1，即對(duì)稱雙勢(shì)壘對(duì)某些能量的入射電于是完全透明的、發(fā)生諧振隧穿的物理機(jī)制來(lái)自于兩個(gè)勢(shì)壘之間的勢(shì)阱內(nèi)電子能量的量子化。當(dāng)入射電子能量等于勢(shì)阱中電子的量子化能級(jí)時(shí)，諧振現(xiàn)象發(fā)生。

帶電粒子的溝道效應(yīng)和溝道輻射便是人們發(fā)現(xiàn)的重要現(xiàn)象之一。由此發(fā)展起來(lái)的溝道技術(shù)在固體物理和原子核物理中得到了廣泛應(yīng)用，而且還成功地用它來(lái)研究了形(應(yīng))變超晶格。

2超晶格的粒子輸運(yùn)

到目前為止，我們并沒(méi)有很嚴(yán)格地區(qū)分量子阱和超晶格這兩個(gè)概念。嚴(yán)格說(shuō)超晶格材料是：量子阱之間的勢(shì)壘較薄，各量子阱的束縛能級(jí)相互禍合，形成微帶。這種微帶類似于固體中的能帶，但又有很大的區(qū)別，因?yàn)槲且痪S的，其布里淵區(qū)很小，且能帶寬度很小。這種特性決定了某些物理現(xiàn)象(如布洛赫振蕩)在一般固體中觀察不到，而在超晶格中應(yīng)觀察到。Chometre等人用光學(xué)方法研究微帶輸運(yùn)，證明了在超晶格中存在電子、空穴通過(guò)微帶的垂直輸運(yùn)。

超晶格器件中的電子輸運(yùn)：超晶格器件在結(jié)構(gòu)上的最主要待征則是，在電流傳播方向上具有由多個(gè)量子阱層和勢(shì)壘層構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)，隔開各阱層的勢(shì)壘層很薄，具有較大的電子隧穿幾率，電子在沿垂直超晶格平面的方向連續(xù)穿過(guò)多個(gè)周期勢(shì)壘運(yùn)動(dòng)。

在超晶格中，帶電的電子在單個(gè)量子阱中形成一定的量子能級(jí)。超晶格內(nèi)相鄰量子阱中的量于能級(jí)通過(guò)它們之間的薄勢(shì)壘層有一較弱的耦合，因而每一量子能級(jí)擴(kuò)展成一個(gè)能帶。由于耦合很弱，形成的能帶較窄，稱作于能帶。設(shè)電子的能量為Eb。超晶格周期為d，于能帶寬度為D，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，

摘要基于帶電粒子與超晶格的研究基礎(chǔ)，從超晶格中的帶電電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)分析其電導(dǎo)機(jī)制，進(jìn)而討論帶電粒子與超晶格相互作用，可以用來(lái)識(shí)別超高能粒子，同時(shí)利用Melnikov方法分析系統(tǒng)出現(xiàn)Smale馬蹄的臨界條件，提出了帶電粒子同超晶格相互作用過(guò)程中，系統(tǒng)可能出現(xiàn)的混沌行為。

關(guān)鍵詞帶電粒子超晶格混沌

1引言

隨著加速器技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)帶電粒子與物質(zhì)相互作用進(jìn)行了廣泛而深入的研究。帶電粒子的溝道效應(yīng)和溝道輻射便是人們發(fā)現(xiàn)的重要現(xiàn)象之一。由此發(fā)展起來(lái)的溝道技術(shù)在固體物理和原子核物理中得到了廣泛應(yīng)用，而且成功地將這一技術(shù)用來(lái)研究超晶格。1970年，Esaki和Tsu首次提出了超晶格概念。最初的超晶格是用兩種晶格常數(shù)相同的材料交替生長(zhǎng)，形成一種多層薄膜結(jié)構(gòu)。

帶電粒子在電場(chǎng)的作用下定向運(yùn)動(dòng)，從而形成電流。在多體帶電體系中，由于庫(kù)侖作用，帶電粒子處于兩種電場(chǎng)中：一是形成定向運(yùn)動(dòng)的外電場(chǎng)，二是粒子之間的庫(kù)侖相互作用?？紤]分立的多體帶電系統(tǒng)，這時(shí)形成電流是由于帶電粒子的隧道效應(yīng)，從分立的一部分到達(dá)分立的另一部分。理論預(yù)言，電流一定條件下會(huì)中斷。這就是所謂的庫(kù)侖阻塞。這是一種帶電粒子的關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。帶電粒子如電子、離子等以及某些極性分子的運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)特別是在強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生根本性變化。

