基于學(xué)生網(wǎng)課自學(xué)的物理問題解決教學(xué)策略探討
——以“功”的教學(xué)為例

葛騰霄 馬宇澄

(1. 江蘇省無錫市青山高級中學(xué)，江蘇 無錫 214036；2. 江蘇省無錫市教育科學(xué)研究院，江蘇 無錫 214000)

1 引言

當(dāng)學(xué)生回到線下課堂時，我們該如何評價學(xué)生網(wǎng)課學(xué)習(xí)的成效？認(rèn)為學(xué)生已經(jīng)完全領(lǐng)會顯然不妥，因為學(xué)生的學(xué)習(xí)情況差異很大，并且線上教學(xué)的強(qiáng)度、深度、互動性等方面與線下教學(xué)不可比；直接從頭開始講也不可取，這樣不僅會否定他們已有的努力、挫傷他們的積極性，還會造成教學(xué)進(jìn)度遲緩。另一種可能的情形是滿堂灌，密集重復(fù)知識點，但學(xué)生對這樣的課堂既沒有興趣，也感到負(fù)擔(dān)較重，教學(xué)效果不佳。針對學(xué)生自學(xué)過的內(nèi)容，重新梳理是必要的，該選擇怎樣的課堂教學(xué)策略？我們不妨先來看看與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)密切相關(guān)的翻轉(zhuǎn)課堂。

2 翻轉(zhuǎn)課堂模式簡介

翻轉(zhuǎn)課堂模式一般是：讓學(xué)生先自學(xué)(通常是使用網(wǎng)絡(luò))相關(guān)內(nèi)容，完成第一次知識內(nèi)化；教師將學(xué)生難以理解之處進(jìn)行匯總(也可由學(xué)生當(dāng)堂提出)，在課堂上以“小組協(xié)作、問題解決”為主要方式幫助學(xué)生進(jìn)行二次內(nèi)化，以達(dá)到優(yōu)于傳統(tǒng)模式的教學(xué)效果。就技術(shù)而言，網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵，預(yù)錄視頻和網(wǎng)絡(luò)直播能夠提供比傳統(tǒng)紙媒豐富得多的信息，使得學(xué)生網(wǎng)上“先學(xué)”時不僅能學(xué)到知識，還可以進(jìn)行知識內(nèi)化，從而達(dá)到“學(xué)會”狀態(tài)，以此為契機(jī)教師在課堂上才可能真正實現(xiàn)教學(xué)的深化。

網(wǎng)上“先學(xué)”是翻轉(zhuǎn)課堂模式實現(xiàn)的基礎(chǔ)，卻同時會成為某些方面教學(xué)發(fā)展的障礙，設(shè)備不足、學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性難以保證、錄課教師負(fù)擔(dān)過重等問題會讓教學(xué)實踐困難重重。如小學(xué)生大多缺乏自主學(xué)習(xí)能力，許多學(xué)者認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂不宜在小學(xué)進(jìn)行。但已經(jīng)習(xí)慣了傳統(tǒng)課堂的學(xué)生，到了中學(xué)還能“翻轉(zhuǎn)”得起來嗎？在中學(xué)課程漸趨緊張的今天，學(xué)生時間的分配、科目的統(tǒng)籌等都會成為實施翻轉(zhuǎn)課堂的障礙。北京師大何克抗教授認(rèn)為：翻轉(zhuǎn)課堂的未來需要政府支持的學(xué)校教育系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性變革。這本是一條漫漫長路，疫情卻給了我們一次實踐的機(jī)會。

3 針對學(xué)生的網(wǎng)課自學(xué)，線下課堂要解決的主要問題

新冠肺炎疫情下的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)打破了翻轉(zhuǎn)課堂“線上難保證，長久難統(tǒng)籌”的實踐門檻，使得學(xué)生擁有了充足的時間，相對公平地體驗了一輪網(wǎng)課自學(xué)。但這些網(wǎng)課畢竟不是為翻轉(zhuǎn)課堂專門設(shè)計的，線下課堂教學(xué)當(dāng)然也不能照搬翻轉(zhuǎn)課堂的模式，我們首先要明確線下課堂要解決什么問題。

疫情期間的網(wǎng)課與翻轉(zhuǎn)課堂的網(wǎng)課的特點對比如表1所示，從中我們可以看到疫情期間的“網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”與翻轉(zhuǎn)課堂相比有其優(yōu)勢：如家長對學(xué)生出勤的監(jiān)督比較到位。同時也存在劣勢：知識點過于密集，實時反饋不足，且學(xué)生在長時間內(nèi)都得不到線下課堂的二次內(nèi)化。

