多種習題教學模式的構建與實施

許 云 笪猛鵬 陶時青 雷三林 張志華 謝仁華

(安吉縣昌碩高級中學 浙江 湖州 313300)

1 問題的提出

習題教學是高中物理課堂教學的三種基本課型之一．長期以來，習題教學形成了傳統的固定流程：“知識點回顧→典型例題分析講解→課堂鞏固變式→歸納總結” 四個環節．然而，這種教學模式存在的弊端在于：

(1)在單純枯燥的習題課教學中，學生往往是處于被動接受者的位置，學生陷入了大量的題海之中，變成了簡單的“復印機”，往往會出現物理課“一聽就懂，一做就錯”的尷尬情況；

(2)學生失去了探究、好奇、興奮、成就等積極情感體驗，失去對物理習題教學甚至對物理主動學習的興趣，學生學得苦，教師教得累，制造出成批的未來新文盲——不是不識字的文盲而是不會學習的文盲，反映在學習中則是常常掛在學生嘴邊的一句話“題目讀不懂”．

如今在素質教育的新背景下，要求學生更多地參與到自主性學習中去，要突出學生的主體地位，進行探索式的學習，發揮其主體性，培養他們的獨立自主意識．聯合國教科文組織出版的《學會生存》一書中指出“教育不應該較高地致力于傳遞和儲存知識，而應該更努力尋求獲得知識的方法．”這也正是習題教學要達成的目標．

2 習題教學模式的構建與實施

2．1 “形象情境建構式”習題教學模式

物理概念的準確建立，是學生掌握物理規律、解決物理問題最基本的保障．高中物理一些抽象難懂的物理概念往往與學生實際生活相距甚遠，物理概念的建立離不開抽象的思維過程，然而，高中生的思維正從形象思維向抽象思維過渡、從經驗性思維向理論性思維過渡，所以，對學生來說有相當大的困難．通過形象的、與日常生活情景緊密聯系的生活經驗可以幫助學生跨越“臺階”，從而有效地降低理解梯度，跨越習題教學過程中的障礙．

(1)“形象情境建構式”習題教學模式流程圖(圖1)

圖1 “形象情境建構式”習題教學模式流程圖

(2)教學片段

例題展示：一水平放置的水管，距地面高h=1.8 m，管內橫截面積S=2.0 cm2．有水從管口處以不變的速度v=2.0 m/s源源不斷地沿水平方向射出，設出口處橫截面上各處水的速度都相同，并假設水流在空中不散開．取重力加速度g=10 m/s2，不計空氣阻力．求水流穩定后在空中有多少立方米的水．

認知缺陷凸現:以下是筆者在課堂上與學生的初次探討.

師：水從管口射出后做的是什么運動？

生：平拋運動

師：水在空中是什么形狀？

生：一條拋物線

師：如何求空中部分水的體積？(展示一段軟管并彎成拋物線形狀)

生：思考討論.化曲為直，就變成了圓柱體．求出空中水柱的長度，利用底面積乘以水柱的長度就可以求出水的體積．

師：利用高中數學知識如何求拋物線的長度？

生：利用高中數學知識無法求解拋物線軌跡的長度.

學生解答本題的難點不在于平拋運動這個知識點，而在于如何求空中部分水的體積，學生往往首先考慮到的是要想辦法求出平拋運動軌跡的長度，而僅僅利用高中數學的知識是無法求解拋物線的長度的，這要用到大學微積分的知識．因此，教師講解本題的關鍵是如何突破求解空中部分水的體積這一難點，讓學生建立流量的概念，并會利用流量來計算一段時間內流過液體的體積．

創設形象情境：上海世博會期間為了緩解公共交通壓力和園內客流壓力，需要實時統計參觀者人數以便做出統籌安排，請問你是到世博園內一個個數參觀者的人數呢？還是怎么辦？

以下是筆者在課堂上與學生的再次探討：

教師啟發：顯然，跑到世博園內一個個數參觀者的人數是不現實的，因為參觀者是不斷流動的．那么，如何有好的辦法知道參觀者的具體人數呢？參觀者進入世博園內肯定要經過檢票口，那么，是否可以說場內的參觀者人數等于進入檢票口的人數呢？從這里你得到了什么啟發？