超晶格中電子態(tài)研究的一個(gè)基本環(huán)節(jié)就是隧穿現(xiàn)象，它是一種垂直于因品格異質(zhì)結(jié)界面的電子輸運(yùn)過(guò)程。在隧穿問(wèn)題的研究中，人們最感興趣的是雙勢(shì)壘諧振隧穿效應(yīng)。所謂諧振隧穿是指當(dāng)電子接連隧穿過(guò)兩個(gè)靠得很近的勢(shì)壘時(shí)，隧穿幾率隨入射電子能量的變化會(huì)出現(xiàn)致個(gè)極大值。對(duì)于具有對(duì)稱雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)，發(fā)生諧振時(shí)的電子最大隧穿幾宰等于1，即對(duì)稱雙勢(shì)壘對(duì)某些能量的入射電于是完全透明的、發(fā)生諧振隧穿的物理機(jī)制來(lái)自于兩個(gè)勢(shì)壘之間的勢(shì)阱內(nèi)電子能量的量子化。當(dāng)入射電子能量等于勢(shì)阱中電子的量子化能級(jí)時(shí)，諧振現(xiàn)象發(fā)生。

1引言

在“感生電動(dòng)勢(shì)與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)”一節(jié)中，人教版高中物理選修3-2教材在提出了“磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，哪一種作用扮演了非靜電力的角色？”問(wèn)題之后，就直接給出了物理學(xué)家麥克斯韋的結(jié)論:磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)———感生電場(chǎng)［1］。以教師視角看，盡管結(jié)論非常直接，但卻容易使正處于思維發(fā)散狀態(tài)下的學(xué)生感到結(jié)論下得既突然又武斷，同時(shí)也不利于學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，難以讓人信服。為此，筆者設(shè)計(jì)了驗(yàn)證感生電場(chǎng)存在的實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐證明，該實(shí)驗(yàn)既達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生能力的目的，又能增強(qiáng)教學(xué)效果。

2設(shè)計(jì)思路及實(shí)驗(yàn)器材

2.1設(shè)計(jì)思路。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能獲得較強(qiáng)、持續(xù)的變化磁場(chǎng)，并找到一個(gè)帶電粒子；在受力作用下，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，若改變的原因能排除是洛侖茲力，則只能是磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生的作用力，即感生電場(chǎng)的作用力。2.2實(shí)驗(yàn)器材。FB201-Ⅰ型交變磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀、FB201-Ⅱ型交變磁場(chǎng)測(cè)試儀、陰極射線管、高壓電源、導(dǎo)線。FB201-Ⅰ型交變磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀是集信號(hào)發(fā)生、信號(hào)感應(yīng)、測(cè)量于一體的多用途教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，它可以在亥姆霍茲線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)。經(jīng)理論計(jì)算證明，給亥姆霍茲線圈通入同方向的電流，則兩個(gè)線圈的合磁場(chǎng)在軸上(兩線圈圓心連線）附近較大范圍內(nèi)呈均勻分布狀態(tài)［2］。磁場(chǎng)的分布如圖1所示，其中x為軸上某一點(diǎn)到線圈圓心O′的距離，由于通過(guò)亥姆霍茲線圈的電流是交變電流，沿兩個(gè)線圈軸線方向產(chǎn)生的是均勻交變磁場(chǎng)，具有強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間可人為確定、便于控制的優(yōu)點(diǎn)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度約為1.0×10-3T。FB201-Ⅱ型交變磁場(chǎng)測(cè)試儀作為信號(hào)源，其激勵(lì)信號(hào)的頻率、輸出強(qiáng)度均連續(xù)可調(diào)，信號(hào)頻率可調(diào)范圍是30～200Hz，分辨率為0.1Hz。亥姆霍茲線圈允許的最大電流是1A(50Hz），每個(gè)線圈共為400匝，線圈等效半徑為105mm。帶電粒子由正常工作時(shí)的陰極射線管產(chǎn)生，可通過(guò)打到熒光板上發(fā)出的淺綠色徑跡顯示粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

