物理教學中問題情境的創設——基于“力的分解”教學案例的比較研究

花押娣

(江蘇省錫山高級中學,江蘇無錫 214174)

物理教學中問題情境的創設
——基于“力的分解”教學案例的比較研究

花押娣

(江蘇省錫山高級中學,江蘇無錫 214174)

《力的分解》是人教版新課標高中物理必修2第三章第五節的教學內容,它繼“力的基礎知識”及“力的合成”之后,不僅深化了對平行四邊形定則的應用,也為位移、速度、加速度等矢量的分解以及牛頓第二定律的應用奠定了基礎.對于一個實際的力,僅由平行四邊形定則來分解是遠遠不夠的,因為這種分解結果不唯一,只是在力的運算時的一種處理方法和手段.事實上,力的分解前提必須是分力與合力的效果相同,這是核心所在.因此分析力的作用效果就成了分解力的關鍵,也是教學的難點,它需要依托有效的探索和合適的問題情境才能達成.下面針對三則教學案例進行比較研究.

1 案例1

1.1 情景引入

“四兩撥千斤”:請班上兩位力氣最大同學上來拉住繩子的兩端,立正站立.再請一位個子小的同學上來,交給他一個艱巨的任務,要求他一個人要拉動兩個人,他一個小個子能拉動兩個大個子的同學嗎?小個子的同學在繩子中間用力一拉,兩位大個子的同學被拉動了.

1.2 提出問題

為什么一個小個子的同學能輕而易舉地拉動兩個大個子同學?引出課題.

1.3 探究實驗

(1)實際問題:拖拉機拉耙耕地的力怎樣分解?

圖1

圖2

(2)建立模型:已知放在水平面上的物體,受到與水平方向成θ角的拉力F的作用(圖1).拉力F如何分解?

(3)演示實驗:斜拉電子臺秤上的物體,讓學生觀察臺秤示數的變化(圖2).

(4)觀察思考:臺秤示數如何變化?說明什么?

(5)實驗結論:斜向上的拉力產生了兩個作用效果,一是水平向前拉物體,二是豎直向上提物體.F可分解為一個向前的力F1和一個向上的力F2.

(6)學生活動:由平行四邊形定則計算出兩個分力F1、F2與F的關系.

1.4 初步應用

應用1:分解斜面上物體的重力

(1)實例展示:引橋很長的公路大橋

(2)建立模型:車輛在引橋上上坡或下坡,相當于物體在斜面上的運動.

重力為G的物體,放在傾角為θ的斜面上,重力G產生了怎樣的作用效果?重力G可以如何分解?

(3)學生體驗:動手做一斜面,放一本書,感受斜面上物體受到的重力有使物體沿斜面下滑和使物體緊壓斜面的效果.

(4)定性展示:物體沿薄木板構成的斜面下滑情景,讓學生觀察現象:斜面被壓彎,同時木塊沿斜面下滑.教師重點引導,這是重力G的作用效果:重力有使物體沿斜面下滑的效果和使物體緊壓斜面的效果.

(5)學生活動:重力G可以分解為沿斜面向下的分力F1和垂直斜面的分力F2,計算出F1=Gsinθ,F2=Gcosθ (圖3).

圖4

圖3

(6)實例分析:車輛上橋時,分力F1阻礙車輛前進;車輛下橋時,分力F1使車輛運動加快.所以,高大的橋需要建造很長的引橋,用來減小橋的坡度,確保行車的方便和安全.而公園里小孩玩的滑梯則需要傾角適當大一些,以增大重力的下滑分力F1,便于小孩向下滑動.

應用2:用兩根左右對稱的細線懸掛一重物,在細線夾角逐漸增大的過程中細線斷掉了(圖4),這是怎么回事呢?

(1)思考:當兩繩夾角增大時,F1、F2如何變化?

(2)演示實驗:兩細線夾角變大,達到一定角度,細繩斷掉.

(3)圖解定性推導:引導學生做幾組平行四邊形(圖 5).

圖5

(4)規律應用:畫出“四兩撥千斤”時小個子同學拉力的分力圖,比較拉力與兩個分力的大小關系,體會“小力”變“大力”的力放大效應;解釋菜刀切菜、斧頭劈柴的原理,說說“磨刀不誤砍柴工”的道理.

2 案例2

2.1 情景引入

現象對比:一根細線懸掛鉤碼,兩根同樣的細線懸掛相同的鉤碼,兩細線夾角逐漸增大的過程中細線斷掉了.設置懸念.

2.2 提出問題

一根細線懸掛重物為什么細線不斷,而兩根細線懸掛重物時為什么細線斷了?→鉤碼重力產生的作用效果不同.引入課題.

圖6

2.3 探究實驗:學生進行圖6所示實驗,體驗并思考

(1)中指和掌心有什么感覺?

(2)這種感覺說明筷子末端懸掛鉤碼后產生了怎樣的作用效果?

(3)若用兩個力來代替鉤碼的拉力,這兩個力的方向怎樣?

(4)你能否找出這兩個力與鉤碼拉力之間的關系?

