。

【例1】图1为磁流体发电机的工作原理：高温下等离子体中含有大量带正负电荷的粒子，这些带电粒子整体仍呈电中性，金属板A、B处于磁极分布如图所示的磁场中。现将等离子体喷入金属板中间，下述说法正确的是（ ）。

A、A板带正电

B、有电流从b经过电阻流向a

C、金属板A、B间的电场方向向下

D、等离子体发生偏转的原因是离子所受电场力大于所受洛倫兹力

这道题目情境较为简单，适合用来进行引入，帮助学生进入状态，为后续的题目做铺垫。进行分组讨论时，首先留出一些时间让学生进行读题和思考，然后引导学生开始讨论。这道题目难度并不高，重点在于左手定则的正确使用。有学生提出：这道题涉及到磁场中带电粒子的运动，必须要明确两个“方向”才能正确使用左手定则判断洛伦兹力的指向，即粒子的运动方向和磁场方向，而这些必须通过对题图的观察得到；有的学生补充：使用这种方法判断的是带正电的粒子受力的方向，而对于带负电荷的粒子，其运动方向正好相反，如此就会形成一块极板带正电另一块极板带负电的状态，从而在两块极板之间产生电场。在讨论和自我阐述的过程中，学生对题目的理解逐渐加深，最终在讨论中得到题目的答案。

而随着学生对题目认识的深入，这时候可能会出现不一样的想法，有学生提出：对于选项C既然两块极板都在聚集电荷，为什么不可能出现在某一时刻粒子所受电场力超过洛伦兹力的情况？如果其他学生不能马上做出解释，导致讨论将陷入僵局，此时教师必须给予适当的引导，帮助学生思考，可以提示学生：不妨退一步想想，已知电场力是逐渐增大的，那么当电场力与洛伦兹力相等时，会发生什么情况？以此来让学生继续进行讨论，粒子受力平衡时，根据力与运动的关系，粒子将保持原方向一直运动下去。也就是说粒子不会再继续发生偏转，极板上的电荷量将保持动态平衡，整个系统就进入到了稳定状态，即上下极板之间的电压保持稳定。随着讨论接近尾声，学生不仅完成了对题目的解答，对题目的理解也进一步加深。

通过对引入题的讨论与解答，学生逐渐进入状态，这时可以进入下一阶段，安排难度加大的第二题。

【例2】海水中含有大量的带正负电荷的粒子（但整体仍呈电中性），在地球信风带等因素的影响下，海水可以做定向流动形成风海流。这些正负电荷的粒子也会随着风海流的运动做定向运动。如图2所示，现有横截面为矩形的绝缘管道，在其上下两个内表面装上两块金属板M、N（长为a，宽为b），两金属板的间距记为d。将上述矩形管道沿风海流方向固定在海中，并在金属板之间加上磁感应强度大小为B的水平匀强磁场，磁场方向为由南方指向北方。假设海水从东向西流过管道内，在磁场作用下，两金属板上会聚集电荷，从而在金属板M和N之间形成电势差，该电势差可以点亮一个电阻为R的航标灯（图中未画出）。设管道内各处的海水流速大小近似相同，记为v，海水的电阻率为ρ。

（1）计算该磁流体发电机所提供电动势，并判断M、N中哪个板的电势更高；

（2）磁场B对矩形管道内定向流动的海水有力的作用，求解此力。

这道题目与上一道相比复杂程度升级，综合性大大增强，不仅需要从实际问题中提炼出磁流体发电机的物理模型，还需要结合电学和功方面的知识。但是由于有第一题作为基础，学生们在此时进行讨论会变得相对容易一些。面对复杂的物理情景，教师应该引导学生将这道题目进行物理抽象，可以提问：这道题中各个元素与例1有哪些相似之处？有学生指出：这里的海水就相当于上一题中的离子流，海流方向就是离子流的流动方向；有学生补充道：这道题中直接给出了磁场方向，这样一来就可以使用左手定则判断带电粒子运动方向了。通过判断不难得出，正离子向N板偏转而负离子向M板偏转，因此N板的电势高。这样以第一题为跳板，学生思维自然而然地形成了过渡，例1讨论所得到的认识在这里得到应用。