3驗(yàn)證原理

將陰極射線管帶電粒子徑跡方向沿亥姆霍茲線圈圓心連線方向放置，此時(shí)帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向平行于磁場(chǎng)方向，不會(huì)受到洛侖茲力的作用，則帶電粒子是直線徑跡，表明沒(méi)有感生電場(chǎng)產(chǎn)生；保持陰極射線管帶電粒子徑跡方向沿亥姆霍茲線圈圓心連線方向放置方式不變，給線圈通入交變電流，此時(shí)沿兩個(gè)線圈軸線方向產(chǎn)生均勻的交變磁場(chǎng)，則帶電粒子的徑跡有規(guī)律地向著兩個(gè)相反方向偏轉(zhuǎn)，表明磁場(chǎng)發(fā)生變化并使電荷受到作用力（即感生電場(chǎng)的作用力），說(shuō)明有感生電場(chǎng)存在。

摘要：作為高等院校理工科專業(yè)學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課，大學(xué)物理可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想和研究方法，對(duì)于后續(xù)專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)非常重要。文章以中國(guó)民航大學(xué)普通物理課程教學(xué)為例，較為系統(tǒng)地分析了物理教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)具體實(shí)例給出了改進(jìn)方法。同時(shí)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際討論了個(gè)性化研究性教學(xué)的意義和局限性。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化；研究性；物理教學(xué)

一、中國(guó)民航大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

中國(guó)民航大學(xué)坐落于天津市，是中國(guó)民航局直屬的以培養(yǎng)民航高級(jí)工程技術(shù)和管理人才為主的高等學(xué)府。目前在校學(xué)生28000余人，專職教師1500余人，其中普通物理授課教師30余人。中國(guó)民航大學(xué)開設(shè)有34個(gè)本科專業(yè)，6個(gè)?？茖I(yè)，大學(xué)物理是絕大部分專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，每學(xué)期在學(xué)人數(shù)（含重修班學(xué)生）約6000人。課程內(nèi)容涵蓋力學(xué)、簡(jiǎn)諧振動(dòng)、波動(dòng)、波動(dòng)光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)基礎(chǔ)，共計(jì)120學(xué)時(shí)，分別在大一下學(xué)期和大二上學(xué)期開課?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，大學(xué)物理教學(xué)中存在班級(jí)容量大（通常大于120人/班）、課程內(nèi)容豐富、課時(shí)緊張等特點(diǎn)。大學(xué)物理的教學(xué)改革已進(jìn)行了多年，在教學(xué)理念、教學(xué)模式等方面都有一定的進(jìn)步，但仍然存在一些問(wèn)題，例如：（1）傳統(tǒng)的課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，而且過(guò)于注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、邏輯性、數(shù)學(xué)演繹等理論知識(shí)，與當(dāng)今高新科技、實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，和專業(yè)融合不緊密，因而工科學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理課的興趣淡漠。（2）教學(xué)中缺乏分層次教學(xué)，教師課堂講授過(guò)細(xì)，用于舉例和題解的時(shí)間多，留給學(xué)生獨(dú)立思考和分析的時(shí)間少，學(xué)生的主動(dòng)性沒(méi)有得到發(fā)揮，遠(yuǎn)不足以使學(xué)生有能力運(yùn)用知識(shí)，這不利于學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)。（3）在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生雖然掌握了基本的理論知識(shí)，但在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)不知道該如何入手，解決問(wèn)題能力差。尤其是在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練中，同樣發(fā)現(xiàn)學(xué)生無(wú)法很好地將物理知識(shí)與其它學(xué)科知識(shí)相互結(jié)合去解決實(shí)際問(wèn)題。由此可見，為了培養(yǎng)復(fù)合型的工程人才，為了提升課程質(zhì)量，針對(duì)上述存在的問(wèn)題，對(duì)大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行更深層次的改革亟需探索和實(shí)踐。

