高三物理復(fù)習(xí)中滲透問題探究式

朱 琦

(江蘇教育學(xué)院附屬高級(jí)中學(xué),江蘇南京 210000)

新課程標(biāo)準(zhǔn)把“問題教學(xué)”提到了議事日程,把培養(yǎng)學(xué)生“提出問題的能力”、“質(zhì)疑能力”、“分析、解決問題能力”作為課程標(biāo)準(zhǔn)寫進(jìn)了高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》,新形勢下高中新課程改革賦予了高中物理新的內(nèi)容,也對(duì)物理教師提出了更高的要求.教師不僅是知識(shí)的傳遞者,更應(yīng)該是問題意識(shí)的培養(yǎng)者.

心理學(xué)研究表明,意識(shí)到問題的存在是思維的起點(diǎn),沒有問題的思維是膚淺的思維、被動(dòng)的思維,問題意識(shí)在人的認(rèn)識(shí)活動(dòng)中占有重要的地位.所謂問題意識(shí)指學(xué)生在認(rèn)識(shí)活動(dòng)中意識(shí)到一些難以解決的、疑惑的實(shí)際問題或理論問題時(shí)產(chǎn)生的一種懷疑、困惑、焦慮、探究的心理狀態(tài),這種心理狀態(tài)驅(qū)駛學(xué)生積極思維,不斷提出問題和解決問題.只有當(dāng)學(xué)生深入思考后,需要問個(gè)“為什么”的時(shí)候,思維才算是真正地啟動(dòng).課堂教學(xué)過程應(yīng)該是以不斷地提出問題并解決問題的方式來獲得知識(shí)的問題性的思維過程,而教師創(chuàng)設(shè)一定的問題情境是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的動(dòng)因.問題探究式是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及要求,由教師創(chuàng)設(shè)問題情境,揭示事物的內(nèi)在矛盾,以發(fā)現(xiàn)問題、探究和解決問題來激發(fā)學(xué)生的求知欲、創(chuàng)造欲和主體意識(shí),喚起學(xué)生的思維活動(dòng),激發(fā)學(xué)生巨大的內(nèi)驅(qū)力,使學(xué)生進(jìn)入探索者的角色,并真正地參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)之中,從而獲得認(rèn)知和能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的一種教學(xué)模式.

高考對(duì)學(xué)生能力要求之一是分析綜合能力.分析綜合能力是指學(xué)生能夠獨(dú)立地對(duì)所遇到的一系列問題懷著探究的心理狀態(tài)進(jìn)行具體分析,弄清其中的物理狀態(tài)、物理過程和物理情境,找出其中起重要作用的因素及相關(guān)條件;能夠把一個(gè)復(fù)雜問題分解為較簡單的問題,找出它們之間的聯(lián)系;能夠理論聯(lián)系實(shí)際,運(yùn)用物理知識(shí)綜合解決所遇到的問題.但高三的復(fù)習(xí)由于時(shí)間緊迫、成績的需要,常用的復(fù)習(xí)方法是教師提出問題、學(xué)生大量做題訓(xùn)練,在訓(xùn)練中提高應(yīng)試的能力和技巧.教師在問題情境的設(shè)計(jì)上、在學(xué)生問題意識(shí)的進(jìn)一步培養(yǎng)上關(guān)注度有所降低.高三階段的學(xué)生,隨著年齡的增長,情感、情緒的隱密性比較突出,不是很愿意、也不是很及時(shí)把自己發(fā)現(xiàn)的問題拿出來與大家分享;在高考重壓下,大部分學(xué)生埋頭于題海,心思更多地放在“熟能生巧”上,對(duì)問題的關(guān)心度和感悟力有所降低.

那么,在高三物理復(fù)習(xí)教學(xué)過程中,教師怎樣進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí),進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、應(yīng)考能力,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和態(tài)度,是一個(gè)值得探討的問題.

1 創(chuàng)設(shè)問題情境,激活思維

“問題探究”教學(xué),問題是主線,要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力,首先要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題情境,并且這一情境不僅有提出問題的必要性,而且還要聯(lián)系學(xué)生思維的“最近發(fā)展區(qū)”,根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的心理和智力水平,使學(xué)生能較容易地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題.其次,教師還要留給學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的時(shí)間和空間.通過這種課堂教學(xué)氛圍營造,讓學(xué)生成為“問”的主體,成為一個(gè)“信息源”,充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,誘導(dǎo)學(xué)生沿著“發(fā)現(xiàn)問題——提出問題——解決問題”的認(rèn)識(shí)道路前進(jìn).

例如,由于微積分已經(jīng)引入了高中數(shù)學(xué)課標(biāo),列入理科學(xué)生的高考考試范圍,故也應(yīng)成為高考的物理試題中運(yùn)用數(shù)學(xué)工具的熱點(diǎn)之一,因此高三復(fù)習(xí)應(yīng)關(guān)注導(dǎo)數(shù)與積分,滲透微積分思想,但這又是學(xué)生感到難上加難的問題.

對(duì)于“微元思想運(yùn)用”這個(gè)專題,首先出示一道題目,如圖1所示,兩根相距為 d足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于水平的xOy平面內(nèi),導(dǎo)軌與 x軸平行,左端接有阻值為 R的電阻.在 x＞0的一側(cè)存在豎直向下的磁場,金屬棒質(zhì)量為 m,電阻為 r,與金屬導(dǎo)軌垂直放置,且接觸良好.開始時(shí),金屬棒位于 x=0處,現(xiàn)給金屬棒一大小為 v0、方向沿x軸正方向的初速度,金屬棒沿導(dǎo)軌滑動(dòng),金屬導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì).問:若導(dǎo)軌間的磁場是勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,導(dǎo)體棒最終在導(dǎo)軌上靜止時(shí)的坐標(biāo)x1.

