以問題驅(qū)動(dòng)物理課堂教學(xué)

童幫

摘 要：基于問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)思想，設(shè)計(jì)好基于目標(biāo)的系列問題有助于學(xué)生在深度參與、體驗(yàn)中掌握知識(shí)，提高能力。這一系列問題可以分成三個(gè)層次：情景問題、體驗(yàn)問題、反芻問題。這三層次的問題必須是層層遞進(jìn)的，而且都始終圍繞教學(xué)目標(biāo)而設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);問題驅(qū)動(dòng);高中

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“在高中階段，教師有必要對(duì)一些探究的物理問題創(chuàng)設(shè)一些情境，讓學(xué)生在觀察和體驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)，有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學(xué)問題;或創(chuàng)設(shè)一些問題，讓學(xué)生在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維，自己提煉出應(yīng)探究的科學(xué)問題?！彼未麑W(xué)者陸九淵說(shuō)：“為學(xué)患無(wú)疑，疑則有進(jìn)，小疑小進(jìn)，大疑大進(jìn)?！彼詫W(xué)生在學(xué)習(xí)中必須以問題作為引領(lǐng)，在解決問題中不斷加深對(duì)知識(shí)的體會(huì)，最終揭開科學(xué)問題的神秘面紗，并在體會(huì)與體驗(yàn)中提高學(xué)生的邏輯素養(yǎng)。本文將以高中物理必修一第四章第一節(jié)《功》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例論述“問題驅(qū)動(dòng)”在物理課堂教學(xué)中的一般步驟和注意事項(xiàng)。

一、以問題驅(qū)動(dòng)《功》的教學(xué)

1.做功與能量的變化

情景設(shè)置：運(yùn)動(dòng)員滑草

問題一：在運(yùn)動(dòng)員下滑過程中受到哪些力的作用，有哪些力做功，涉及哪些能量間的轉(zhuǎn)化？

問題二：哪個(gè)力做功導(dǎo)致了機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能？

問題三：你還能舉出其他情景下外力做功導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化的情況嗎？并指明哪個(gè)力做的功導(dǎo)致什么能轉(zhuǎn)化成了什么能。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：這一模塊的主要任務(wù)是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。為達(dá)到這一目的，設(shè)置的三個(gè)問題的目的分別是：第一個(gè)問題，主要是讓學(xué)生找到運(yùn)動(dòng)員滑草過程這一大情景中我們要分析的問題，做功和能量轉(zhuǎn)化的問題。并且將所有做功和能量轉(zhuǎn)化列舉出來(lái)是為下一步找到它們的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。第二個(gè)問題的目的是讓學(xué)生找到該情景中做功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，但單獨(dú)的一個(gè)情景還不夠，所以就有了第三個(gè)問題，讓學(xué)生充分體驗(yàn)做功的過程和能量轉(zhuǎn)化的過程。在體驗(yàn)中得出“做功導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化”這一結(jié)論。

2.功的計(jì)算公式

情景設(shè)置：已知m=60kg，f=200N，θ=30°，x=5m。

問題一：運(yùn)動(dòng)員受哪些力的作用，物體運(yùn)動(dòng)的位移怎么表示？

問題二：運(yùn)動(dòng)員受到的各個(gè)力對(duì)人所做的功分別為多少？

答：支持力做功為零;重力做功不好求解。

問題三：重力對(duì)物體做功為什么不容易求解呢？

重力方向與位移方向既不垂直，也不平行。

我們只學(xué)過

而：

問題四：由此要求力F對(duì)物體所做的功，該怎么處理呢？

將力F朝上位移和垂直于位移方向分解。

問題五：兩個(gè)分力F1、F2和F之間的關(guān)系是什么？

答：等效替代。

問題六：那分力做功的效果能否等效替代合力F的做功？

答：能，W=Fxcosθ

設(shè)計(jì)說(shuō)明：這一模塊的主要任務(wù)是讓學(xué)生得出求功公式。在此過程中設(shè)置的幾個(gè)問題，其目的分別是：?jiǎn)栴}一，是為了創(chuàng)造出力和位移的不同位置關(guān)系的情景，讓學(xué)生能在已有的模型中找到我們要研究的問題。問題二到問題六是本環(huán)節(jié)的核心問題串，其目的都是為解決力和位移成一定夾角時(shí)如何求功的問題。單靠問題二學(xué)生只能得出支持力做功這一老問題，對(duì)重力做功沒有明確的辦法。從而提出新問題：力和位移不在同一直線上時(shí)如何求力所做的功？并在更為簡(jiǎn)單的水平面上解決問題。問題五和問題六是求合力做功的理論基礎(chǔ)，使得出的結(jié)論更為自然合理。