圖7

2.4 初步應用

應用1:拖拉機拉耙耕地.

應用2:分解斜面上物體的重力.

3 案例3

3.1 情景引入

視頻播放:人在平直的公路上行走與人在陡峭的山路上爬坡,由學生熟悉的生活場景帶入物理情境,引出課題.

3.2 提出問題

如何把一個力分解成兩個力?

3.3 探究實驗

三角支架問題(問題設置與案例一相似).

3.4 初步應用

應用1:拖拉機拉耙耕地

應用2:播放汽車行駛在世界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋(趙州橋)的錄像,把汽車橋上行駛的問題抽象成斜面問題,然后分解斜面上物體的重力.

應用三:PPT出示圖8所示圖片,請學生設計一個小學生能拉動大力士的方案.

圖8

4 3則教學案例的比較

3則案例在教學環節的設計上非常相似,均包括情景引入、提出問題、實驗探究、應用結論等幾個大環節,即都采用了“情景—問題—探究—應用”的教學模式,這表明新課程的教學理念已被越來越多的教師接受并應用.3則教學案例中,“等效替代”的思想在概念建立、尋求合力與分力關系的過程中都被深度應用,用“圖形”來表示合力與分力關系的方法都被強化使用,都是在觀察思考、建立物理模型、知識應用、協作交流等過程中,實現知識與能力、過程與方法、情感態度與價值觀的教學目標.

3則案例的教學特點和教學細節不同,課堂氛圍及教學效果也不盡相同.

案例1,注重學生的參與活動和物理模型的構建,引入情景生動活潑,容易激起學生的探究熱情;拖拉機拉耙耕地問題轉化成斜拉電子臺秤上的物體,學生通過觀察臺秤示數的變化,感悟拉力的效果,是對教材的創造性使用;應用環節注重學以致用,通過引橋、滑梯、“四兩撥千斤”等實例的分析,學生進一步理解合力與分力的關系,知道合力可以比分力大,也可以比分力小,同時知道“菜刀、斧頭”等工具是人類文明與智慧的結晶.

案例2,引入情景采用對比法,問題的提出自然合理;學生通過三角支架模型的實驗,感知鉤碼拉力的作用效果,對“根據力的作用效果分解力”有更深刻的理解;探究環節中的“體驗并思考”,為學生分析問題、解決問題做了很好的示范和引領.

案例3,較多地采用了多媒體技術,視頻錄像,PPT圖片,聲形兼備,動靜結合,教學的信息量大,節奏較快.然而由于較多地使用了PPT,對板書、板畫有所弱化,學生對課堂教學要點的印象不夠深刻,還有,播放的錄像資料畢竟不是學生的親身感受,產生的情感體驗也要相對弱一些.

5 關于物理教學中問題情境創設的思考

問題情境就是能夠激起學生情感體驗的一種問題背景,其目的是在于激發學生的學習興趣,啟迪學生的思維,為學生獨立探索知識提供引導,使學生在創設的教學情境中,激活知識儲存,使問題與激情互動.

問題情境包含以下要素:(1)主體性(考慮學生的知識基礎和認知水平);(2)問題性(有問題的環境、背景和條件);指向性(有明確的指向和意圖);(3)趣味性(學生熟悉、感興趣、能激起認知沖突);(4)探究性(有探究的價值,多讓學生動手實驗、動腦思維);(5)現實性(來源于實際生活); (6)適切性(如利用多媒體動態演示,微觀分析,或播放難以完成的實驗現象等).一個問題情境是否有效,要看是否有助于學生的探究、發現和體驗;是否選擇了有效的最近發展區,有助于本節課的核心目標達成;是否重視了問題的呈現方式,有助于學生自主發現;是否關注了學生學習的元認知因素,有助于提升問題的思維價值,是否強調了物理本質的認識,有助于探究有價值的真實問題;是否注重了策略方法的研究,有助于提供新的發現.當然一個問題情境不可能涵蓋所有的要素,但應該努力使問題情境“恰到好處”.

例如在案例1的“探究實驗”中,分設了6個環節,環環相扣,層層遞進,這種問題情境具有明確的指向性、較強的探究性、強烈的主體性以及問題性和現實性.如果在案例2和案例3的某些環節中,再增設一些問題情境,教學效果是否會更好些?比如在案例3的應用3中,設置如下的問題情境:(1)小學生能否直接拉動大力士?(2)小學生能有什么辦法?(3)能否畫出小學生拉動大力士時的拉力與左右繩中拉力的關系圖?(4)小學生的拉力不變,當兩繩間的夾角變大或變小時,繩中的拉力如何變化?(5)生活中是否有“力放大”的器具?通過一系列的問題情境,引導學生分析思考,逐步深化對規律的理解和應用.如何創設有效的問題情境,是一個值得研究的課題,這里權當拋磚引玉,愿同行們廣泛討論.

1 閻金鐸主編.物理教學論.南寧:廣西教育出版社,1996.

2 楊鳴華.物理課堂教學的設計與實施.物理教學,2009(2).

2010-05-28)