基于“問(wèn)題解決”的物理概念教學(xué)探討
——以“加速度”為例

顧雅彥

(江蘇省宜興市第二高級(jí)中學(xué)，江蘇 宜興 214200)

基于“問(wèn)題解決”的物理概念教學(xué)探討
——以“加速度”為例

顧雅彥

(江蘇省宜興市第二高級(jí)中學(xué)，江蘇 宜興 214200)

本文以“加速度”概念教學(xué)為例，探討了問(wèn)題解決的教學(xué)模式。實(shí)踐表明：從學(xué)生的真實(shí)基礎(chǔ)出發(fā)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題設(shè)計(jì)，在問(wèn)題解決中逐步幫助學(xué)生建立相關(guān)概念是行之有效的教學(xué)方式。

概念教學(xué)；問(wèn)題解決；加速度

1 引言

美國(guó)課程專家艾里克森指出：核心概念具有普遍的遷移功能，是學(xué)科教學(xué)價(jià)值的集中體現(xiàn)。任何教學(xué)活動(dòng)的本質(zhì)，都是以學(xué)科事實(shí)為基礎(chǔ)建構(gòu)核心概念、發(fā)展學(xué)生的思維能力。因此，在教學(xué)中應(yīng)重視學(xué)生概念的構(gòu)建。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中最薄弱環(huán)節(jié)就是物理概念的學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中常常出現(xiàn)“模棱兩可”“背誦概念”等不良的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)方法。究其原因有很多，但“過(guò)快的、不經(jīng)歷學(xué)生自己思維過(guò)程的教學(xué)方式”和“概念過(guò)度抽象”是引發(fā)上述情況的主要原因?；谝陨戏治觯P者認(rèn)為在概念教學(xué)中，可以嘗試采用“問(wèn)題解決”的教學(xué)方式。該模式是在“問(wèn)題”的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生積極主動(dòng)參與探究而獲得知識(shí)和掌握方法的一種教學(xué)方式，具體操作是：依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和要求，尋找到符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律特點(diǎn)和思維能力的基準(zhǔn)點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)有效的問(wèn)題情境，以“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——探究問(wèn)題——解決問(wèn)題——實(shí)踐應(yīng)用”為基本流程，利用問(wèn)題引導(dǎo)的方式，引領(lǐng)課堂進(jìn)行的方向，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生搭建思維上的“腳手架”，逐步引導(dǎo)學(xué)生從感性認(rèn)知到理性思考，由淺入深，層層推進(jìn)，逐步加深對(duì)概念的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生思維的不斷發(fā)展、升華。下文就以“加速度”為例，闡述筆者的教學(xué)實(shí)踐。

2 “問(wèn)題解決”方式的運(yùn)用實(shí)踐

加速度是力學(xué)中的重要概念,是串接“運(yùn)動(dòng)”和“力”的橋梁。在日常的生活經(jīng)驗(yàn)中,人們往往被“跑得快慢”這一直觀的現(xiàn)象所吸引，少有主動(dòng)涉及“速度變化快慢”的認(rèn)知,因此，學(xué)生要正確感知加速度概念的物理意義還是十分困難的。同時(shí)對(duì)于概念的教學(xué)，應(yīng)理清一個(gè)中心問(wèn)題：為什么引入該概念？怎樣建立？如何理解？基于這樣的認(rèn)識(shí)和學(xué)生實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了如圖1所示的流程圖，具體操作如下。

圖1

小游戲(大家來(lái)找茬)：利用教室里的多媒體設(shè)備播放視頻，賽車和飛機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，觀察兩個(gè)交通工具的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(如圖2)。進(jìn)行小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生表述出2個(gè)交通工具的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