3.理解功是標(biāo)量

情境設(shè)置：例1.已知m=60kg，f=200N，θ=30°，x=5m。

問題一：各個(gè)力對(duì)人所做的功分別為多少？

答：W=mgxcosθ=600×5cos60°=1500J

W=fxcosθ=200×5cos180°=-1000J

問題二：功是否有正負(fù)？

答：有。

問題三：哪個(gè)物理量決定功的正負(fù)？什么時(shí)候?yàn)檎?？什么時(shí)候?yàn)樨?fù)？功為正或者負(fù)時(shí)，力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)充當(dāng)動(dòng)力還是阻力？

答：

結(jié)論：功是標(biāo)量，其正表示動(dòng)力對(duì)物體做正功;其負(fù)表示阻力對(duì)物體做負(fù)功或物體克服阻力做功。

問題四：兩個(gè)力做功分別為200J，-300J，它們分別表示什么物理意義？哪個(gè)力做功多？

答：200J動(dòng)力對(duì)物體做功為200J。

-300J阻力對(duì)物體做功為-300J或物體克服阻力做功為300J。

阻力做功多

結(jié)論：功的正負(fù)不表示做功的多少。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：本環(huán)節(jié)的主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到功是標(biāo)量這一結(jié)論。其中，問題一主要有兩個(gè)目的：第一，讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)求功公式的應(yīng)用，第二，創(chuàng)設(shè)情景，是學(xué)生在應(yīng)用中感受到功有正負(fù)和功的正負(fù)的意義。問題二到問題四就是核心問題串，其中問題二是讓學(xué)生初步感受到功有正負(fù)，提示學(xué)生我們研究的對(duì)象是功的正負(fù)，并通過問題三了解功的正負(fù)表示的物理意義，從而得出功是標(biāo)量這一結(jié)論。問題四既是對(duì)功的意義的鞏固，又是進(jìn)一步理解功這一特殊標(biāo)量的特性。

4.得出合力求功的方法

情境設(shè)置：運(yùn)動(dòng)員下滑過程

問題一：在下滑過程中，運(yùn)動(dòng)員所受的合力為多少？

答：F合=100N

問題二：在下滑過程中，運(yùn)動(dòng)員所受的合力做功為多少？

（2）W合=F合xcosθ=500J

問題三：比較重力、支持力、阻力和合力做功，你發(fā)現(xiàn)了什么？

答：合力做功等于重力、支持力、阻力做功之和。

問題四：由此，你能得出什么結(jié)論？

結(jié)論：合力做功等于各分力做功之和。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：這一模塊的核心目的是得出求合力做功的方法：合力做功等于各分力做功之和。為達(dá)到這一目的，仍然是利用問題一和問題二創(chuàng)設(shè)出情景：得出了合力做功和各分力做功的數(shù)值，為下面比較它們之間的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。問題三是本環(huán)節(jié)的核心問題，但在前面問題鋪墊下學(xué)生回答起來(lái)十分簡(jiǎn)單。

二、以問題驅(qū)動(dòng)物理教學(xué)的三層次問題

從《功》的教學(xué)過程中可見：以“問題驅(qū)動(dòng)”來(lái)完成一節(jié)課的教學(xué)，其基礎(chǔ)是要合理地將知識(shí)分成幾個(gè)大的模塊，其核心是搞清楚每一個(gè)模塊要達(dá)到的目的;其手段主要是設(shè)置問題，通過學(xué)生解決問題，獲取知識(shí)，提升能力。設(shè)置的三個(gè)層次的問題分別有著它的作用。

