3種“問題導(dǎo)向”的物理復(fù)習(xí)課

張俊輝 唐建華

(蘇州高新區(qū)第一初級中學(xué)校，江蘇 蘇州 215009)

我們傳統(tǒng)的物理復(fù)習(xí)課,教師講題、學(xué)生做題、然后教師再講題．而題目大多是遠離生活情境經(jīng)過抽象概括的已建模的習(xí)題,學(xué)生經(jīng)過題海訓(xùn)練后,借助于題中數(shù)據(jù)、單位等關(guān)鍵字就能迅速解題．但學(xué)生在面對復(fù)雜的不確定的現(xiàn)實問題時,其發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力并沒有提高．[1]而我們物理課標(biāo)要求從生活走向物理,從物理走向社會．而核心素養(yǎng)又要求學(xué)生應(yīng)該要有發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題的能力．

那么我們在復(fù)習(xí)課中該怎么做呢?怎樣才能既達到復(fù)習(xí)知識的作用,又能夠提高學(xué)生的解決實際問題的能力?做到從生活走向物理,還要從物理最終走向社會呢?怎樣做才能提升學(xué)生的核心素養(yǎng)呢?筆者經(jīng)過幾年的實踐,發(fā)現(xiàn)在課堂復(fù)習(xí)中,解決富有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實問題,能改變傳統(tǒng)復(fù)習(xí)中的乏味、單調(diào)的現(xiàn)狀,使學(xué)生全程積極地參與到課堂學(xué)習(xí)中．具體的過程就是將復(fù)習(xí)課中的核心知識情境化,尋找生活中該知識的出處或用處,然后將其設(shè)計成具體問題，可以是應(yīng)用復(fù)習(xí)的知識解決一個實際問題,可以是研究一個商品中包含的與復(fù)習(xí)知識有關(guān)的問題,甚至是根據(jù)復(fù)習(xí)的知識制作一個產(chǎn)品．

1 復(fù)習(xí)課中解決實際問題

在復(fù)習(xí)初中物理“測小燈泡的電功率”這一電學(xué)難點問題時,通常的復(fù)習(xí)課是這樣上的:先復(fù)習(xí)電功率的概念、公式、單位,然后轉(zhuǎn)入復(fù)習(xí)測小燈泡的電功率的原理,器材,實驗步驟等,最后再復(fù)習(xí)缺少電流表或者缺少電壓表同時增加一個定值電阻時,如何測量小燈泡的電功率,課堂主要就是題海戰(zhàn)術(shù)．

這種做題講題的方式,原來掌握好的學(xué)生很輕松就能解題,因為本來就會,做題只是簡單的知識回憶過程,無須深度思考．基礎(chǔ)差的學(xué)生在遇到特殊方法測小燈泡電功率時,還是很吃力,因為他們學(xué)習(xí)是被動的,他們遇到該題目時,以前的經(jīng)驗就告訴自己“這種題我不會”．所以這樣的復(fù)習(xí)過程不能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性．

筆者在教學(xué)該內(nèi)容時,選擇了一個“SFM-27的電子蜂鳴器”,其工作電壓是3-24 V,筆者讓學(xué)生測量其3 V電壓下的功率．學(xué)生面對這個生活中的蜂鳴器很感興趣,雖然通電發(fā)出的聲音是單調(diào)的連續(xù)聲,且聲音有些刺耳,但學(xué)生們很興奮．就連班級通常不發(fā)話的A學(xué)生也舉手發(fā)言了,“可以用電壓乘以電流得到功率,用兩節(jié)電池供電,分別用電壓表和電流表測量”．雖然表達得不是十分清楚,但大家都贊同的點點頭．具體電路如圖1所示.

