在物理習(xí)題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神
——由一道電磁感應(yīng)計(jì)算題引起的疑問(wèn)

(廣東省中山市桂山中學(xué),廣東 中山 528463)

1 講解簡(jiǎn)錄

1.1 試題講解

原題呈現(xiàn)：如圖1所示，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的平面內(nèi)，半徑為r的金屬圓盤(pán)繞過(guò)圓心O的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心O和邊緣K通過(guò)電刷與一個(gè)電路連接。電路中的P是加上一定正向電壓才能導(dǎo)通的電子元件。流過(guò)電流表的電流I與圓盤(pán)角速度ω的關(guān)系如圖2所示，其中ab段和bc段均為直線，且ab段過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。ω>0代表圓盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。已知：R=3.0Ω，B=1.0T，r=0.2m。忽略圓盤(pán)、電流表和導(dǎo)線的電阻。

圖1

圖2

(1) 根據(jù)圖2寫(xiě)出ab、bc段對(duì)應(yīng)的I與ω的關(guān)系式；

(2) 求出圖2中b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的P兩端的電壓Ub、Uc；

(3) 分別求出ab、bc段流過(guò)P的電流IP與其兩端電壓UP的關(guān)系式。

本題是2013年廣東高考理綜卷的物理壓軸題，相關(guān)的考點(diǎn)有：電磁感應(yīng)、歐姆定律、并聯(lián)電路規(guī)律、直線函數(shù)式，重點(diǎn)考查模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證等，考查學(xué)生的理解能力、推理能力、分析綜合能力和應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問(wèn)題的能力。

忽略電源內(nèi)阻，UP=E，可得：Ub=0.3V，Uc=0.9V。

1.2 學(xué)生對(duì)答案提出質(zhì)疑

生1：按照分析，bc段元件是否已經(jīng)導(dǎo)通？

師：是。

生1：那么導(dǎo)通后的P應(yīng)該能當(dāng)作是電阻處理吧？

師：對(duì)。

生1：那我的解法應(yīng)該是對(duì)的。我也是用了串聯(lián)電路的特點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算。

生1：您的解法我也十分認(rèn)同，但是兩個(gè)結(jié)果不一樣，之前您說(shuō)過(guò)電磁感應(yīng)題目容易造成數(shù)據(jù)不自洽，我認(rèn)為這個(gè)題目也是如此。

思考幾分鐘后，我明白了問(wèn)題所在。正打算把結(jié)果講解給生1時(shí)，轉(zhuǎn)念一想：如把問(wèn)題交給學(xué)生，他們是否能找出問(wèn)題所在？

本著試試的想法，我叫她把解法寫(xiě)在黑板上，和筆者的講解板書(shū)在黑板上形成對(duì)比。

師：請(qǐng)大家找一找，哪種解法存在問(wèn)題？甚至是否兩種解法都存在問(wèn)題？如果兩個(gè)解法都沒(méi)有問(wèn)題而得出不同的結(jié)果，那么大家就能證明此題是一個(gè)錯(cuò)題，下面進(jìn)行討論。

生2:老師，我昨晚搜索網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)此題解法混亂，有多種不一樣的答案，我也很糾結(jié)，到底哪個(gè)正確？

學(xué)生利用了網(wǎng)絡(luò)，真是善用信息！教室一下炸開(kāi)了鍋，學(xué)生們議論紛紛，挑戰(zhàn)教師甚至高考題權(quán)威的時(shí)候到了！討論的氣氛漸趨濃厚，筆者決定靜觀其變，讓學(xué)生繼續(xù)討論。

1.3 質(zhì)疑——論證——再質(zhì)疑——再論證

生3：我有個(gè)發(fā)現(xiàn)，把老師的結(jié)果和同學(xué)1的結(jié)果直接等同起來(lái)，發(fā)現(xiàn)電壓只能是一個(gè)定值，和圖2中電壓隨著角速度的變化而變化不符。所以必有一種解法錯(cuò)誤，我這樣想對(duì)嗎？