首先學(xué)生發(fā)現(xiàn)棒在磁場中所受到的安培力在逐漸減少,棒做加速度減少的減速運(yùn)動(dòng),用動(dòng)能定理或動(dòng)力學(xué)手段都無法直接求解,立即產(chǎn)生如何求解類似變速運(yùn)動(dòng)的問題的疑問,由此激發(fā)了學(xué)生的求知欲,使學(xué)生迅速進(jìn)入主動(dòng)學(xué)習(xí)的角色.

圖1

2 積極思考,尋解問題,培養(yǎng)能力

建構(gòu)主義認(rèn)為,學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是一個(gè)自我建構(gòu)的過程,也是一種再創(chuàng)造的過程.教師在問題解決的過程中是以指導(dǎo)者、促進(jìn)者的身份出現(xiàn)的.學(xué)生應(yīng)成為分析問題、解決問題的主體,即“變教為誘,變學(xué)為思,以誘達(dá)思,促進(jìn)發(fā)展”.

例如,在上述“微元思想運(yùn)用”專題中,當(dāng)創(chuàng)設(shè)問題情境后,接著設(shè)置如下問題:(1)雖然棒在整個(gè)過程中做變減速運(yùn)動(dòng),如果取 Δt很小,Δt→0時(shí),棒可看作什么運(yùn)動(dòng)?Δt時(shí)間內(nèi)速度的變化與加速度有何關(guān)系?加速度與速度有何關(guān)系?以這些問題為增長點(diǎn),激勵(lì)學(xué)生探究討論,激起思維的火花.學(xué)生自己便可以得出

3 回味問題,拓展延伸,促進(jìn)飛躍

物理問題的回味過程是師生間積極的雙邊活動(dòng),是師生間再度的交匯和溝通,是使學(xué)生的認(rèn)識(shí)由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的又一途徑.通過問題的延伸拓展,使學(xué)生從不同的角度運(yùn)用不同的知識(shí)和方法處理問題,從而培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì),提高分析、探索問題的能力和創(chuàng)新能力.

例如前面案例中,當(dāng)學(xué)生在教師的誘導(dǎo)下解決問題后,教學(xué)并沒有到此結(jié)束,而是進(jìn)一步提出問題,拓展延伸,繼續(xù)提問:(1)若導(dǎo)軌間的磁場是非勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿x軸正方向增加,且大小滿足B2=kx,導(dǎo)體棒最終在導(dǎo)軌上靜止時(shí)的坐標(biāo) x2是多少?(2)若把質(zhì)量為m棒彎成如圖2所示邊長為 L的正方形閉合線圈從有理想邊界的水平勻強(qiáng)磁場上方h高處由靜止起下落,磁場區(qū)域的邊界水平,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.線圈的電阻為R,線圈平面始終在豎直面內(nèi)并與磁場方向垂直,ab邊始終保持水平.若線圈一半進(jìn)入磁場時(shí)恰開始做勻速運(yùn)動(dòng),重力加速度為g.線圈cd邊進(jìn)入磁場到開始做勻速運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間t是多少?(3)若棒變成兩根,在間距為L的兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ,導(dǎo)軌光滑且電阻忽略不計(jì).場強(qiáng)為 B的條形勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,磁場區(qū)域的寬度為 d1,間距為d2.兩根質(zhì)量均為 m、有效電阻均為R的導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直.(設(shè)重力加速度為 g)如圖 3所示,若 a進(jìn)入第2個(gè)磁場區(qū)域時(shí),b恰好離開第1個(gè)磁場區(qū)域;此后a離開第2個(gè)磁場區(qū)域時(shí),b又恰好進(jìn)入第2個(gè)磁場區(qū)域.且a、b在任意一個(gè)磁場區(qū)域或無磁場區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相等.a穿出第k個(gè)磁場區(qū)域時(shí)的速率v是多少.

圖2

圖3

通過變式,拓展延伸,學(xué)生在解決問題的過程中,開闊了眼界,擴(kuò)展了思維,激發(fā)了興趣,感悟到前面的實(shí)例雖然情景不同,但都是加速度變化的變速運(yùn)動(dòng),在取Δt很小,Δt→0時(shí),都可看作勻加速運(yùn)動(dòng),都有由此學(xué)生自己可總結(jié)出微元法的解題思路是:①選取“微元”,將瞬時(shí)變化問題轉(zhuǎn)化為平均變化問題(避免直接求瞬時(shí)變化問題的困難);②利用數(shù)學(xué)“極限”知識(shí),將平均變化問題轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)變化問題(充分利用數(shù)學(xué)工具,既完成問題“轉(zhuǎn)化”且保證所求問題的性質(zhì)不變,又能簡單地求得結(jié)果).

問題不僅是教學(xué)的開端,也是教學(xué)的主線,還是教學(xué)的歸宿,教學(xué)的最終目的不是用所授的知識(shí)消滅問題,而是在初步解決問題的基礎(chǔ)上引發(fā)新的問題,最終還能把學(xué)生引上創(chuàng)造之路.問題探究教學(xué)方式,學(xué)生在解決問題的過程中,往往不是一帆風(fēng)順,需要經(jīng)過醞釀—假設(shè)—驗(yàn)證—再假設(shè)的多次反復(fù)過程中,學(xué)生堅(jiān)強(qiáng)的意志品質(zhì)和追求真理的科學(xué)精神得到錘煉,故問題探究解決的過程也是有效地塑造學(xué)生創(chuàng)造性的個(gè)性品質(zhì)的過程.