二、個(gè)性化研究性教學(xué)實(shí)例

個(gè)性化研究性教學(xué)，是以學(xué)生成長(zhǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，根據(jù)學(xué)生的個(gè)性、興趣及發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)[1-3]，形成“以學(xué)生為中心、以探索為導(dǎo)向、以教學(xué)科研相結(jié)合”的教育教學(xué)模式，其目的是借助多元化的教學(xué)手段來(lái)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，挖掘及發(fā)揮學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人能力特色，促進(jìn)學(xué)生全方位、個(gè)性化成長(zhǎng)。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師的主要任務(wù)是將物理知識(shí)傳授給學(xué)生，增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，而忽略對(duì)學(xué)生對(duì)知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)。我們認(rèn)識(shí)到，個(gè)性化培養(yǎng)模式是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的內(nèi)在要求。我們應(yīng)尊重學(xué)生作為個(gè)體的發(fā)展需要，充分考慮每個(gè)學(xué)生的個(gè)體差異，在學(xué)生自愿深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，給予部分學(xué)生充分的機(jī)會(huì)提升自己，進(jìn)而達(dá)到更高層次的學(xué)習(xí)效果。例如：在教學(xué)中，我們會(huì)在部分課后布置與課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的研究性課題（結(jié)合教師自身的科研背景），該類課題不同于常見的課后作業(yè)題，它具有一定的綜合性、前沿性、應(yīng)用性，需要學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、計(jì)算機(jī)等，去解決實(shí)際問(wèn)題。例如，在講授電磁學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生利用電磁學(xué)基本知識(shí)去分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)可視化的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用達(dá)到融會(huì)貫通，不僅如此，還可以鍛煉學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。為了幫助學(xué)生順利達(dá)到課程目標(biāo)，任課教師對(duì)課題由淺入深做了如下設(shè)計(jì)：（1）帶電粒子庫(kù)倫勢(shì)的空間結(jié)構(gòu)；（2）帶電粒子在均勻磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡；（3）帶電粒子在均勻電磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡；（4）帶電粒子在不均勻電場(chǎng)場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡。上述四個(gè)物理內(nèi)容的分析如下：假定一個(gè)帶電粒子的電量為Q，放置于一個(gè)二維x-y空間，根據(jù)庫(kù)倫勢(shì)基本公式，在Matlab中寫出庫(kù)倫勢(shì)的表達(dá)方式，最后利用直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換關(guān)系，做出庫(kù)倫勢(shì)的空間分布，如圖1所示。在該環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生理解庫(kù)倫勢(shì)的表達(dá)形式，能夠運(yùn)用Matlab編程語(yǔ)言，同時(shí)還需要學(xué)生掌握坐標(biāo)變換的方法。圖1庫(kù)倫勢(shì)的空間結(jié)構(gòu)為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和電磁學(xué)的結(jié)合運(yùn)用，我們?cè)诘诙?、三、四設(shè)計(jì)了不同層次的分析過(guò)程，即在第二個(gè)環(huán)節(jié)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了較為簡(jiǎn)單的情況：帶電粒子Q在均勻磁場(chǎng)B中的運(yùn)動(dòng)，假定粒子的初速度分別有垂直于磁場(chǎng)和平行于磁場(chǎng)的分量，利用Matlab語(yǔ)言，圖2給出了帶電粒子的螺旋進(jìn)動(dòng)軌跡。該環(huán)節(jié)需要學(xué)生能夠推導(dǎo)出粒子的軌跡方程、并且靈活運(yùn)用Matlab語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。第三個(gè)環(huán)節(jié)中，在均勻磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，增加了垂直于B的均勻電場(chǎng)E，同時(shí)考慮兩種質(zhì)量不同的帶電粒子。該環(huán)節(jié)同樣要求學(xué)生推導(dǎo)出粒子的軌跡方程，相比第二個(gè)環(huán)節(jié)難度要大很多，圖3給出了這種情況下帶電粒子的漂移進(jìn)動(dòng)軌跡。圖2帶電粒子在均勻磁場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)軌跡最后，第四個(gè)環(huán)節(jié)中，我們考慮更為復(fù)雜的情況，即磁場(chǎng)為反剪切形式，電場(chǎng)具有一定梯度，同時(shí)兩者方向垂直。根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)方程，圖4給出了不同磁場(chǎng)剪切情況下帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在該環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生自學(xué)龍格庫(kù)塔或者與預(yù)報(bào)修正方法對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡加以分析，這極大地鍛煉了學(xué)生的鉆研精神。通過(guò)上述四個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生綜合運(yùn)用物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程、數(shù)值方法的能力大大加強(qiáng)。在上述訓(xùn)練中，教師給出研究性課題，同時(shí)給出課題的結(jié)果，中間實(shí)現(xiàn)過(guò)程交由學(xué)生去完成。該種教學(xué)模式的出發(fā)點(diǎn)如下：（1）通過(guò)生動(dòng)的圖像抓住學(xué)生的注意力，無(wú)形之中激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣；（2）通過(guò)圖像的展示，讓學(xué)生大致了解本課題的結(jié)果，從而有明確的努力方向，并且主動(dòng)搜集資料補(bǔ)充自己知識(shí)庫(kù)；（3）通過(guò)結(jié)果展示，使得學(xué)生知曉老師有充足的知識(shí)儲(chǔ)備，可以為他們的研究性學(xué)習(xí)做深入指導(dǎo)；（4）通過(guò)結(jié)果展示，激發(fā)學(xué)生的求知欲，促進(jìn)教師和學(xué)生更深入地交流；（5）通過(guò)結(jié)果展示，帶動(dòng)更多的學(xué)生投入物理學(xué)習(xí)，從而提升班級(jí)整體學(xué)習(xí)效果。上述教學(xué)方法開闊了學(xué)生的眼界，有利于學(xué)生發(fā)散思維的訓(xùn)練以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力的培養(yǎng)，學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣得到了一定程度的提高，特別是在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中，參與訓(xùn)練的學(xué)生表現(xiàn)較好，不僅能夠通過(guò)自主性學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作順利完成上述課題，并以此為基礎(chǔ)開展下一步的研究工作。在天津市大學(xué)生物理競(jìng)賽中，很多學(xué)生也獲得了很好的成績(jī)，其中有多人次獲特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)。