圖1 測量蜂鳴器功率實物圖

連好電路后出現(xiàn)了意外,電壓表是3 V,而電流表無示數(shù),但蜂鳴器在發(fā)出聲音．學(xué)生們很驚訝,學(xué)生B說,“電壓表是等于電源電壓,而電流表無示數(shù),應(yīng)該是蜂鳴器斷路”．該答案明顯是受到測小燈泡功率故障問題的影響,但很快被同伴否定,因為蜂鳴器在發(fā)聲,說明蜂鳴器沒有故障．學(xué)生C說,“電流表損害,內(nèi)部短路,相當(dāng)于導(dǎo)線”．然后又將蜂鳴器換成燈泡,結(jié)果燈泡是亮的,兩個電表都有示數(shù),以此說明電流表是好的．漸漸學(xué)生們找到了原因:蜂鳴器的電阻應(yīng)該很大,導(dǎo)致電路中的電流太小,所以電流表幾乎無示數(shù),所以這種方法不能測出蜂鳴器3 V的功率．此時同學(xué)D高興地舉手了,“我們在測量燈泡功率時,若缺少電流表,可以用電壓表和阻值已知的定值電阻組合起來充當(dāng)電流表”．于是筆者提供一個10 Ω的定值電阻,學(xué)生D將10 Ω電阻、蜂鳴器、30 Ω的滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入原來電路,最后將電壓表分別并聯(lián)接到蜂鳴器和10 Ω的電阻兩端,閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器,蜂鳴器兩端的總是3 V,10 Ω電阻兩端的電壓總是0 V,且蜂鳴器在發(fā)聲．實驗結(jié)束后學(xué)生D顯得尷尬無奈,學(xué)生C補充道,“定值電阻和滑動變阻器的阻值太小,蜂鳴器電阻太大,導(dǎo)致電源電壓幾乎都被蜂鳴器分過去了,我們要選擇一個大的定值電阻和滑動變阻器,而且要有3節(jié)電池供電”．說完筆者將該問題先給學(xué)生們討論,然后交流．最終學(xué)生想到了以下方式,用一個最大阻值9999 Ω電阻箱代替定值電阻和滑動變阻器,既能調(diào)節(jié)電阻使蜂鳴器的電壓為3 V還能讀出電阻．圖2是具體電路.

圖2 測量蜂鳴器功率改進圖

但實驗過程中又有意外了,先將電壓表并聯(lián)在蜂鳴器的兩端,調(diào)節(jié)電阻箱,使蜂鳴器的電壓為3 V,此時電阻箱的阻值是900 Ω,然后將電壓表并聯(lián)到電阻箱上時,蜂鳴器的聲音變大了,對于該現(xiàn)象只有很少的學(xué)生注意到了.筆者課堂上也沒有提出來,但課后有學(xué)生來問了,筆者沒有直接回答,而是問該學(xué)生,“電壓表和900 Ω電阻箱并聯(lián)后,總電阻會怎樣?”該學(xué)生聽完后露出笑容,筆者又繼續(xù)鼓勵道,“這是高中涉及的混聯(lián)電路,你可以繼續(xù)去研究一下”．

圖3是測量蜂鳴器功率的3個不斷修正、逐步完善的電路圖.

(a) (b)

(c)

2 復(fù)習(xí)課中研究商品

自行車是人們生活中常見的熟悉的商品,其包含著許多初中物理知識．在初三有些枯燥的物理復(fù)習(xí)課上把自行車搬到教室的中央,既活躍了課堂氣氛又可以在研究自行車過程中發(fā)現(xiàn)許多與初中物理相關(guān)的知識,達到深度復(fù)習(xí)的作用．

所以筆者上課前先讓學(xué)生回家觀察自行車,由于自行車上包含許多初、高中物理知識,所以筆者針對初中力學(xué),讓學(xué)生回家研究自行車剎車,觀察剎車系統(tǒng)中包含已學(xué)的力學(xué)知識．雖然自行車上動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等也包含許多初中物理知識,但是考慮到,一節(jié)復(fù)習(xí)課中,若將自行車上所有含有初中力學(xué)知識的部件都在課堂中進行探究,那勢必是浮于表面,并沒有達到深度學(xué)習(xí)、深度復(fù)習(xí)的作用．同時要求學(xué)生觀察時注意安全．筆者也提前準(zhǔn)備了各種自行車的照片和視頻,[3]然后精心制作了上課課件,方便上課時能提供給大家一個共同關(guān)注點,讓全班思考同樣一個問題．