第一層，情景問題：建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生的知識(shí)不是通過老師傳授獲得的，而是學(xué)生在一定情景下，借助老師和同學(xué)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資源，通過意義建構(gòu)的方式獲得的。創(chuàng)設(shè)一個(gè)優(yōu)化的教學(xué)情景，是教師激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的根本保證。所以必須創(chuàng)設(shè)合適的情景，但情景只是一種生活模型，在該模型中，學(xué)生能聯(lián)想到的物理規(guī)律是很多的，這就需要教師加以問題引導(dǎo)，讓學(xué)生能明確我們研究的問題。比如：在功的教學(xué)中，解決所有的核心問題所創(chuàng)設(shè)的情景都是滑草的過程，但該模型既可以研究動(dòng)力學(xué)問題，亦可以研究做功和能量問題，這就需要設(shè)置 “運(yùn)動(dòng)員在下滑過程中，有哪些力做功，有哪些能量轉(zhuǎn)化？”這一問題，學(xué)生立刻能意識(shí)到我們現(xiàn)在要研究的是這一模型中的做功問題，目標(biāo)明確，事半功倍。

第二層，體驗(yàn)問題亦可以是體驗(yàn)問題串，它是在學(xué)生充分認(rèn)識(shí)情景后自然生成的疑問，明確接著要解決的問題，但是這種問題一般是復(fù)雜的，學(xué)生的思維能力沒有達(dá)到那個(gè)層次，所以在此設(shè)置多個(gè)基于目標(biāo)的遞進(jìn)式問題，使學(xué)生在解決復(fù)雜問題中有攀爬的臺(tái)階。比如：在研究功的計(jì)算公式時(shí)，學(xué)生對(duì)初中所學(xué)知識(shí)已經(jīng)遺忘，更難在此靈活應(yīng)用。所以：要通過“支持力做功等于多少？”來(lái)提示學(xué)生特殊情況下的力做功的情景;通過明確重力和位移方向既不垂直又不平行，讓學(xué)生想到要處理一般情景下功的求法需要分解力。最終得出一般情況下求功公式。

第三層，反芻問題，它是為得出結(jié)論而設(shè)置的，當(dāng)結(jié)論呼之欲出時(shí)甚至可以不設(shè)置，比如：在學(xué)生列舉了很多做功和能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的例子后，它們之間的關(guān)系就得出了，就不需要再畫蛇添足專門設(shè)置問題了;但更多的時(shí)候顯得十分重要，比如：在得出一種情景中合力做功和分力做功之間關(guān)系后，要學(xué)生思考結(jié)論如何總結(jié)是需要的，既是對(duì)學(xué)生總結(jié)能力的鍛煉，又使學(xué)生進(jìn)一步對(duì)這一奇妙結(jié)論更加認(rèn)可。

三、以問題驅(qū)動(dòng)物理教學(xué)的感悟

1.充分重視引入的作用

好的引入學(xué)生不僅能耳目一新，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且能幫助推進(jìn)課堂進(jìn)程，甚至可以作為一節(jié)課的線索。比如本節(jié)課利用滑草引入，它就很好地推進(jìn)了課程的發(fā)展。學(xué)生在不斷深入研究該模型中做功與能量的過程中，自然掌握了知識(shí)，而且所有問題的解決只用一個(gè)情景，讓學(xué)生減少了認(rèn)識(shí)情景的困難，使學(xué)習(xí)的困難只是集中于核心知識(shí)：如何求做功。這一思想在另一節(jié)物理課《光的折射》中再次應(yīng)用：利用硬幣隱現(xiàn)實(shí)驗(yàn)提出光的折射現(xiàn)象，回顧初中關(guān)于光的折射的定性結(jié)論;通過“水深是多少時(shí)，才能看到硬幣”提出入射角和折射角的定量規(guī)律是什么這一核心問題。

2.重視通過體驗(yàn)問題給學(xué)生解決核心問題時(shí)搭建臺(tái)階

在研究小船渡河問題時(shí)，求小船渡河的時(shí)間。需要學(xué)生明白渡河時(shí)間由垂直于河岸的速度決定，并進(jìn)一步知道這種問題可以對(duì)速度進(jìn)行分解。但學(xué)生的能力能一步跨越，需要提示，所以設(shè)置了這一系列的問題。

（1）如果船頭是平行于河岸的，船能否渡過河岸？

（2）當(dāng)船頭與河岸成α角時(shí)，如何求船渡河的時(shí)間？

（3）渡河時(shí)間最短時(shí)的條件，渡河位移最小時(shí)的條件。

通過解決問題一，學(xué)生能明白要過河，船必須有垂直與河岸的速度分量，通過問題二，讓學(xué)生明確要對(duì)速度進(jìn)行分解，而且知道分解的方式。剩下的無(wú)非是得結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 謝尾合