一、現(xiàn)代教育技術(shù)在教育、教學(xué)中的作用

從現(xiàn)代教育技術(shù)的功能中可以看出它在教育教學(xué)中有如下作用:

1、集中注意，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。注意是學(xué)生獲得知識(shí)的前提，上課注意力集中學(xué)習(xí)效果就好，但是人的注意力集中到一定的時(shí)間就會(huì)分散，幻燈投影、電視、計(jì)算機(jī)等多媒體，可以直觀地再現(xiàn)客觀事物，它們生動(dòng)形象的畫面本身就能引起學(xué)生的注意。

2、材料直觀，有利感知。學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的感知，要以大量的感性經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)。學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)有些是在生活和學(xué)習(xí)中積累的，大量的還要靠老師講解和學(xué)生的觀察。這就要求教師在課堂上講解生動(dòng)，而且要充分利用電教手段來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的視、聽感官進(jìn)行感知，物理教學(xué)尤為突出。

3、具體形象，有利理解。電教手段以直觀形象尤為特長(zhǎng)，對(duì)于突破教學(xué)中的難點(diǎn)、突出重點(diǎn)有很好的作用。如物理教學(xué)中的楞次定律等一些定律或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，教學(xué)中既是重點(diǎn)，又是難點(diǎn)，這時(shí)不妨用動(dòng)態(tài)的投影片或計(jì)算機(jī)動(dòng)畫方式呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生看后就容易理解。

4、提供示范，培養(yǎng)技能。在培養(yǎng)學(xué)生的技能時(shí)，除教師用語(yǔ)言講解外，還應(yīng)通過(guò)實(shí)際動(dòng)作或有關(guān)的視覺材料提供示范，使學(xué)生獲得有關(guān)練習(xí)或操作的印象，有模仿的樣板。如物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前把實(shí)驗(yàn)過(guò)程的錄像播放給學(xué)生，再加上教師的講解，學(xué)生就會(huì)掌握實(shí)驗(yàn)的正確操作方法，可以在短時(shí)間內(nèi)較為規(guī)范地完成實(shí)驗(yàn)。

為了更好地推動(dòng)新課程的實(shí)施，促進(jìn)科學(xué)探究在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用，湖南省教育科學(xué)研究院最近在岳陽(yáng)中學(xué)舉辦了湖南省第二屆中學(xué)物理教學(xué)創(chuàng)新大賽。大賽以科學(xué)探究為主題，參賽選手提供一段反映以科學(xué)探究為主題的物理教學(xué)30分鐘的錄像片斷及其該課的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，接下來(lái)將放錄像的參賽選手聽完前面的課后立即評(píng)課10分鐘。評(píng)委會(huì)根據(jù)參賽選手的教學(xué)錄像、教案、評(píng)課的表現(xiàn)綜合評(píng)定獲獎(jiǎng)等等。雖然整體情況比較好，但存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：大部分的高中教師不知道什么是科學(xué)探究，以為啟發(fā)式、導(dǎo)探式、解決問(wèn)題和解答習(xí)題就是科學(xué)探究;知道科學(xué)探究的教師又不知道如何選題，在17節(jié)課中有9節(jié)不適合科學(xué)探究課型，知道選題的又不知道如何進(jìn)行科學(xué)探究；初中組的教師上的課雖然形似科學(xué)探究課，但只是課堂氣氛轟轟烈烈，學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的機(jī)會(huì)不多，沒(méi)有真正形成學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的氛圍……究其原因，主要是高中課改以及培訓(xùn)還未全面推開，初中的培訓(xùn)還不夠細(xì)致、到位，對(duì)于新課程改革的理念還未很好地接受和消化。老師們普遍反映需要加強(qiáng)在科學(xué)探究這方面的指導(dǎo)和幫助。

