運(yùn)用“問(wèn)題解決”教學(xué)模式創(chuàng)設(shè)“自由落體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)情境

居殿兵

1 “問(wèn)題解決”教學(xué)模式的理論依據(jù)

蘇聯(lián)教育家列爾耐爾認(rèn)為：“問(wèn)題教學(xué)的本質(zhì)在于學(xué)生由教師經(jīng)常引入尋求有根據(jù)地解決對(duì)他們來(lái)說(shuō)是新問(wèn)題的辦法的過(guò)程，由此他們就學(xué)會(huì)獨(dú)立地獲取知識(shí)、運(yùn)用原先學(xué)過(guò)的東西和掌握從事創(chuàng)造性活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn).”蘇聯(lián)教學(xué)論專家馬赫穆托認(rèn)為：“問(wèn)題教學(xué)是一種發(fā)展性教學(xué)，在這種教學(xué)中學(xué)生經(jīng)常獨(dú)立探索活動(dòng)同他們學(xué)習(xí)現(xiàn)成的科學(xué)結(jié)論結(jié)合在一起，而教學(xué)方法體系的建立要考慮問(wèn)題目的和問(wèn)題原則.問(wèn)題教學(xué)是現(xiàn)代發(fā)展性教學(xué)體系的主導(dǎo)因素.”

在他們看來(lái)，問(wèn)題教學(xué)本質(zhì)特點(diǎn)是：（1）問(wèn)題教學(xué)是教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程；（2）強(qiáng)調(diào)學(xué)生的獨(dú)立性；（3）強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)造性.

根據(jù)現(xiàn)代認(rèn)知理論，物理課堂的教學(xué)過(guò)程應(yīng)該是通過(guò)不斷地提出問(wèn)題并解決問(wèn)題的方式來(lái)獲取新知識(shí)的過(guò)程，課堂教學(xué)中的問(wèn)題應(yīng)是師生課堂交流的產(chǎn)物.只有這樣的問(wèn)題，學(xué)生對(duì)之才更具好奇心、求知欲，才能反映教學(xué)的實(shí)際.學(xué)生的學(xué)習(xí)方式要從被動(dòng)型轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)型，課堂內(nèi)的活動(dòng)層出不窮、問(wèn)題千奇百怪，從而使課堂教學(xué)具有不可預(yù)料性.教師在課堂上不僅是問(wèn)題的提出者，更是各種教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)者，將學(xué)生置于研究者、探索者的位置，讓學(xué)生通過(guò)思考，提出新問(wèn)題、通過(guò)互相交流、合作探究等活動(dòng)來(lái)獲取知識(shí).

2 “自由落體運(yùn)動(dòng)”運(yùn)用“問(wèn)題解決”教學(xué)模式可行性分析

“自由落體運(yùn)動(dòng)”是在學(xué)生學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)后編排的，是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特例.通過(guò)對(duì)自由落體這種常見的、特殊的運(yùn)動(dòng)的研究，一方面是對(duì)前面知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固，同時(shí)也加強(qiáng)了課本與實(shí)際生活的聯(lián)系；另一方面通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗(yàn)研究物理問(wèn)題的基本思路和科學(xué)方法，為以后研究更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律打下良好的基礎(chǔ).本節(jié)課是本章知識(shí)的復(fù)習(xí)課，培養(yǎng)學(xué)生思維的研究課，聯(lián)系生活的應(yīng)用課，也是后續(xù)課程的鋪墊課，故本節(jié)課在本章中具有重要的地位和作用.通過(guò)前面知識(shí)的學(xué)習(xí)，特別是學(xué)習(xí)了用打點(diǎn)計(jì)器來(lái)測(cè)量勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度后，學(xué)生具備了探究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的能力，可在對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的教學(xué)環(huán)節(jié)中采取師生合作的探究式教學(xué).

師生合作探究式教學(xué)的主要方法是有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)情境，預(yù)[HJ1.45mm]設(shè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)提出富有啟發(fā)性的問(wèn)題，將學(xué)生引入情境之中，激發(fā)起學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中生成問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，真正解決問(wèn)題.

