任小強

[摘? ?要]運用費米思維，可有效引導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題。在教學中教師把問題逐條呈現(xiàn)出來，并根據(jù)問題組織教學，能有效提高教學質量。在實際教學中，可運用費米思維將大問題分解成若干個小問題，并將這些小問題有規(guī)律地串聯(lián)起來，層層深入，以提升物理課堂教學實效。

[關鍵詞]費米思維;高中物理;教學設計;簡單化

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2018）35-0044-02

一、引言

“費米思維”是指當我們遇到比較復雜的問題時，如果沒能從本質上認識它，也沒能找出問題與規(guī)律之間的聯(lián)系，只是認識了問題的表層，這種情況下是很難有效解決問題的，為此，只有把問題簡單化、優(yōu)化，進而找到一種簡單、省力、準確的解決問題的辦法。這種思維方法具有一定普適性。

更具體地說：就是將一個問題分成幾個次級的小問題，每個小問題均可解答，你就接近于得到準確的答案了。這就是“費米思維”。

實際教學中，教師可以依據(jù)費米思維，引導學生發(fā)現(xiàn)和提出問題，并根據(jù)問題組織教學。具體可將問題分解成若干個小問題，并有規(guī)律地串聯(lián)起來，層層深入，以提高物理課堂教學的有效性。

目前，高中物理教學的現(xiàn)狀不容樂觀，主要表現(xiàn)在學生對物理課堂教學感到厭煩，原因之一是教師對物理教學不夠重視。在這種情況下，如何在物理課堂教學中融入費米思維，激發(fā)學生的問題意識和物理學習熱情，值得廣大教師研究。

二、“費米思維”在高中物理教學中的運用

在具體教學中，教師可依據(jù)“費米思維”的基本法則，找到教學中遇到的教學問題，從學生、教材、教學大綱三個方面進行詳細分析，明確學生已有知識和能力水平，在此基礎上分析教材，解讀教學大綱，吃透三維教學目標，這樣就能有效提升教學實效。備課時，根據(jù)實踐目標設計教學方案，具體教學中，可以選擇合適的教學方法和教學設備，充分利用信息化設備，設計課題，設計評價方式，最終設計出較為成熟的教學模式。

1.學生猜想，引入新課

新授課前，教師可以通過復習舊知，也可以結合生活元素，提出一些新問題，讓學生猜想結論，以新問題引入新課。

2.演示實驗、動畫模擬

為了讓學生直接透過現(xiàn)象看到本質，教師可以做演示實驗和動畫模擬，這樣可以把問題簡單化。

3.學生討論，自主發(fā)言

把問題分類處理，以便簡化。學生可以逐條處理問題，也可以討論問題，對相關問題進行歸納總結，并自主發(fā)言。

4.學生自學，引導總結

找到處理問題的辦法后，可以讓學生結合教材，逐條自學處理，教師對問題進行點撥，引導學生共同總結。

三、案例：《帶電粒子在勻強磁場中的運動》教學設計

（一）學生猜想，引入新課

同學們，我們上節(jié)課推導出了帶電粒子在勻強磁場中受的力，即洛倫茲力F=qvB。垂直射入勻強磁場的帶電粒子，在洛倫茲力的作用下，將會偏離原來的運動方向，那么帶電粒子的運動徑跡是怎樣的呢？

（由學生猜想：平拋和勻速圓周運動。在這里，學生很有可能根據(jù)帶電粒子進入勻強電場做平拋運動的原有經驗，錯誤認為帶電粒子垂直進入勻強磁場也做平拋運動。這時，無論學生回答是否正確，教師都應該繼續(xù)問：為什么？引導學生自己思考，得出正確答案。）

教師和學生一起導出本節(jié)課題。

（二）演示實驗，動畫模擬

1.學生觀察演示實驗：帶電粒子在磁場中的運動——洛倫茲力演示儀。

[實驗現(xiàn)象]在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線;在管外加上一個勻強磁場（這個磁場是由兩個平行的通電環(huán)形線圈產生的），電子的徑跡變彎曲成圓形。

[學生分析得出結論]當帶電粒子的初速度方向與磁場方向垂直時，帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。

2.動畫模擬

學生反復仔細地觀察“帶正電的粒子在磁場中的運動”的動畫（如圖1），逐步解答下面的問題（由學生討論交流后完成）。

（1）帶電粒子在什么條件下做圓周運動？（帶電粒子垂直射入磁場）

（2）是一種什么性質的圓周運動？（勻速圓周運動）

（3）為什么是勻速圓周運動？（因為帶電粒子受到一個大小不變、方向總與粒子運動方向垂直的洛倫茲力）

（4）什么力提供了向心力？（洛倫茲力F=qvB）

（5）洛倫茲力對電子的運動有什么作用？（洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大?。?/p>

