“問(wèn)題串”在機(jī)械能守恒定律教學(xué)中的應(yīng)用

吳珊珊

摘 要：?jiǎn)栴}教學(xué)法是一種發(fā)展性的教學(xué)法。教師在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，以問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、探索、解決以及知識(shí)的應(yīng)用為主線(xiàn)，形成學(xué)生認(rèn)識(shí)的獨(dú)立性及其穩(wěn)定的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。本文以研究機(jī)械能守恒為例，介紹問(wèn)題教學(xué)法以及設(shè)計(jì)“問(wèn)題串”時(shí)應(yīng)注意的原則。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}情境；教學(xué)法；問(wèn)題串

一、問(wèn)題的提出

機(jī)械能守恒定律是教科版高中《物理》必修二的重點(diǎn)內(nèi)容。從知識(shí)點(diǎn)上看，本節(jié)包含機(jī)械能的概念、機(jī)械能守恒定律的含義和適用條件。其中對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)。從教學(xué)內(nèi)容上看，有定性分析動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，結(jié)合自由落體運(yùn)動(dòng)過(guò)程作理論推導(dǎo)、總結(jié)出定律，闡釋機(jī)械能守恒的實(shí)質(zhì)，最后是實(shí)際應(yīng)用，符合由特殊到一般的認(rèn)知規(guī)律。通過(guò)對(duì)教材的分析，筆者認(rèn)為在講授本節(jié)內(nèi)容時(shí)使用問(wèn)題教學(xué)模式比較合適。

二、“問(wèn)題串”設(shè)計(jì)的原則

高中物理課堂教學(xué)中，怎樣根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)水平，設(shè)置有效的問(wèn)題串，這是教師在設(shè)計(jì)“問(wèn)題串”時(shí)應(yīng)該思考和注意的。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)“問(wèn)題串”時(shí)應(yīng)遵循一定的原則。問(wèn)題串設(shè)計(jì)的原則主要有：全體性原則、針對(duì)性原則、情境性原則、適度性原則、激發(fā)性原則、邏輯性原則。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)

本節(jié)課主要通過(guò)學(xué)生觀察視頻或圖片定性了解物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。以問(wèn)題“物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械能總量是否發(fā)生變化”來(lái)引入實(shí)驗(yàn)——機(jī)械能守恒定律的探究。本節(jié)課問(wèn)題串的核心有兩個(gè)，分別是：何為機(jī)械能、機(jī)械能守恒定律及其條件，所有子問(wèn)題都圍繞核心問(wèn)題展開(kāi)。

四、教學(xué)過(guò)程

1.何為機(jī)械能

問(wèn)題I：人在秋千上從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的過(guò)程中能量如何轉(zhuǎn)化？（播放蕩秋千視頻）拋出引領(lǐng)性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生回憶所學(xué)知識(shí)，積極主動(dòng)地投入到本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

追問(wèn)一：我們接觸過(guò)哪些勢(shì)能？讓學(xué)生進(jìn)一步明確勢(shì)能的概念，為下面的機(jī)械能教學(xué)作鋪墊。

追問(wèn)二：秋千運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能是可以轉(zhuǎn)化的，我們可否給動(dòng)能與勢(shì)能一個(gè)總稱(chēng)呢？

2.機(jī)械能守恒定律怎樣得出

問(wèn)題II：動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，那么在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中其機(jī)械能總量是否發(fā)生變化呢？（延用視頻）學(xué)生不必從一個(gè)物理情境中直接跳到另一個(gè)物理情境中，有利于保持學(xué)生的注意力，更容易引起學(xué)生的深刻思考，引出本節(jié)課的核心問(wèn)題。

“問(wèn)題是教學(xué)的核心”，以一個(gè)總問(wèn)題引領(lǐng)，利用學(xué)生的“儲(chǔ)備知識(shí)”有效組織學(xué)生展開(kāi)討論，學(xué)生通過(guò)交流、討論，重新組織舊知識(shí)，主動(dòng)建構(gòu)新問(wèn)題，形成研究機(jī)械能守恒條件的基本策略，即從“做功、能量轉(zhuǎn)化”這兩個(gè)角度研究機(jī)械能守恒。

利用單擺演示模擬人蕩秋千的過(guò)程，要求學(xué)生完成表格。

實(shí)驗(yàn)表明：人在擺動(dòng)過(guò)程中重力勢(shì)能和動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化。在擺動(dòng)過(guò)程中，只有重力做功，人總能回到原來(lái)高度?？梢?jiàn)，重力勢(shì)能和動(dòng)能的總和，即機(jī)械能總量保持不變。

追問(wèn)一：從上面實(shí)驗(yàn)的總結(jié)中，我們能總結(jié)一下機(jī)械能守恒定律的表述嗎？經(jīng)過(guò)學(xué)生討論后，教師再進(jìn)行總結(jié)，得出機(jī)械能守恒定律的文字描述。

追問(wèn)二：我們?cè)鯓幼C明這一過(guò)程中機(jī)械能保持不變呢？此追問(wèn)的目的是讓學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒有定量理解。