基于上述情況，開學(xué)以后的線下課堂應(yīng)主要解決以下4個問題：(1) 知識的遺忘；(2) 因網(wǎng)課缺少反饋機(jī)制，知識點又密集，學(xué)生對聯(lián)系緊密的概念較容易混淆；(3) 疫情期間的網(wǎng)課沒有線下二次深化的過程，因此幫助學(xué)生進(jìn)一步內(nèi)化和深化認(rèn)知是重點；(4) 知識體系的完善。

表1

4 問題解決教學(xué)策略在線下教學(xué)中的運用

針對上述問題，筆者在線下教學(xué)中采用了問題解決教學(xué)。下面以“功”的教學(xué)為例，根據(jù)學(xué)生網(wǎng)課自學(xué)的情況，設(shè)計問題鏈，探討問題解決教學(xué)策略的具體應(yīng)用。

4.1 利用問題進(jìn)行診斷性評價

為幫助學(xué)生鞏固基本概念，在本節(jié)課的開頭以問答的形式進(jìn)行診斷性評價，將其作為后續(xù)教學(xué)的基礎(chǔ)。

例1：關(guān)于功，下列正確的說法是( )。

A. 物體受到力的作用，且有位移，該力一定做了功

B. 在功的計算式中，F(xiàn)、s和cosθ均可取正值、負(fù)值或零

C. 合力的總功等于每個分力所做功的絕對值之和

D. 功不是描述物體狀態(tài)的物理量

問題1：請用事實來判斷A選項的對與錯。

生：人提水桶在水平地面上勻速前進(jìn)，拉力不做功；球沿水平地面滾動，重力不做功。由這兩個事例可說明選項A是錯誤的。

問題2：你所說的兩個事例有什么共同點？

生：物體的所受力與運動方向垂直。

問題3：如果一個物體受力做圓周運動，是否可能出現(xiàn)某個力不做功的情況？

生：(思考)用細(xì)線拴一小球，使它沿圓弧運動，拉力不做功。

師：請在黑板上畫出示意圖。

學(xué)生畫示意圖，細(xì)線對小球的拉力與小球運動方向垂直。

問題4：對于B選項，在功的計算式中引入cosθ有什么意義？

生：如果力與位移不在同一直線上，也可以計算功了。

問題5：余弦在這里出現(xiàn)的根本原因是什么？

生：把力分解成兩部分，與位移共線的力做功，與位移垂直的力不做功。

師：余弦的使用是從力與位移這兩個矢量中提出了方向問題，那力與位移在這個公式中只需要考慮大小，還可能是負(fù)的嗎？

生：不可能。

問題6：功作為能量轉(zhuǎn)化的量度，是標(biāo)量還是矢量？

生：標(biāo)量。

問題7：那么C選項的問題在哪里？

生：標(biāo)量相加應(yīng)該是代數(shù)和，不應(yīng)取絕對值。

問題8：功不是狀態(tài)量是什么量？

生：過程量。

問題解決思路分析：由于網(wǎng)課重點在“功”概念的建立與完善上，因此這部分可主要著眼于初高中“功”的概念的銜接。問題1-3從學(xué)生在初中就已非常熟悉的做功條件入手，引導(dǎo)學(xué)生回憶不做功的情景，使其對做功條件的理解拓展、延伸至功的一般概念。問題4-5從公式角度幫助學(xué)生回顧功定義式的推導(dǎo)思路，為后續(xù)物理課程中的類似處理(如安培力公式的推導(dǎo))做鋪墊，打牢科學(xué)方法基礎(chǔ)。問題6-8是關(guān)于“功”本質(zhì)的理解，理解功和能的關(guān)系是進(jìn)一步學(xué)習(xí)“功”的要求，初中生只了解功與能有關(guān)，并且是基于具體事例。因此，從功能的普遍關(guān)系入手，能幫助學(xué)生發(fā)展能量觀。

4.2 以問題促進(jìn)學(xué)生對知識的內(nèi)化、深化

例2：如圖1所示，某興趣小組設(shè)計了一個玩具軌道模型，將一質(zhì)量為m的玩具汽車放在O點，用彈簧裝置將其彈出，每次彈簧的壓縮量均相同，使其沿著光滑的半圓形軌道OMA和ANB運動，BC段是一長為L1=10m的粗糙水平面，CD是傾角θ=37°的粗糙斜面,長度L2=6m,DE段是一長為L3=1m的粗糙水平面。圓弧OMA和ANB的半徑分別為r=1m、R=4m。滑塊與BC、CD、DE間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.5，不考慮在C點的能量損失，g取10m/s2。