（6）洛倫茲力做功嗎？（洛倫茲力對運動電荷不做功）

（7）結合勻速圓周運動的有關公式，得出半徑與什么物理量有關？[qvB=mv2r?r=mvqB]

教師結合學生的回答情況點撥總結。

再改變動畫中帶電粒子的速度，讓學生觀察，使學生再次獲得感性認識，同化理性推理得出的結果。

（三）學生討論、自主發(fā)言

1.學生討論，自主發(fā)言完成以下3題：

（1）粒子運動軌道半徑與哪些因素有關，關系如何？

（2）速度相同，荷質比不同的帶電粒子垂直進入同一勻強磁場，它們的軌道半徑關系如何？

（3）在同一磁場中做半徑相等的圓周運動的氫、氦原子核，哪個運動速度大？

2.通過觀察圖1所示的動畫，你聯(lián)想到與以前哪種情景的運動相似？（與萬有引力提供向心力的人造衛(wèi)星繞地球或行星繞恒星運動的情景相似。學生會活躍起來，紛紛發(fā)言，教師引導）

3.粒子運動的快慢與什么因素有關呢？（不立即回答，引出下面的周期問題）學生觀察“不同速度的電子在同一磁場中的運動”的動畫。

提問：①你觀察到了一個什么有趣的現(xiàn)象？學生觀察后回答。

（不同速度的電子在同一磁場中運動，軌道半徑不同，但運動一周的時間相等，即周期相同）

②如何解釋這個現(xiàn)象？學生小組討論，由代表上講臺講演。

（將[r=mvqB]代入周期公式[T=2πrv]，得到[T=2πmqB]，與帶電粒子速度無關，教師點撥）

學生討論交流：①帶電粒子在磁場中做圓周運動的周期大小與哪些因素有關？關系如何？②同一帶電粒子，在磁場中做圓周運動，當它的速率增大時，其周期怎樣改變？③速率不同、質量也不同的兩帶電粒子進入同一磁場做圓周運動，若它們的周期相同，則它們相同的物理量還有哪個？

（四）學生自學，引導總結

例題：如圖2所示，一質量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后讓粒子垂直進入磁感應強度為B的磁場中，最后打到底片D上。

（1）求粒子進入磁場時的速率。

（2）求粒子在磁場中運動的軌道半徑。

解：（1）粒子在S1區(qū)做初速度為零的勻加速直線運動。由動能定理知，粒子在電場中得到的動能等于電場對它所做的功，即[12mv2=qU]

由此可得[v=2qU/m] 。

（2）粒子做勻速圓周運動所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供的，即[qvB=mv2r]，所以粒子的軌道半徑為[r=mv/qB=2mU/qB2。]

[教師點撥講解]r和進入磁場的速度無關，進入同一磁場時，[r∝mq]，而且這些量中，U、B、r可以直接測量，那么，我們可以用相應的裝置測量比荷或算出質量。

上例給我們展示的是一種十分精密的儀器——質譜儀，在處理這道例題時，可以讓學生自己處理，教師引導總結。

讓學生閱讀課文質譜儀部分，并回答以下問題：

（1）試述質譜儀的結構。（質譜儀由靜電加速極、速度選擇器、偏轉磁場、顯示屏等組成）

（2）試述質譜儀的工作原理。（電荷量相同而質量有微小差別的粒子，它們進入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細條，叫質譜線，每一條線對應于一定的質量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質量）

（3）什么是同位素？（質子數(shù)相同而質量數(shù)不同的原子互稱為同位素。）

（4）質譜儀最初是由誰設計的？（質譜儀最初是由湯姆孫的學生阿斯頓設計）

（5）試述質譜儀的主要用途。（質譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的質量和分析同位素的重要工具）

總之，構建“費米思維”下的高中物理教學模式，我們可讓學生通過自學、討論的方式來分解問題，讓學生由小問題入手學習教材內容，這樣有利于培養(yǎng)學生的獨立思考能力。為了引導學生深入理解教材內容，可提出一些拓展問題，供學生思考、討論，這樣教師就可以把大問題分解為小問題，讓學生把小問題理解透徹，還可以適當拓展問題，以便學生進一步學習。這種教學方式可讓學生的學習更加輕松便捷。

（責任編輯? ?易志毅）