本節(jié)課的關(guān)鍵是合理創(chuàng)設(shè)情境，不僅起到組織教學(xué)的作用，而且能使學(xué)生增強(qiáng)動(dòng)手能力，還物理學(xué)的本來(lái)面目，產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣.因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，引起觀點(diǎn)沖突，進(jìn)而提出新問(wèn)題，最終解決所有問(wèn)題，得出物理規(guī)律是本課的流程.按照“培養(yǎng)有創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的人才”要求，本課如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)呢？可創(chuàng)設(shè)哪些問(wèn)題情境？要達(dá)到什么樣的效果？又如何提出有價(jià)值的問(wèn)題呢？

3 “問(wèn)題解決”教學(xué)模式實(shí)際設(shè)計(jì)方案

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

情境1 救災(zāi)時(shí)，飛機(jī)上同時(shí)投下救災(zāi)物品和宣傳傳單，哪一個(gè)先落地呢？

有的學(xué)生看過(guò)電視畫面，也有生活常識(shí)，學(xué)生回答都很踴躍，課堂氣氛活躍.

再讓學(xué)生進(jìn)行課堂問(wèn)題生成：學(xué)生會(huì)提出若干種兩個(gè)物體的落地實(shí)驗(yàn).比如，若是一個(gè)同樣大小的硬紙片和硬幣同時(shí)從同一高度落下，誰(shuí)先落地呢？

最后讓學(xué)生分組合作，做一個(gè)硬紙片，讓硬紙片和硬幣從同一高度同時(shí)落下，實(shí)際觀察.結(jié)果是硬幣先落地，硬紙片后落地.

得出明確結(jié)論：重的物體先落地，輕的物體后落地.

向同學(xué)們說(shuō)明：兩千多年前，古希臘最偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家亞里士多德也持有這一觀點(diǎn).但這個(gè)結(jié)論是否正確呢？

3.2 創(chuàng)設(shè)情境，制造懸念

學(xué)生對(duì)剛才的實(shí)驗(yàn)事實(shí)確信無(wú)疑，進(jìn)一步創(chuàng)設(shè)如下情境.

情境2 兩個(gè)半徑相同的鐵球和橡膠球同時(shí)下落，哪一個(gè)先落地？

有的學(xué)生認(rèn)為與剛才一樣，有的學(xué)生看過(guò)這方面書的，說(shuō)是同時(shí)落地.

實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，讓我們?cè)賮?lái)做一個(gè)演示實(shí)驗(yàn).讓半徑相同的鐵球和橡膠球同時(shí)從較高的高度同時(shí)落下，結(jié)果是兩球同時(shí)落地，與日常觀察到的現(xiàn)象和剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相反.

課堂問(wèn)題生成：學(xué)生根本就不能準(zhǔn)確判斷是哪個(gè)球先落地，如何來(lái)進(jìn)行觀察呢？

可以讓學(xué)生討論，最后的結(jié)果是用眼睛看兩球是否同時(shí)落地比較困難，可轉(zhuǎn)化為聽聲音的方法，要在地上墊一塊鋼板.

通過(guò)創(chuàng)設(shè)前面兩個(gè)情境，得出完全相反結(jié)論，在內(nèi)容和學(xué)生心理之間制造一種“不協(xié)調(diào)”，將學(xué)生引入與物理問(wèn)題有關(guān)的情境中，造成懸念，使學(xué)生產(chǎn)生探索的欲望，處于欲罷不能的狀態(tài).

3.3 創(chuàng)設(shè)情境，探究原因

情境3 取兩張相同規(guī)格的白紙，一張揉成較緊的團(tuán)，一張稍微揉一下，讓他們同時(shí)從同一高度同時(shí)下落，結(jié)果如何？

讓學(xué)生親自探索，結(jié)果是前者先落地，后者后落地，現(xiàn)象十分明顯.

引導(dǎo)學(xué)生思考、討論：能不能用不同規(guī)格的紙張呢？

學(xué)生討論后教師總結(jié)到物理實(shí)驗(yàn)常用的方法——控制變量法上來(lái).

再提問(wèn)：兩個(gè)物體是否同時(shí)落地，是看它們的重力嗎？

引導(dǎo)學(xué)生分析，研究對(duì)象的質(zhì)量一樣，重力也一樣，顯然不是.

最后提問(wèn)：哪是什么原因使兩個(gè)紙團(tuán)不同時(shí)落地呢？

學(xué)生實(shí)際操作、討論后得出：兩紙團(tuán)重力一樣，環(huán)境一樣，只是兩者的表面積不一樣，從而得出兩物體在空中不同時(shí)落地的原因是兩者阻力不一樣的結(jié)論.