圖2

設(shè)計(jì)意圖如下：(1) 在傳統(tǒng)的課堂中，針對(duì)以上情景，一般都會(huì)直接提出“誰(shuí)的速度變化快”這樣“靶向”明確的問(wèn)題，盡管該問(wèn)題有利于課堂的順利進(jìn)行，但該方式缺失了培養(yǎng)學(xué)生收集、處理信息等能力的良機(jī)；(2) 以游戲的形式引入，有利于在短時(shí)間內(nèi)吸引學(xué)生的注意，讓學(xué)生的觀看有目的性，同時(shí)也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，拉近物理與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到物理就在身邊；(3) 讓學(xué)生感知運(yùn)動(dòng)的物體不僅存在速度大小的區(qū)別，還有速度的變化及變化的快慢，從而進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生關(guān)于變化快慢的認(rèn)知；(4) 鼓勵(lì)學(xué)生相互討論，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，也在一定程度上培養(yǎng)了他們的語(yǔ)言組織、表達(dá)能力。

問(wèn)題1：請(qǐng)學(xué)生完成表1，并回答：(1) 比較A和B，誰(shuí)的末速度大，誰(shuí)的速度改變量大？誰(shuí)的速度改變快？你的判斷理由是什么？(2) 對(duì)“B和C”“A和C”作同樣的比較。

表1

設(shè)計(jì)意圖如下：(1) 通過(guò)對(duì)表格數(shù)據(jù)的分析過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)用比值定義法來(lái)定義加速度，樹(shù)立變化率的思想；(2) 從“定性感知(視頻)”到“定量分析(表格)”，進(jìn)一步使學(xué)生明確“V大”“ΔV大”“V變化快”對(duì)應(yīng)的不同情景，從而認(rèn)識(shí)到必須引入一個(gè)新的物理量來(lái)描述物體速度變化的快慢。

問(wèn)題2：請(qǐng)大家回憶在建立速度概念時(shí)，怎樣描述位置的變化？又是怎樣描述位置變化的快慢？

設(shè)計(jì)意圖如下：比值定義法、類比法等思維方法的引入，逐步遞進(jìn)，符合學(xué)生思維發(fā)展的規(guī)律和特點(diǎn)，使抽象概念具體化，從而將教學(xué)難點(diǎn)化解于無(wú)形中。

問(wèn)題3：針對(duì)表1中的數(shù)據(jù)，求出三車的加速度。在此基礎(chǔ)上出示例題：一鋼球以6m/s的速度水平向右運(yùn)動(dòng)，碰到墻壁后仍以大小為6m/s的速度沿同一直線彈回，碰撞時(shí)間為0.01s。求鋼球在這段時(shí)間內(nèi)的加速度。

對(duì)于上例的處理，學(xué)生先行嘗試，然后教師利用不同學(xué)生間存在的思維碰撞、不同解答，適時(shí)追問(wèn):(1) 速度發(fā)生變化了嗎？(2) 由于速度是矢量，在直線運(yùn)動(dòng)中如何表達(dá)它的方向？(3) 速度是矢量，故Δv也是矢量，在直線運(yùn)動(dòng)中，如何簡(jiǎn)化矢量的運(yùn)算？(4) 結(jié)合上述實(shí)例分析，請(qǐng)說(shuō)明加速度的方向與哪個(gè)物理量方向相同？(5) 若規(guī)定末速度方向?yàn)檎?，?qǐng)解答。

例題解決后，還可以進(jìn)一步延伸：依據(jù)上述分析，在直線運(yùn)動(dòng)中，若規(guī)定初速度方向?yàn)檎?，?dāng)物體加速時(shí)，a的方向與初速度的方向的關(guān)系如何？當(dāng)物體是減速時(shí)，a的方向與初速度的方向的關(guān)系如何？由此，在直線運(yùn)動(dòng)中，你能否判斷物體是在做加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)？