師：直接把兩結(jié)果等同起來(lái)解方程？合理嗎？

生4：我認(rèn)為不能，如果成立，假設(shè)取任意兩個(gè)y關(guān)于x的一次函數(shù)方程，把y的函數(shù)式直接等起來(lái)，則解出來(lái)的x都將會(huì)是一個(gè)定值。

師：非常好，同學(xué)3大膽提出了自己的想法，雖然不對(duì)，但敢于猜想、敢于表達(dá)，這個(gè)行為本身就值得鼓勵(lì)。同學(xué)4能快速論證，很精彩。

受到教師的鼓勵(lì)，學(xué)生們討論更加積極。

生5：導(dǎo)通后P元件的電阻是恒定的嗎？

師：這個(gè)猜想很好，怎么證明電阻是變化的還是恒定的？

生6：我不贊成同學(xué)5的說(shuō)法，I-ω圖可以轉(zhuǎn)化為I-U圖，由于bc段直線斜率不變，電阻應(yīng)該不變。

師：也有道理，還有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

生7：我利用同學(xué)1解法得出的結(jié)論，針對(duì)b點(diǎn)計(jì)算了一下，發(fā)現(xiàn)電阻不是9歐姆?？梢源_定電阻是變化的。

導(dǎo)通后P的電阻是變還是不變？同學(xué)們的觀點(diǎn)針?shù)h相對(duì)，課堂討論氣氛熱烈。

1.4 激發(fā)認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生自行解疑

筆者在黑板畫(huà)出了某元件的伏安特性曲線圖(如圖3)。

圖3

師：圖3中B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電阻為多少？

生：4歐姆。

師：大家都是用電壓除以電流得出答案，如果用B點(diǎn)的斜率倒數(shù)去算電阻的結(jié)果呢？

生：12歐姆。

師：咦？怎么對(duì)應(yīng)不上？是計(jì)算方法的問(wèn)題嗎？

生8：我知道剛才同學(xué)1解法的問(wèn)題所在了。圖3里的伏安特性曲線不是一條直線，如伏安特性曲線不是直線，則不能利用該點(diǎn)的切線斜率來(lái)計(jì)算電阻，而應(yīng)利用該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)和原點(diǎn)之間直線斜率來(lái)計(jì)算電阻。同樣，在本題中，I-ω圖可以轉(zhuǎn)化為I-U圖，雖然bc段是直線，但是如果在直線上每一點(diǎn)和原點(diǎn)之間進(jìn)行連線，會(huì)發(fā)現(xiàn)每一條畫(huà)出的直線的斜率都不一樣。所以導(dǎo)通后P的電阻是變的，同學(xué)1的解法有誤!

教室頓時(shí)響起了熱烈的掌聲，是對(duì)該同學(xué)的肯定，也說(shuō)明本節(jié)課討論很有成效。

同學(xué)們會(huì)心地笑了起來(lái)，紛紛表示會(huì)回去后上網(wǎng)“找茬”。

2 教學(xué)啟示

本來(lái)預(yù)期這節(jié)課是常規(guī)的習(xí)題課，出乎意料的是遇到質(zhì)疑后課堂效果很好，學(xué)生討論很熱烈，紛紛提出自己的見(jiàn)解，基于推理相互質(zhì)疑與論證，課堂參與度很高，同學(xué)也體驗(yàn)到了成功的喜悅，給了筆者很大的觸動(dòng)?；仡?、反思課堂中的各個(gè)環(huán)節(jié)，貫穿始終的是課堂上學(xué)生的質(zhì)疑與論證行為，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2018年版)》提出：“要具有批判性思維的意識(shí)，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑”“基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑”，可見(jiàn)讓學(xué)生具備質(zhì)疑精神是物理教學(xué)的重要任務(wù)之一，也是物理教師的重要使命，結(jié)合本節(jié)課的教學(xué)反思，筆者在質(zhì)疑精神的培養(yǎng)方面得到的啟示如下。

教學(xué)片斷1：生1基于事實(shí)和證據(jù)提出自己的質(zhì)疑，生2通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息的搜集也表達(dá)了自己的疑問(wèn)。