學生討論：空中的水也必經過管口，那么，空中水的體積也就是這段時間內水經過管口的體積．

進一步啟發式提問：很好，那該如何求一段時間內水經過管口的體積呢？是否可以想辦法先求出單位時間內通過管口水的體積？

教師實驗演示： 在一截面積處處相等的注射器(把醫用一次性注射器前端剪去)內裝上紅色的墨水，勻速推動活塞．引導學生求出在單位時間內通過管口水的體積．

學生討論：單位時間內噴出的水的體積為活塞的截面積乘以推動活塞的速度，即：Q=Sv

學生內化練習：以t表示水由噴口處到落地所用的時間，則單位時間內噴出的水量為

Q=Sv

空中水的總量應為V=Qt

代入數值得V=2.4×10-4m3

2．2 “找茬式”習題教學模式

2001年高考上海物理試題首次出現了“找茬式”試題，這種全新的題目樣式對學生分析問題過程的評價是一次創新和探索，也是新課改的目標具體體現． 隨著現代教育評價目的的變化，教育評價從重結果到重過程，這是現代教育評價理念上的一次突破．教師教學中的問題只有在教學活動中才能發現，學生學習中的問題也只有在學習過程中才能找到．教師在習題教學中適當地編制這種類型的題目，不僅可以凸現學生分析問題過程中的誤區，還可以激發學生的興趣，提高學習的動力．

(1)“找茬式”習題教學模式流程圖(圖2)

圖2 “找茬式”習題教學模式流程圖

(2)教學片段

展現錯誤過程:如圖3所示，D是一只二極管，它的作用是只允許電流從a流向b，不允許電流從b流向a，平行板電容器AB內部原有電荷Q處于靜止狀態，當兩極板A和B的間距稍增大一些的瞬間(兩極板仍平行)，Q的運動情況將是

A．仍靜止不動 B．向下運動

C．向上運動 D．無法判斷

圖3

分析找茬:該同學被電路的表現所迷惑，誤以為電容器始終與電源相連，U不變．沒考慮到電路中二極管的特性——單向導電性，在此電路中二極管相當于起了一個開關的作用.電容器充電過程中，二極管導通，在此處可以認為開關閉合，電容器與電源相連，U不變；而電容器如果要放電的話，二極管不導通，相當于開關處于斷開狀態，電容器與電源斷開，無法實現放電，只能是帶電量Q不變．

反思變式：上題中改為“當兩極板A和B的間距稍減小一些的瞬間(兩極板仍平行)，Q的運動情況將是什么”.

2．3 “開放式”習題教學模式

開放性問題是指題設條件、解析策略或題目結論具有開放性、多元性和不確定性．開放性習題在問題的設計上，留給學生充分發揮個性的思維空間，有利于激發學生主動探究的積極性，啟發學生從不同角度，多層面去發散思考，開闊了學生的思維，提高了學生分析問題、解決問題的能力，培養學生發散性思維能力．

高考復習中要摒棄傳統的“題海戰術”，充分發揮學生學習潛能，培養良好的發散思維能力，設置開放性習題是最有效的途徑．

(1)“開放式”習題教學模式流程圖(圖4)

圖4 “開放式”習題教學模式流程圖

(2)教學片段

創設開放式問題情境：有一個帶正電的小球，質量為m、電荷量為q，靜止在固定的絕緣支架上．現設法給小球一個瞬時的初速度v0使小求水平飛出，飛出時小球的電荷量沒有改變．同一豎直面內，有一個豎直固定放置的圓環(圓環平面保持水平)，環的直徑略大于小球直徑，如圖5(a)所示．要使小球能準確進入圓環，可在空間分布勻強電場或勻強磁場(勻強電場和勻強磁場可單獨存在，也可同時存在)，請設計兩種分布方式，并求出：

(1)相應的電場強度E或磁感應強度B的大小和方向；

(2)相應的小球到圓環的時間t．

圖5

小組合作討論:每4位同學分為一個學習小組進行討論，并確定一位主發言人．

交流評估:學生設計的方案多種多樣，遠遠超出了預想，列舉代表性的4種方案如下.