什么是科學(xué)探究呢?在《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。將科學(xué)探究列入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，旨在將學(xué)習(xí)重心從過(guò)分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過(guò)程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神。學(xué)生在科學(xué)探究活動(dòng)中，通過(guò)經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)的相似過(guò)程，學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神科學(xué)探究的形式是多種多樣的，其要素有：提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作。在學(xué)生的科學(xué)探究中，其探究過(guò)程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素。科學(xué)探究滲透在教材和教學(xué)過(guò)程的不同部分。

一、物理科學(xué)探究課必須是一堂物理課

一堂物理課，應(yīng)當(dāng)有一定的課堂結(jié)構(gòu)，對(duì)內(nèi)容的處理要詳略得當(dāng)，不可面面俱到，沒(méi)有重點(diǎn)。既要有三維一體的教學(xué)目標(biāo)，又要有流暢的邏輯結(jié)構(gòu)，還必須具有物理特色。按照新的教學(xué)理念，教學(xué)目標(biāo)分為三維：知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)分地注重知識(shí)的傳承，對(duì)過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀未引起足夠的重視。在物理教學(xué)中，除了科學(xué)知識(shí)外，還有科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的科學(xué)方法、科學(xué)思想、科學(xué)態(tài)度等。這些是科學(xué)素養(yǎng)中不可或缺的部分。當(dāng)然，在科學(xué)探究課中，情感、態(tài)度和價(jià)值觀重在體驗(yàn)，讓學(xué)生在體驗(yàn)中升華，不可貼標(biāo)簽或喊口號(hào)。

一堂好的物理課必須有流暢的邏輯結(jié)構(gòu)。好的一堂課，宛如一首優(yōu)美的散文詩(shī)，一氣呵成。如果一堂課在邏輯上顛三倒四，聽起來(lái)就會(huì)味同嚼蠟。如“帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”，學(xué)生已經(jīng)知道物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和提供帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是洛倫茲力，而某教師在教學(xué)中通過(guò)一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生來(lái)探究帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑與電荷的大不、電荷的質(zhì)量、磁場(chǎng)的大小之間的關(guān)系。這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)是建立在上的。這樣做，在邏輯上是不允許的。

一堂物理課必須具有物理特色，要?jiǎng)?chuàng)建真實(shí)的物理情景，提供產(chǎn)生“問(wèn)題”的土壤，有真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)作為支撐。從這次比賽的情況來(lái)看，絕大部分的問(wèn)題是教師提出來(lái)的，而不是學(xué)生提出來(lái)的，問(wèn)題就在于教師沒(méi)有提供明確的物理情景，或是聯(lián)系實(shí)際、聯(lián)系科技，、生活不夠緊密，致使學(xué)生提不出問(wèn)題。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，虛擬實(shí)驗(yàn)可以代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)探究并且以科學(xué)家模擬原子彈的爆炸等為例來(lái)說(shuō)明其可能性。要知道，學(xué)生要探究的是其中的原理，而不僅僅是結(jié)果，最重要的是讓學(xué)生在真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)中，親身體驗(yàn)物理過(guò)程，領(lǐng)悟物理思想和方法，證實(shí)或證偽自己的猜想。

物理習(xí)題蘊(yùn)含著概念、公式、規(guī)律間關(guān)系的多樣性，決定了它可以變換不同的方法求解和習(xí)題題目的無(wú)限化．當(dāng)前，很多教師和學(xué)生為了提高成績(jī)，沉緬于茫茫題海之中，花費(fèi)了不少精力，卻收不到滿意的效果．面對(duì)眾多的物理習(xí)題，應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生加強(qiáng)思維方法的訓(xùn)練，提高學(xué)生的解題能力，才能收到事半功倍的效果．下面談?wù)勚袑W(xué)物理常用的思維方法和解題之間的聯(lián)系．