教師上課時,教室里先放了一輛最常見的自行車,再課件投影圖4中的自行車剎車,學(xué)生們都說是見過的,然后讓一個學(xué)生來介紹其工作過程．

圖4 自行車

生A:我的自行車的前剎車就是這種,當(dāng)我用力在車把手上捏剎車把時,我發(fā)現(xiàn)就會拉動剎車線,然后剎車線就會拉剎車,使剎車的橡膠皮緊緊壓在車輪上,不讓車輪轉(zhuǎn)動．這其中包括杠桿知識,車把手上的剎車是省力杠桿,因為動力臂大于阻力臂,同時我發(fā)現(xiàn)手移動的距離是大于剎車線移動的距離的,所以一定是省力杠桿;還包括摩擦力知識,剎車橡膠皮壓在車輪上,壓力越大,對車輪的摩擦阻力就越大．

(a)

(b)

讓學(xué)生在學(xué)案上先根據(jù)經(jīng)驗畫出車把手上的杠桿動力和阻力,然后畫出其力臂,同時思考杠桿的類型,小組交流糾正(圖5)．

學(xué)生練完之后,筆者課件投影第2種剎車圖片圖6與圖7,提問:“這種剎車叫抱剎也稱鼓剎,就是今天教室中央的自行車的后剎車,它為什么叫做抱剎?它是如何阻礙車輪轉(zhuǎn)動的呢?”

圖6 鼓剎實物圖

圖7 鼓剎結(jié)構(gòu)圖

教師先讓學(xué)生用手轉(zhuǎn)動自行車后輪,模仿車向前運動,然后開始剎車,很快后輪停止轉(zhuǎn)動．然后再課件播放教師預(yù)先錄制的抱剎制動視頻．看完后,生B高興地舉手:“剎車時,與車輪同時轉(zhuǎn)的小輪會被外面的剎車皮抱住,阻礙車輪運動．”大家很贊同,教師沒回答,而是讓剛才的學(xué)生再次用手轉(zhuǎn)動后輪,使之和剛才的轉(zhuǎn)動方向相反,但控制轉(zhuǎn)速一樣,再次用同樣的力去剎車,發(fā)現(xiàn)車輪很難停下來,學(xué)生們既高興又驚訝,筆者讓大家先小組討論然后集體交流．

教師提問:“若自行車在向前運動,后剎車制動,制動時,剎車皮與里面的輪之間的力是怎樣的?”

圖8 鼓剎受力圖

筆者再次讓生B到前面投影屏幕上用電子白板筆,邊講邊畫(圖8):“剎車線有一個力F1拉動L型杠桿,導(dǎo)致L型杠桿對剎車皮產(chǎn)生拉力F2,這樣剎車皮A點就對輪子B點產(chǎn)生壓力F3,而小輪子隨車輪前進,也就是逆時針轉(zhuǎn)動,所以剎車皮A點就會對小輪子B點產(chǎn)生摩擦力F4,阻礙車輪轉(zhuǎn)動．”

教師追問:“自行車向后運動時,剎車皮也能阻礙小輪子運動,怎么產(chǎn)生的摩擦阻力就小呢?”

大家爭論后,生C:“剎車皮是逆時針安裝在小輪周圍的,剎車皮一段固定,另一端受拉力F2作用時,剎車皮就會抱住小輪子,車前進時小輪子逆時針轉(zhuǎn)動,小輪子就會對剎車皮A點產(chǎn)生摩擦力F5,而這個摩擦力會使后面的剎車皮對小輪子產(chǎn)生更大的壓力,進而使后面的剎車皮對小輪子的摩擦阻力力更大;若車后退,小輪子順時針轉(zhuǎn)動,剎車時A點對B點也能產(chǎn)生阻力,但順時針轉(zhuǎn)動的小輪對逆時針固定的剎車皮產(chǎn)生與剛才相反的摩擦力作用,使后面的剎車皮對小輪的壓力變小,所以剎車皮對小輪的摩擦力變小了．”

