基于“問題生成與解決”的習(xí)題課探究

問題意識是創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基石。善于發(fā)現(xiàn)或提出問題是創(chuàng)新人才的主要標(biāo)志?？茖W(xué)始于觀察，思維源于問題，物理學(xué)習(xí)應(yīng)是在教師引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)的過程，應(yīng)注意物理問題的生成與解決，讓學(xué)生積極參與、勤于思考，做到真正意義上的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

筆者有幸參加常州市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“基于問題生成與解決的物理課堂教學(xué)研究”的相關(guān)工作。2008江蘇高考模式走到今天，物理學(xué)科在高三的復(fù)習(xí)時(shí)間大為減少，但要求不低，復(fù)習(xí)內(nèi)容不減，試卷題量不變，難度沒有明顯下降，這就需要提高復(fù)習(xí)備考的效率，而基于“問題生成與解決”的物理課堂教學(xué)研究，有助于高三復(fù)習(xí)課效率的提高。本文結(jié)合高三一輪復(fù)習(xí)中一道能量相關(guān)試題的解決，略談一些對“問題生產(chǎn)與解決”的課堂認(rèn)識和感受。

[2015東臺]如圖所示，裝置的左邊AB部分是長為L1=1m的水平面。一水平放置的輕質(zhì)彈簧左端固定并處于原長狀態(tài)；裝置的中間BC部分是長為L2=2m的水平傳送帶，它與左右兩邊的臺面等高，并能平滑對接，傳送帶始終以v=2m/s的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；裝置的右邊是一個(gè)光滑的曲面，質(zhì)量m=1kg的小滑塊從其上距水平臺面h=1m的D處由靜止釋放，滑塊向左最遠(yuǎn)到達(dá)O點(diǎn)，OA間距x=0.1m，并且彈簧始終處在彈性限度內(nèi)。已知物塊與傳送帶及左邊水平面之間的摩擦因數(shù)μ=0.25，取g=10m/s2。

（1）求彈簧獲得的最大彈性勢能？

（2）求滑塊再次回到右邊曲面部分所能到達(dá)的最大高度；

（3）若滑塊質(zhì)量m′=2kg，求滑塊到達(dá)O點(diǎn)的速度。

對此題第一問的解答過程具體如下：

教師：對滑塊從D到O應(yīng)用動(dòng)能定理mgh-μmg（L1+L2-x）+w彈=0，解得w彈=-2.75J，故EP=2.75J。

教師：能否利用能量守恒的觀點(diǎn)來解決此問？

學(xué)生1：可以，對滑塊從D到O由能量守恒定律得EP=mgh-μmg（L1+L2-x），解得EP=2.75J。

教師：μmg（L1-x）是滑塊從B到O過程中產(chǎn)生的熱量，那么μmgL2是否為滑塊在通過傳送帶時(shí)產(chǎn)生的熱量？

學(xué)生2：是的。

教師：我們之前學(xué)習(xí)過Q=f·x相，很明顯此過程相對位移不是L2，那是否應(yīng)該重新計(jì)算此階段產(chǎn)生的內(nèi)能？是不是這個(gè)計(jì)算熱量的公式錯(cuò)了呢？

學(xué)生3：集體疑惑，愁眉苦臉狀！

教師：大家先把這個(gè)問題放一放，現(xiàn)在請大家求一下滑塊通過傳送帶過程中驅(qū)動(dòng)傳送帶的電動(dòng)機(jī)額外消耗的電能。

（3分鐘之后）

教師：我們請一位同學(xué)起來講一下他的解決思路。

學(xué)生4：老師，我還沒有思路，但我想問為什么電動(dòng)機(jī)會(huì)額外消耗電能呢？

教師：因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶本身就要消耗電能，現(xiàn)在滑塊沖上傳送帶，增加了阻力，所以需要額外消耗電能。

教師：在滑塊通過傳送帶的過程中，除了額外消耗了電能，還有什么能量減少了？

學(xué)生4：滑塊的動(dòng)能。

教師：什么能量增加了？

學(xué)生4：摩擦生熱，使得內(nèi)能增加了。

教師：那是否可以應(yīng)用能量守恒求解了呢，有思路了嗎？

學(xué)生4：可以了。ΔE內(nèi)=ΔE內(nèi)+E電額。其中ΔE內(nèi)=f·x相。

教師：完全正確，具體的計(jì)算就留到課后進(jìn)行。

教師：由此我們可以看出，第一，Q=f·x相沒有錯(cuò)；第二，學(xué)生1提出的對滑塊從D到O由能量守恒定律得EP=mgh-μmg（L1+L2-x），結(jié)果是正確的，但表述不恰當(dāng)，EP確實(shí)是增加的彈性勢能，mgh為滑塊減少的重力勢能，μmg（L1-x）是B到O過程中產(chǎn)生的內(nèi)能，但μmgL2不是滑塊通過傳送帶過程中產(chǎn)生的總內(nèi)能，只是物塊減少的機(jī)械能，這樣整個(gè)表達(dá)式就通順了。而滑塊通過傳送帶過程中產(chǎn)生的總內(nèi)能確實(shí)應(yīng)該是用Q=f·x相來進(jìn)行求解，這個(gè)內(nèi)能來自于物塊減少的機(jī)械能和電動(dòng)機(jī)額外消耗的電能，也同樣符合能量守恒定律。

全體學(xué)生：點(diǎn)頭，表情輕松。

基于以上課堂實(shí)錄，筆者認(rèn)為問題的生成與解決并不是簡單的線性過程，兩者往往是在學(xué)習(xí)過程中相互交織的，在解決問題的過程中生成問題，而問題生成又能促進(jìn)原有問題的解決。而且課堂問題的生成不僅僅來源于學(xué)生，更可以在學(xué)生出現(xiàn)不完整、不成熟的疑問時(shí)，由教師主導(dǎo)進(jìn)行問題的明確和提出。

其實(shí)問題的解決主要依靠學(xué)生的已有知識，如果學(xué)生能夠把他們正在學(xué)習(xí)的內(nèi)容和碰到的問題與已有的準(zhǔn)確且相關(guān)的知識聯(lián)系起來，他們將學(xué)得更多，記得更牢，能夠解決更多的新問題。但是如何將原有知識聯(lián)系起來，遷移過來加以應(yīng)用，這并不是學(xué)生天生就會(huì)的。需要靠教師來激活，有研究者發(fā)現(xiàn)提問學(xué)生一些能夠引發(fā)其回憶的細(xì)小問題，可以幫助他們利用已有知識去促進(jìn)新信息的整合和保持。這些精細(xì)化提問可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。正如在以上課堂實(shí)錄中，學(xué)生4發(fā)問之后，教師的一連串精細(xì)化提問，激活了學(xué)生正確但不充分的已有知識，很好地幫助學(xué)生解決了問題。

在“問題生成與解決”的課堂教學(xué)中，教師針對產(chǎn)生的問題進(jìn)行精細(xì)化的提問就顯得尤為重要，這需要教師有充分的課前準(zhǔn)備和扎實(shí)的教學(xué)功底。當(dāng)然，如果在課堂上還差一步，沒有能夠及時(shí)精準(zhǔn)地解決生成的問題，教師在課后進(jìn)行研究，再加以解決也可以，但不能因?yàn)榕虏荒芙鉀Q和時(shí)間緊張而不去生成和解決問題。

基金項(xiàng)目：常州市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“基于問題生成與解決的物理課堂教學(xué)研究”相關(guān)成果。

編輯 李建軍