一、正向思維和逆向思維

所謂正向思維就是“循規(guī)蹈矩”，從問(wèn)題的始態(tài)到終態(tài)，順著物理過(guò)程的發(fā)展去思考問(wèn)題．而逆向思維則是反其常規(guī)，是將問(wèn)題倒過(guò)來(lái)思考的思維方法．有很多物理習(xí)題，利用正向思維方法解決比較困難或解決起來(lái)十分繁瑣，而利用逆向思維卻能收到很好的效果．

例1物體以速度v0被豎直上拋，不計(jì)空氣阻力，在到達(dá)最高點(diǎn)前0．5s內(nèi)通過(guò)的位移為多大？（g＝10m／s2）

分析求解本題用正向思維不好求解，但利用逆向思維可很快求出答案．

若將物體從被上拋至到達(dá)最高點(diǎn)這一過(guò)程逆向看，將是一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)，而此題所求的“到達(dá)最高點(diǎn)前0．5s內(nèi)的位移”，正是自由落體前0．5s內(nèi)的位移．則

現(xiàn)代教育技術(shù)具有形象、直觀、聲光兼?zhèn)涞膬?yōu)勢(shì)。

運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，可以將視、聽、說(shuō)、練緊密結(jié)合，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，突破難點(diǎn)，化難為易，化繁為簡(jiǎn)，可以優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高課堂教學(xué)效率。

農(nóng)村中學(xué)一般沒(méi)有或僅有一間多媒體教室，教師無(wú)法節(jié)節(jié)課都使用現(xiàn)代教育技術(shù)教學(xué)。但我們可以充分利用現(xiàn)有的電視，再配備數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的現(xiàn)代技術(shù)教育教學(xué)，同樣可以收到較為理想的教學(xué)效果。

教師可以有選擇地從網(wǎng)上下載相關(guān)的物理教學(xué)資料，再結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，制成幻燈片或者簡(jiǎn)短的課件，利用數(shù)碼相機(jī)和電視展示(我使用的數(shù)碼相機(jī)是三星SAMSUNGS600數(shù)碼相機(jī)，價(jià)格1600元左右)，雖然與滿堂的多媒體教學(xué)有很大的差距，但實(shí)際教學(xué)效果很好。

一、演示模擬實(shí)驗(yàn)

物理教學(xué)離不開演示或分組實(shí)驗(yàn)，但有些實(shí)驗(yàn)學(xué)生只能看出一些表面現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和物理意義學(xué)生難以看透，如果在演示實(shí)驗(yàn)之后再用慢動(dòng)作或電腦動(dòng)畫將實(shí)驗(yàn)過(guò)程放映給學(xué)生看，對(duì)促進(jìn)理解有很大幫助。例如，學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)時(shí)，大多數(shù)學(xué)生很難理解振動(dòng)圖像，教師雖做了演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)圖像的物理意義仍然難以理解，因?yàn)閳D像太抽象。為此，我在電腦上制作了動(dòng)畫，用數(shù)碼相機(jī)拍攝下小球振動(dòng)和木板勻速移動(dòng)的整個(gè)過(guò)程，再連接到電視機(jī)中放映，這樣學(xué)生可以從感觀上理解圖像的意義，學(xué)習(xí)起來(lái)更容易了。學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)時(shí)，我也是先制作動(dòng)畫，然后連接到電視上放映，教學(xué)上都能收到事半功倍的效果。

摘要：物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門學(xué)科，仿真實(shí)驗(yàn)可以更直觀、具體、形象地把實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果展示給學(xué)生。仿真實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和完善，它并不是要取代傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，它可以打破時(shí)間、空間的限制從而更加高效地促進(jìn)教學(xué)的進(jìn)行。通過(guò)這種方式可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，幫助學(xué)生建構(gòu)物理模型提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。本文結(jié)合高中物理教學(xué)實(shí)踐，對(duì)比物理實(shí)驗(yàn)的不足結(jié)合教學(xué)實(shí)例對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。探討如何更好地提升高中學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；仿真實(shí)驗(yàn)；高中物理；核心素養(yǎng)