設(shè)計(jì)意圖如下：(1) 在沒(méi)有直接告知“加速度是矢量”這一知識(shí)點(diǎn)的情況下，通過(guò)學(xué)生自身的“嘗試”，暴露出問(wèn)題，然后抓住這種教育契機(jī)，層層設(shè)問(wèn)，逐步引導(dǎo)，利用幾個(gè)小問(wèn)題幫助學(xué)生搭建理解的“階梯”，讓錯(cuò)誤變成寶貴的教學(xué)資源，直擊學(xué)生思維上的障礙和理解上的誤區(qū)；(2) 引導(dǎo)學(xué)生用圖示法分析加速度的方向，理解加速度的方向與速度方向、速度變化方向之間的關(guān)系，使抽象的概念變得具體直觀。

問(wèn)題4：對(duì)加速度大小的理解。請(qǐng)同學(xué)們思考以下3個(gè)問(wèn)題：(1)a=1m/s2，在數(shù)值上有何意義？(2) 如何理解“改變”兩字？(3) 請(qǐng)舉出相應(yīng)的實(shí)例，說(shuō)明“速度大，加速度也一定大嗎？”“加速度大，速度也一定大嗎？”“速度變化量大，加速度也一定大嗎？”。

設(shè)計(jì)意圖如下：盡管通過(guò)前面幾個(gè)問(wèn)題的討論，學(xué)生已對(duì)速度、速度的變化量、速度變化的快慢有了一個(gè)定性的了解，但學(xué)生對(duì)有一定難度的概念的認(rèn)識(shí)是需要一個(gè)過(guò)程和反復(fù)的，問(wèn)題4的設(shè)計(jì)目的就是依據(jù)學(xué)生在本概念的學(xué)習(xí)中可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤而設(shè)計(jì)，通過(guò)學(xué)生的討論、辨析，教師也可以回顧本節(jié)課開(kāi)頭部分的表格加以佐證，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)加速度的理解，逐步由“感性”上升到“理性”。

問(wèn)題5：總結(jié)與延伸。通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對(duì)加速度有何認(rèn)識(shí)？本節(jié)課中運(yùn)用了哪些物理方法？

設(shè)計(jì)意圖如下：通過(guò)學(xué)生歸納和總結(jié)，將對(duì)前面4個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)由點(diǎn)狀構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)狀，便于學(xué)生全面認(rèn)識(shí)“加速度”，同時(shí)也再次強(qiáng)化物理方法的體悟。

3 教學(xué)反思

北大趙凱華教授指出：這(加速度)是人類認(rèn)識(shí)史上最難建立的概念之一，也是每個(gè)初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念。本教學(xué)設(shè)計(jì)從生活中的物理現(xiàn)象出發(fā)，讓學(xué)生感知：描述物體的運(yùn)動(dòng)不僅有速度，還有速度的變化量、速度變化的快慢等；通過(guò)比較不同交通工具速度變化快慢的情境，讓學(xué)生在感知中加工信息，在比較中進(jìn)一步引發(fā)思考,感覺(jué)到必須引入一個(gè)新物理量來(lái)加以描述；通過(guò)類比、比值定義等科學(xué)方法的滲透，得出加速度的概念，理解其方向和大小的物理意義。本設(shè)計(jì)用一個(gè)中心問(wèn)題統(tǒng)領(lǐng)全課，多個(gè)具體問(wèn)題逐一展開(kāi)，在“問(wèn)題連續(xù)體”的框架下，構(gòu)建學(xué)生主動(dòng)參與、積極探究的課堂氛圍，讓學(xué)生在思考中前行，在彰顯科學(xué)方法中獲取、豐富、深化知識(shí)，促使學(xué)生的認(rèn)知層次由事實(shí)水平向理論水平不斷遞進(jìn)發(fā)展。

[1] 趙子瑩，張軍朋.基于“核心概念”的物理教學(xué)初探[J].物理教學(xué)探討，2015，(9).

[2] 王文清，郭玉英.物理概念的探究教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理之友，2014,(3).

[3] 侯金俊.高一物理教學(xué)中如何建立加速度概念[J].物理通報(bào)，2012,(5).

[4] 郭如松，居殿兵.物理“問(wèn)題解決”教學(xué)模式構(gòu)建與運(yùn)用[J].中學(xué)物理，2014,(12).