追問(wèn)三：在上面的過(guò)程中機(jī)械能是不變的，那如果有人用手推坐在秋千上的人，他的運(yùn)動(dòng)情況會(huì)怎樣？

追問(wèn)四：此過(guò)程中機(jī)械能守恒嗎？（提問(wèn)的同時(shí)播放人推坐在秋千上的人的視頻。）此問(wèn)題意在引起學(xué)生的思考，自然過(guò)渡到對(duì)機(jī)械能守恒定律理解的教學(xué)內(nèi)容中。

3.對(duì)機(jī)械能守恒的理解

問(wèn)題III：學(xué)生觀看完視頻后會(huì)得出：此過(guò)程中機(jī)械能不守恒，緊接著提出那么怎樣理解機(jī)械能守恒呢？通過(guò)下面的例題來(lái)從三個(gè)方面對(duì)機(jī)械能守恒進(jìn)行理解：如圖2質(zhì)量為m的物體自由下落過(guò)程中，經(jīng)過(guò)高度h1處速度為v1，下落至高度h2處速度為v2，不計(jì)空氣阻力，分析由h1下落到h2過(guò)程中機(jī)械能的變化。

追問(wèn)一：整個(gè)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能的變化分別為多少？通過(guò)計(jì)算可以得出整個(gè)過(guò)程中，ΔEk=m（V22-V21），ΔEP=mg（h2-h1），整理得ΔEk=-ΔEp，因此可以從能量轉(zhuǎn)化的角度理解機(jī)械能守恒定律：系統(tǒng)的機(jī)械能守恒時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能增加（或減少）跟系統(tǒng)的重力勢(shì)能的減少（或增加）相等。

追問(wèn)二：同學(xué)們有沒(méi)有想過(guò)這個(gè)過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能為什么會(huì)變化呢？引導(dǎo)學(xué)生從做功的角度理解機(jī)械能守恒。

追問(wèn)三：怎樣用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示機(jī)械能守恒定律呢？學(xué)生討論，教師再總結(jié)機(jī)械能守恒定律的三種表達(dá)式：

（1）守恒的觀點(diǎn)：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2，即初狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能和等于末狀態(tài)動(dòng)能與勢(shì)能和。

（2）轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)：ΔEk=-ΔEp，即動(dòng)能的增加量等于勢(shì)能的減少量。

（3）轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)：ΔEA=-ΔEB，即物體A機(jī)械能的增加量等于物體機(jī)B械能的減少量。

五、“問(wèn)題串”設(shè)計(jì)的總結(jié)

1.全體性和適度性原則

第一個(gè)問(wèn)題串圍繞機(jī)械能的概念提出，本問(wèn)題串設(shè)置的目的是復(fù)習(xí)已知知識(shí)，三個(gè)子問(wèn)題都屬于“班級(jí)問(wèn)題”，能全面調(diào)動(dòng)學(xué)生積極的思維活動(dòng)?！皢?wèn)題串”的每個(gè)小問(wèn)題并不要求每個(gè)學(xué)生都能解決，但每個(gè)學(xué)生肯定能解決“問(wèn)題串”中的部分問(wèn)題，這樣能讓每個(gè)學(xué)生都體驗(yàn)成功解決問(wèn)題的樂(lè)趣，從而激發(fā)他們繼續(xù)學(xué)習(xí)的欲望。同時(shí)此問(wèn)題串只設(shè)置三個(gè)子問(wèn)題，符合問(wèn)題串設(shè)計(jì)的適度性原則。

2.情境性和激發(fā)性原則

第二個(gè)問(wèn)題串是教學(xué)的重點(diǎn)，通過(guò)播放視頻創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，符合“問(wèn)題串”設(shè)計(jì)。體現(xiàn)情境性需具備三個(gè)要素：涉及未知事物領(lǐng)域（動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中機(jī)械能是否守恒），問(wèn)題情境的真實(shí)性（采用實(shí)拍的蕩秋千過(guò)程，還原物理問(wèn)題情境的真實(shí)性），學(xué)生的認(rèn)知水平（學(xué)生對(duì)機(jī)械能已有一定的了解，未知是在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能可以守恒）。問(wèn)題串采用層層遞進(jìn)的方式呈現(xiàn)，通過(guò)對(duì)一連串問(wèn)題的解答，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)及好奇心得以激發(fā)，在解決問(wèn)題中獲得知識(shí)，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

3.針對(duì)性和邏輯性原則

第三個(gè)問(wèn)題串是針對(duì)機(jī)械能守恒的理解設(shè)計(jì)的，根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)水平——機(jī)械能守恒定律的表述，以此為切入點(diǎn)，衍生出三個(gè)子問(wèn)題，分別是從三個(gè)方面對(duì)守恒的理解，問(wèn)題實(shí)現(xiàn)了從“已知區(qū)”到”未知區(qū)”的過(guò)渡，符合學(xué)生認(rèn)識(shí)新事物的一般規(guī)律。子問(wèn)題之間存在一定的邏輯關(guān)系，體現(xiàn)思維過(guò)程的邏輯規(guī)則，前后呼應(yīng)，清晰透徹，有條不紊。

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