物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)過(guò)程中起著重要作用，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建構(gòu)物理模型。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受空間和時(shí)間因素的制約，仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)正好可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。通過(guò)這樣一種全新的方式，將課上枯燥乏味的物理現(xiàn)象通過(guò)仿真展現(xiàn)出來(lái)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升高中物理教學(xué)的質(zhì)量和效率。

1傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)在高中課堂的現(xiàn)狀

1.1物理實(shí)驗(yàn)的難度較大

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門科學(xué)，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確了物理實(shí)驗(yàn)在高中課堂教學(xué)中的地位的重要性。新課程標(biāo)準(zhǔn)將科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ψ旁谑滓奈恢肹1]。由于初中物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象簡(jiǎn)單、直觀、清晰，學(xué)生易于理解。初中物理階段只是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣，初中生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知是感性認(rèn)識(shí)，分析問(wèn)題也是簡(jiǎn)單的定性分析。但是高中階段的物理實(shí)驗(yàn)往往比較抽象復(fù)雜，還有一些定量計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，有時(shí)出現(xiàn)誤差使得實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果有較大的出入。

[摘要]本文運(yùn)用幾何畫板在高中物理教學(xué)中展開了教學(xué)輔助研究。通過(guò)具體實(shí)例在課堂教學(xué)中的實(shí)踐探究，如：火星逆行、小船過(guò)河、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，有效構(gòu)建物理模型，獲得了意想不到的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]幾何畫板;輔助教學(xué);實(shí)例探究

幾何畫板在構(gòu)建物理模型時(shí)有其簡(jiǎn)潔、直觀的特點(diǎn)。我選取了以下物理模型做了研究。

一、火星的逆行

人教版必修二第六章第一節(jié)介紹了行星的運(yùn)動(dòng)，其課后閱讀材料中介紹了火星的逆行?；鹦窃谔炜罩袆澾^(guò)的軌跡和太陽(yáng)月亮不一樣，不是總是自東向西的，有一段時(shí)間是向東運(yùn)動(dòng)的，稱之為火星的逆行。（如下左圖所示，每天晚上火星在天空中的位置都會(huì)變化。）學(xué)生對(duì)這個(gè)問(wèn)題很感興趣，火星的逆行用日心說(shuō)和地心說(shuō)都能解釋。利用日心說(shuō)解釋時(shí)，以太陽(yáng)（Sun）為中心，用幾何畫板畫兩個(gè)圓（實(shí)際為橢圓，這里近似為圓），使圓上兩個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。火星轉(zhuǎn)得慢，地球轉(zhuǎn)得快。所以某些時(shí)候，地球和火星在靠近，某些時(shí)候又在遠(yuǎn)離。如上右圖所示。利用地心說(shuō)來(lái)解釋火星逆行比較困難，但是利用幾何畫板在課堂上就可以輕易重復(fù)幾千年以前托勒密所做的工作。見下圖，其中托勒密假設(shè)了本輪、均輪，解釋了為什么從地球的角度看火星運(yùn)動(dòng)會(huì)有逆行。通過(guò)幾何畫板，以地球（Earth）為中心，先畫出本輪，然后在本輪上選一個(gè)點(diǎn)，畫出均輪，均輪上再選一個(gè)點(diǎn)，即火星（Mars）。通過(guò)動(dòng)畫功能，讓均輪圓心和火星運(yùn)動(dòng)起來(lái)，就很輕松地模擬了火星的逆行。如下左圖，圖中軌跡即火星軌跡?？梢钥吹?，很好地解決了火星逆行的圖線問(wèn)題。其問(wèn)題實(shí)質(zhì)是參考系的變換。選擇地球?yàn)閰⒖枷担?yáng)繞地球轉(zhuǎn)，火星又繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而火星相對(duì)太陽(yáng)轉(zhuǎn)得比地球更慢些。而同樣的工作，通過(guò)數(shù)學(xué)公式去計(jì)算，則相當(dāng)?shù)某橄?。利用幾何畫板就可以突出?wèn)題的重點(diǎn)，即物理問(wèn)題本身，不需要解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題，直接就能講清物理問(wèn)題。該問(wèn)題的拓展，如果本輪和均輪速度相同，則看不到火星的逆行，通過(guò)幾何畫板，調(diào)節(jié)兩者速度相同，即可看到這一點(diǎn)，如上右圖。

二、小船過(guò)河