3.4 創(chuàng)設(shè)情境，驗(yàn)證推斷

提問(wèn)：如何來(lái)驗(yàn)證重物下落不同時(shí)是因?yàn)樽枇Φ脑蚰兀?/p>

引導(dǎo)學(xué)生分析得出：要做同樣物體的有空氣和無(wú)空氣情況下落的對(duì)比實(shí)驗(yàn).

情境4 用錢羽管做演示實(shí)驗(yàn).先讓管內(nèi)充滿空氣，當(dāng)管子迅速倒轉(zhuǎn)時(shí)，小鐵塊迅速落地，而羽毛飄飄悠悠，經(jīng)過(guò)好長(zhǎng)時(shí)間才落地；再抽去管內(nèi)空氣重做一次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是輕重物體同時(shí)快速落地.

當(dāng)學(xué)生看到羽毛和小螺絲同時(shí)落地時(shí)，很是驚訝，實(shí)在不敢相信這個(gè)事實(shí)，從學(xué)生的臉上明顯看出有進(jìn)一步探索的欲望.

還可以再打開閥門，放進(jìn)空氣再做一遍，增加對(duì)比性.

通過(guò)對(duì)比觀察，可明顯看出阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響很大.

進(jìn)一步提問(wèn)：能不能選擇一個(gè)更好的地方，在大范圍內(nèi)做這個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓人更信服呢？

學(xué)生充分討論：最終得出在月球上做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有阻力，可以在更高的高度做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在較長(zhǎng)的時(shí)間兩球落地時(shí)間都是相同的.可以播放阿波羅15號(hào)宇航員在月球上做落體實(shí)驗(yàn)的視頻，并鼓勵(lì)學(xué)生有朝一日也能上登上月球親自做一下這個(gè)實(shí)驗(yàn).

3.5 創(chuàng)設(shè)情境，得出規(guī)律

得出自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是本節(jié)課的核心實(shí)驗(yàn).

讓學(xué)生發(fā)揮想像，回憶剛學(xué)過(guò)的知識(shí)，師生共同設(shè)問(wèn)：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律呢？

學(xué)生可能會(huì)提出運(yùn)用頻閃照相，運(yùn)用DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)碼攝像機(jī)等等方法.

情境5 選擇一種簡(jiǎn)潔的做法，讓重物拖一條紙帶作自由落體運(yùn)動(dòng)，使用電磁（或電火花）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一條紙帶，通過(guò)處理紙帶來(lái)研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.這也是學(xué)生剛剛學(xué)會(huì)的方法.

提問(wèn)：如何確定重物的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)呢？

學(xué)生回答：比較Δs（相同時(shí)間內(nèi)相鄰間隔位移差）是否為一定值.

提問(wèn)：如何更直觀看出呢？

引導(dǎo)學(xué)生將紙帶取相同時(shí)間（如取5個(gè)計(jì)時(shí)間隔，即 0.1 s）剪斷，豎貼在坐標(biāo)紙（事先制作，尺度要大）上，應(yīng)用實(shí)物投影，結(jié)果明顯看出：開頭幾個(gè)相同時(shí)間間隔內(nèi)的位移之比是為1∶3∶5∶7，進(jìn)一步證明了：自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).

提問(wèn)：如何求出自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度呢？

仍應(yīng)用實(shí)物投影，用刻度尺量出Δs的長(zhǎng)度，根據(jù)公式Δs=aT2，算出重力加速度的值.

本節(jié)課采用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，問(wèn)題小而具體、新穎且有趣，體現(xiàn)了物理學(xué)科的特點(diǎn)，將問(wèn)題寓于學(xué)生實(shí)際掌握的知識(shí)之中，造成懸念，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生注意力集中，啟發(fā)性強(qiáng)，內(nèi)容充實(shí)，所有結(jié)論都是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得出，沒(méi)有強(qiáng)加給學(xué)生，而且所有的實(shí)驗(yàn)取材都很簡(jiǎn)單（若無(wú)實(shí)物投影儀，把自制尺畫在黑板上，可以收到同樣的效果），可見度大，收到了良好的教學(xué)效果.