教師總結(jié):“抱剎設(shè)計非常巧妙,但缺點是車前進時剎車有用,后退時剎車效果就很差,當(dāng)然生活中自行車還有其他剎車方式,也期待你們將來能設(shè)計出更好的剎車裝置．”

3 復(fù)習(xí)課中制作產(chǎn)品

在復(fù)習(xí)課中根據(jù)學(xué)習(xí)的知識進行發(fā)明制作,這不僅能深度復(fù)習(xí)知識,應(yīng)用知識,同時能在制作過程中提高學(xué)生的動手能力,在發(fā)明過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，讓學(xué)生初步體驗產(chǎn)品設(shè)計的過程,感受到自制產(chǎn)品應(yīng)用時的無窮樂趣,最終深層次培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展的創(chuàng)造能力．

在復(fù)習(xí)“杠桿”這部分內(nèi)容時,教師提前給學(xué)生布置了回家作業(yè),制作一個桿秤,要求其能測量物體的質(zhì)量．設(shè)計這個任務(wù)的目的是讓學(xué)生通過制作桿秤的過程,首先溫習(xí)探究杠桿平衡條件的實驗過程:實驗前如何消除杠桿重力對實驗的影響,實驗時如何方便測量力臂等一系列問題．然后復(fù)習(xí)杠桿的核心知識點杠桿平衡的條件,并且運用杠桿平衡條件測量出物體的質(zhì)量．

上課時,不少學(xué)生都展示自己的作品,并且和同學(xué)們分享了制作時的心得,同學(xué)們在欣賞別人作品時,都積極地相互間提出了寶貴的意見．筆者將學(xué)生作品進行了分類,有兩類桿秤,一類是如圖9、圖10所示.

圖9 自制桿秤1

圖10 桿秤1的使用

該桿秤是選一根直桿,然后找到其重心,在重心處系繩子作為提紐,然后將兩邊均勻畫上刻度,然后再用50 g的鉤碼作為秤砣,使用時將物體和秤砣分別掛在秤桿的兩端,然后調(diào)節(jié)兩邊的力臂,直到水平位置平衡,最后測出兩邊的力臂,根據(jù)杠桿平衡條件得出物體的質(zhì)量．該桿秤的優(yōu)點是量程大,要測量大質(zhì)量的物體時可以減小物體的力臂,增加秤砣的力臂,只要桿秤等足夠結(jié)實,理論上質(zhì)量很大的物體也能測量．該桿秤的另一優(yōu)點是分度值可以很小,要測量小質(zhì)量的物體時可以增大物體的力臂,減小秤砣的力臂．但該桿秤缺點是物體一定要用繩子提前系起來,同時需要計算才能得到物體的質(zhì)量,使用時不太方便．

另一類桿秤如圖11、圖12所示.

該桿秤也是選擇了一個直桿,然后自制一個托盤,將托盤用繩子掛在桿秤的左端,然后尋找重心位置,在重心位置處系上繩子作為提紐,然后把提紐位置與系托盤位置間的距離作為單位長度,在另一側(cè)標(biāo)上刻度,由于配了一個50 g的秤砣,所以就可以在桿秤上對應(yīng)處標(biāo)上質(zhì)量數(shù)值．該作品得到很多學(xué)生的肯定,首先外形非常像中國傳統(tǒng)的桿秤,同時測量物體時非常方便,使用時物體可以直接放在托盤中,調(diào)節(jié)秤砣位置直到桿秤水平位置平衡就能直接在桿秤上讀出對應(yīng)的質(zhì)量．也有學(xué)生提出該桿秤只要配上不同質(zhì)量的秤砣也能做到多量程．

圖11 自制桿秤2

圖12 桿秤2的使用

最后筆者讓學(xué)生思考“杠桿”這一節(jié)內(nèi)容還有哪些知識點我們剛才沒有涉及到的,因為剛才通過項目學(xué)習(xí)制作桿秤,其運用的知識是碎片化的,所以最后有必要讓學(xué)生回顧知識,以便學(xué)生能建構(gòu)完整的知識體系．最后筆者指出實際生活中桿秤比第2種更復(fù)雜,鼓勵大家課后查閱資料繼續(xù)研究．