问题（1）还要求计算电动势大小，这里有的学生有可能找不到方向，需要教师进行引导。可提示学生回想例1中思考过的问题：例1中整个系统最终会达到稳定状态，那么这种稳定状态的本质是什么呢？通过提示学生能意识到，两极板间形成一个稳定电压。教师要引导学生从电动势的定义出发来求解问题，帮助学生找出此模型中的静电力做功。有的学生马上提出此题中只有两个力存在，即电场力和洛伦兹力，所以非静电力应该是洛伦兹力，但有学生提出：洛伦兹力不做功，只改变离子的运动方向而已。这个时候学生的讨论遇到了瓶颈，教师要及时做出对策，可以提问：整体看来总的洛伦兹力确实不做功，倘若将该力分解到沿电场力的反方向上呢？经过思考学生马上得出是洛伦兹力的一个分力充当了非静电力，并且与电场力反向的分力做正功，另一分力做了负功，所以总的洛伦兹力是不做功的。而题中要求的电动势可从非静电力对单位电荷所做的功的定义来求解：由此就可得到发电机的电动势？着=Bvd。在分组讨论的过程中，学生之间会不断地相互激发、彼此补充，达到一种良性循环。

进入问题（2）后，学生会发现这里电磁学的知识与力学知识进行了综合。这时题目的情境变得相当复杂，教师要引导学生抽丝剥茧一步一步找到头绪。这里所求的是海水中的电流大小，与平时求导线中的电流有差别。通电导线中做定向移动的只有电子，而在海水中做定向移动的有正负两种离子，此处学生对电流的定义及海水中电流的形成可能会存在疑惑。在解此问之前有必要引导学生进行思考：电流形成的本质是电荷的定向运动，这里的电荷并非是指单一的正电荷或负电荷，两种电荷同时存在，但运动方向相反时，依然能形成电流。帮助学生将海水中带电离子的定向移动类比成通电导线对后续的解题是至关重要的，教师可做如下引导：此模型中水流通过矩形管道时，管道两板之间有电势差，正负离子在两板之间运动，相当于导线中电子移动形成电流，电荷在两板间运动类似于在一根长度为d的“矩形截面导线”中形成的电流。如此便可顺势给出提示：电学中怎样求电流大小？学生知道电流要通过电路的电动势和电阻求出。有学生提出：电动势已经得到，电路的外阻也已给出，因此电流I=，通过这个公式就可以得到电流了；马上有学生指出：不能忘记海水的电阻，海水的电阻应该算作电源内阻；又有学生提出：题中给出了海水的电阻率，因此只需要知道这根“电阻丝”的“长度”和“截面积”。讨论带动着整个学生团队的思考，通过这种相互之间的引导，学生一步一步接近正确答案。首先得到两板之间海水的电阻r=，接下来就得出回路中的電流I=，自然而然就想到通电导线在磁场中的受力大小公式F=Bld，题目得解。

回看整个讨论过程，在教师适时的引导之下，以一个简单的题为跳板由浅入深，随着讨论的进行，学生对问题的认识清晰且深刻，最终对复杂的题目做出了正确的解答。由此可见，分组讨论在习题教学的过程中如果使用得当，会使习题课的效果大大增强，还可以锻炼学生分析问题和自我表达的能力。学生之间有着相似的知识体系及生活经验，这为分组讨论的具体实施铺设了基础桥梁。而不同学生个体之间的差异扩大了习题课堂的认知范围，促进不同学生认知水平的提高。通过同学之间的相互提问和相互讲解，学生能更专注在物理解题情境中，最终达到认知投入、情感投入和行为投入，从而提高习题教学的质量。

参考文献

[1] 王亮伟.高中物理习题课教学研究[J].读与写旬刊，2012（8）.

[2] 卢惠林.新课程理念下高中物理习题教学的有效策略[J].物理教师，2010（10）.

[3] 彭建华.浅谈小组合作学习在高中物理课堂教学的作用[J].大观周刊，2013（14）.

[4] 李家前.新课程背景下高中物理课堂合作式教学对策[J].中国科教创新导刊，2010（12）.

[5] 张妩雯，郭怀中.高中物理教学中的小组讨论行为策略及应用[J].物理教学探讨：中学教学教研专辑，2005（10）.

[6] 刘成武.利用学习小组讨论提高物理课堂认知[J].生活教育，2014（S1）.

[7] 张蓉，左晓园.试论小组讨论式教学方法的实践与改革[J].黑龙江高教研究，2011（1）.

[8] 高成员.用物理习题教学提升学生思维能力[J].物理教师，2015（10）.

[作者：匡莉（1991-），女，四川西昌人，中央民族大学理学院在读硕士研究生；吴广国（1980-），男，山东平邑人，北京景山学校中学高级教师，博士，硕士生导师；邹斌（1980-），男，山东威海人，中央民族大学理学院副教授，博士，硕士生导师。]

【责任编辑 郭振玲】