圖1

(1) 若玩具汽車的質(zhì)量為1 kg,要使玩具汽車恰好不脫離軌道，壓縮彈簧應(yīng)做多少功？

(2) 在滿足第(1)問條件的情況下，玩具汽車最后停在什么位置？

問題1：題中“恰好不脫離”的物理含義是什么？

生：小車在最高點時能完成圓周運動，且軌道對小車無作用力。

問題2：這意味著小車經(jīng)過A點時具有動能，如何獲得動能？

生：利用彈簧。

問題3：彈性勢能是如何轉(zhuǎn)化為小車動能的？

生：通過彈簧彈力對小車做功。

問題4：彈簧彈力是恒力還是變力？

生：變力。

問題5：怎么求彈力的功？

生：用動能定理。

問題6：小車到達(dá)B處時是否具有動能？

生：有。

問題7：為什么小車最終會停下來？

生：摩擦力阻礙了物體運動。

問題8：小車是否一定停在BC上？

生：不一定，也可能沖上CD，甚至在DE上運動。

問題9：一旦小車沖上CD，除了摩擦力做功，還有別的力做功嗎？

生：還有重力做負(fù)功。

問題解決思路分析：有力做功必然涉及能量轉(zhuǎn)化，因此這一部分問題鏈應(yīng)著眼于：在具體情景中幫助學(xué)生將做功與能量轉(zhuǎn)化聯(lián)系起來，形成能量觀念。在網(wǎng)課上已經(jīng)把本章脈絡(luò)進(jìn)行了介紹，學(xué)生欠缺的是對變力做功問題的解決能力和熟練程度，因此變力做功問題可以作為知識深化的突破口。彈簧兼具變力與變力做功的特點，是解決這一問題比較合適的模型。問題1-5從圓周運動的基本結(jié)論出發(fā)，逐步向能量轉(zhuǎn)化、彈簧變力做功靠攏，最終將前后的知識總結(jié)為能量觀的一部分。除了本例之外，在教學(xué)實踐中我們還可以設(shè)置多個情景，幫助學(xué)生學(xué)會變力做功計算的多種方法(如圖像法等)。問題6-9突出了“功”在具體情境中對物體運動、能量變化的影響，提高了學(xué)生對動態(tài)過程的分析能力。

4.3 以問題促理解，完善知識體系

在具體情境中，每一種力都有與之對應(yīng)的功和能，學(xué)生不斷學(xué)習(xí)新的力就會不斷遇見新的功和能，因此“功”是貫穿“能”與“能”變化的概念，如“勢能”均與保守力做功有關(guān)。學(xué)生能夠快速識別具有共性的功，并能夠?qū)⑾鄳?yīng)認(rèn)知遷移到新的對象上，標(biāo)志著能量觀體系化的形成。因此，對“功”概念的體系化應(yīng)不局限于本節(jié)課，可在后續(xù)的教學(xué)中不斷推進(jìn)。如“靜電場”中電場力做功就與保守力做的功及勢能相聯(lián)系。因變力做功不易理解，我們在電場力做功的新課教學(xué)中多用勻強(qiáng)電場進(jìn)行說明。一旦離開勻強(qiáng)電場的條件，有的學(xué)生在心理上開始不踏實，遇到問題也不能靈活運用已知條件，這本質(zhì)上還是對保守力做功“共性”的理解不夠到位。因此在具體教學(xué)中，我們不妨每次在討論完“新力”做功后，都從能量觀入手，以提問的形式幫助學(xué)生將其與已經(jīng)熟悉的功進(jìn)行類比，完善知識體系。

5 結(jié)語

新冠肺炎疫情后的課堂教學(xué)需要幫助學(xué)生鞏固知識、理清脈絡(luò)、深化認(rèn)知并完善知識體系。在教學(xué)策略上要以問題解決為主，注重問題鏈的連續(xù)性，運用問題進(jìn)行有效評價，這是教學(xué)的基礎(chǔ)；以問題促進(jìn)學(xué)生對知識的內(nèi)化、深化，這是教學(xué)的重點；以問題促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科體系的建構(gòu)，這涉及物理課程的整體性目標(biāo)。