方案1：在豎直向下方向分布勻強電場E，小球做類平拋運動；

方案2：整個區域加豎直向上的勻強電場和垂直紙面向外的勻強磁場，小球重力與電場力平衡，洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運動．

方案3：加水平向左分布勻強電場E，小球的運動分解為水平方向的勻減速直線運動和豎直方向的自由落體運動；

方案4：加豎直向上勻強電場， 在與圓環中心相距s處加垂直紙面向外的勻強磁場[如圖5(b)所示]；

2．4 “角色互換式”習題教學模式

習題教學中，教師出題學生做，似乎已經成為一成不變的“定式”，學生處于被動的學習狀態．在習題教學中，不妨嘗試“角色互換”，讓學生充當一回教師自編題目．這一教學模式不僅可以調動學生的主觀能動性,變被動接受為主動學習，更可以加深學生對所學知識的理解,提高分析問題和解決問題的能力．當然，學生自編題目不是盲目地放手不管，而是在掌握學生的知識儲備和知識框架的基礎上，教師進行適當地引導，要給學生出題的一個基本框架，即按什么方式出，出什么內容,對其語言表述的規范性和科學性加以指導，并且學生完成自編試題后，教師對其進行評價．在這種教學模式下，學生的自主、創新能力將會大大提高，教學成績將會不斷上升．

(1)“角色互換式”習題教學模式流程圖(圖6)

圖6 “角色互換式”習題教學模式流程圖

(2)教學片段

明確命題要求：舉世矚目的“天宮一號”的發射成功并與“神州八號”飛船實現完美對接，筆者通過網絡收索了一些相關資料和數據，提供給學生，讓學生自編一道與“天宮一號”有關的題目．

相關資料：“天宮一號”是中國第一個目標飛行器，于2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射，飛行器全長10.4 m，最大直徑3.35 m，重量約8.5 t，由實驗艙和資源艙構成．它的發射標志著中國邁入中國航天“三步走”戰略的第二步第二階段．9月30日16時09分，在北京航天飛行控制中心精確控制下，“天宮一號”成功實施第2次軌道控制，近地點高度由200 km抬升至約362 km，順利進入在軌測試軌道．這次軌道控制是在“天宮一號”飛行第13圈實施的．此前，在30日1時58分，“天宮一號”飛行至第4圈時，北京飛控中心對其成功實施了第一次軌道控制，使其遠地點高度由346 km抬升至355 km．經過兩次軌道控制，“天宮一號”已從入軌時的橢圓軌道進入近圓軌道，為后續進入交會對接軌道奠定了基礎．據北京航天飛行控制中心主任陳宏敏介紹，近地航天器發射后，受高層大氣阻力的影響，其軌道高度會逐漸緩慢降低．通過此次軌道抬升，預計可使“天宮一號”在“神舟八號”發射時，軌道高度自然降至約343 km的交會對接軌道，從而盡量減少發動機開機，節省燃料．2011年11月3日凌晨順利實現與“神州八號”飛船的對接任務．按照計劃，“神舟九號”、“神舟十號”飛船將在接下來的時間里內依次與“天宮一號”完成無人或有人交會對接任務，并建立中國首個空間實驗室．“天宮一號”外部安置太陽翼，外部有大量隔熱材料．我們能看到傳回的視頻．

習題展示

【例1】若把“天宮一號”看成在離地面343 km的軌道上做勻速圓周運動，則

A.“天宮一號”繞地球運行的周期比地球自轉周期大

B.“天宮一號”繞地球運行的角速度比地球自轉角速度大

C.“天宮一號”比地球同步衛星向心加速度小

D.“天宮一號”的發射速度大于7.9 km/s

【例2】2011年11月3日凌晨，中國自行研制的“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標飛行器在距離地球343 km的軌道上實現自動對接，為未來空間站建設邁出了關鍵一步．假如“神舟八號”與“天宮一號”的質量相等，對接前它們環繞地球分別做勻速圓周運動的運行軌道如圖7所示，則以下說法中正確的是

A．對接前的向心加速度，“天宮一號”比“神舟八號”小

B．對接前的運行周期，“天宮一號”比“神舟八號”小

C．對接前的機械能，“天宮一號”比“神舟八號”小

D．“神舟八號”需先點火加速才有可能與“天宮一號”實現對接

圖7

學生編制的習題知識點覆蓋范圍廣，涉及到超失重問題、萬有引力、圓周運動、變軌、能量守恒、 光電效應、電磁波等，在此不再一一列舉．

3 一點感悟

習題課不是簡單地讓學生按照教師的模板“依葫蘆畫瓢”，更重要的是對學生思維能力和思維習慣的培養，三維目標不應只體現在新課教學中,同樣習題課教學中也應得以貫穿．提高習題教學的有效性，教師必須更新教學觀念，根據教學需要多管齊下，正所謂“一花獨放不是春，百花齊放春滿園”．