教學(xué)啟示1：要培養(yǎng)質(zhì)疑精神，教師應(yīng)做一名鼓勵(lì)者。本節(jié)課正是及時(shí)把生1的質(zhì)疑向全班同學(xué)提出，經(jīng)過(guò)共同討論后，才取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。所以當(dāng)學(xué)生勇于提出疑惑或者質(zhì)疑時(shí)，應(yīng)當(dāng)弄清他們的希望與困難，鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的想法，特別是對(duì)學(xué)生的回應(yīng)中有價(jià)值的信息，要有珍惜的態(tài)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，善于利用。

教學(xué)片斷2：生3提出把兩種解法的結(jié)果等同起來(lái)求出電壓值，得出電壓是定值。

教學(xué)啟示2：要培養(yǎng)質(zhì)疑精神，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生的看法持包容態(tài)度。筆者對(duì)來(lái)自生3的“另類(lèi)”討論持積極、理解的態(tài)度，促發(fā)了更多同學(xué)敢于提出自己的見(jiàn)解。在教學(xué)中，學(xué)生可能會(huì)提出各種疑問(wèn)，甚至是不切實(shí)際、從教師角度看起來(lái)是“無(wú)厘頭”的想法，此時(shí)應(yīng)尊重學(xué)生的想法，為學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)造一個(gè)寬松的課堂氣氛和充滿(mǎn)理解的和諧環(huán)境，滲透民主意識(shí)，關(guān)愛(ài)珍惜每個(gè)學(xué)生的發(fā)言權(quán)，呵護(hù)學(xué)生的質(zhì)疑精神。

教學(xué)片斷3：生5猜想P元件導(dǎo)通后是一個(gè)變化的電阻，生6用斜率恒定的證據(jù)質(zhì)疑生5的想法，生7則通過(guò)特殊點(diǎn)的計(jì)算得出P元件電阻是變化的，質(zhì)疑生6的論斷。

教學(xué)啟示3：要培養(yǎng)質(zhì)疑精神，教師應(yīng)做一名引導(dǎo)者。本節(jié)課在幾個(gè)學(xué)生提出猜想和相互論證時(shí)，作為教師從旁鼓勵(lì)其推理論證，從而培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑的習(xí)慣和掌握解決質(zhì)疑的有效武器——推理論證，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)科學(xué)推理來(lái)論證問(wèn)題，學(xué)生會(huì)在“質(zhì)疑——論證——再質(zhì)疑——再論證”的不斷循環(huán)中提升核心素養(yǎng)，提升批判性思維能力。

教學(xué)片斷4：通過(guò)圖3來(lái)啟發(fā)學(xué)生，最終由學(xué)生自行解疑。

教學(xué)啟示4：要培養(yǎng)質(zhì)疑精神，教師應(yīng)做一個(gè)有心人，精心創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)生自主解疑的條件，讓學(xué)生獲得“提出質(zhì)疑——推理分析——成功解疑”的積極體驗(yàn)，從而更加樂(lè)于質(zhì)疑、解疑。在本節(jié)課中，學(xué)生爭(zhēng)論不休時(shí)，教師并沒(méi)有選擇直接公布結(jié)論，而是采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，設(shè)置一系列問(wèn)題，讓學(xué)生對(duì)比分析，進(jìn)行知識(shí)遷移，解決疑問(wèn)。在物理教學(xué)中，針對(duì)學(xué)生易犯錯(cuò)誤之處，教師也可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)情景激發(fā)認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析，解決問(wèn)題，獲得成功，享受先質(zhì)疑后解疑的樂(lè)趣。

教學(xué)片斷5：全班熱烈參與討論，眾多同學(xué)發(fā)表自己的見(jiàn)解和疑問(wèn)并推理論證。

教學(xué)啟示5：要培養(yǎng)質(zhì)疑精神，教師應(yīng)相信學(xué)生，突顯學(xué)生的主體性地位。在本節(jié)課面對(duì)質(zhì)疑時(shí)，讓學(xué)生成為課堂主人翁，積極參與課堂討論，取得了良好的效果。因此應(yīng)相信學(xué)生的能力，讓學(xué)生覺(jué)得自己有能力也有責(zé)任參與課堂的討論，課堂才能成為充分展示質(zhì)疑精神的學(xué)習(xí)陣地。